Tous les champs électromagnétiques sont créés par des charges en mouvement accéléré. Une charge stationnaire crée uniquement un champ électrostatique. Il n’y a pas d’ondes électromagnétiques dans ce cas. Dans le cas le plus simple, la source de rayonnement est une particule chargée oscillant. Puisque les charges électriques peuvent osciller à n’importe quelle fréquence, le spectre des fréquences ondes électromagnétiques n'est pas limité. C’est en quoi les ondes électromagnétiques diffèrent des ondes sonores. La classification de ces ondes par fréquence (en hertz) ou longueur d'onde (en mètres) est représentée par l'échelle des ondes électromagnétiques (Fig. 1.10). Bien que l’ensemble du spectre soit divisé en régions, les frontières entre elles sont provisoirement tracées. Les zones se succèdent continuellement et, dans certains cas, se chevauchent. La différence de propriétés ne devient perceptible que lorsque les longueurs d'onde diffèrent de plusieurs ordres de grandeur.
Considérons les caractéristiques qualitatives des ondes électromagnétiques de différentes gammes de fréquences et les méthodes de leur excitation et de leur enregistrement.
Les ondes radio. Tout rayonnement électromagnétique d’une longueur d’onde supérieure à un demi-millimètre est classé comme ondes radio. Les ondes radio correspondent à la gamme de fréquences de 3 10 3 à 3 10 14 Hz. La région des ondes longues supérieures à 1 000 est identifiée m, moyenne – à partir de 1 000 m jusqu'à 100 m, court – à partir de 100 mà 10 m et ultra-court - moins de 10 m.
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Les ondes radio peuvent se propager presque sans perte longues distances dans l'atmosphère terrestre. Avec leur aide, les signaux de radio et de télévision sont transmis. La propagation des ondes radio à la surface de la Terre est influencée par les propriétés de l'atmosphère. Le rôle de l'atmosphère est déterminé par la présence de l'ionosphère dans ses couches supérieures. L'ionosphère est la partie supérieure ionisée de l'atmosphère. Une caractéristique de l'ionosphère est la forte concentration de particules chargées libres - ions et électrons. Ionosphère pour toutes les ondes radio, à partir des ultra-longues (λ ≈ 10 4 m) et jusqu'à court (λ ≈ 10 m), est un milieu réfléchissant. En raison de la réflexion de l'ionosphère terrestre, les ondes radio dans la gamme métrique et kilométrique sont utilisées pour la radiodiffusion et les communications radio sur de longues distances, assurant la transmission du signal sur des distances arbitrairement grandes à l'intérieur de la Terre. Mais aujourd’hui, ce type de communication appartient au passé grâce au développement des communications par satellite.
Les ondes UHF ne peuvent pas se plier la surface de la terre, ce qui limite leur zone de réception à la zone de propagation directe, qui dépend de la hauteur de l'antenne et de la puissance de l'émetteur. Mais même dans ce cas, le rôle de réflecteurs d'ondes radio, que joue l'ionosphère par rapport aux ondes métriques, est assumé par les répéteurs de satellite.
Les ondes électromagnétiques des gammes d'ondes radio sont émises par les antennes des stations de radio, dans lesquelles les oscillations électromagnétiques sont excitées à l'aide de générateurs haute et basse tension. ultra haute fréquence(Fig. 1.11).
Cependant, dans des cas exceptionnels, les ondes radiofréquences peuvent être créées par des systèmes de charges microscopiques, tels que les électrons des atomes et des molécules. Ainsi, un électron dans un atome d'hydrogène est capable d'émettre une onde électromagnétique d'une longueur (cette longueur correspond à la fréquence Hz, qui appartient à la région des micro-ondes de la gamme radio). À l’état non lié, les atomes d’hydrogène se trouvent principalement dans le gaz interstellaire. De plus, chacun d’eux émet en moyenne une fois tous les 11 millions d’années. Néanmoins, le rayonnement cosmique est tout à fait observable, puisqu'une grande quantité d'hydrogène atomique est dispersée dans l'espace.
C'est intéressant
Les ondes radio sont faiblement absorbées par le milieu, c'est pourquoi l'étude de l'Univers dans le domaine radio est très instructive pour les astronomes. Depuis les années 40. XXe siècle, la radioastronomie se développe rapidement, dont la tâche est d'étudier corps célestes par leurs émissions radio. Vols interplanétaires réussis stations spatiales vers la Lune, Vénus et d'autres planètes ont démontré les capacités de la technologie radio moderne. Ainsi, les signaux du véhicule de descente de la planète Vénus, dont la distance est d'environ 60 millions de kilomètres, sont reçus par les stations au sol 3,5 minutes après leur départ.
Un radiotélescope inhabituel a commencé à fonctionner à 500 km au nord de San Francisco (Californie). Sa tâche est de rechercher des civilisations extraterrestres.
| Photo prise depuis top.rbc.ru |
L'Allen Telescope Array (ATA) doit son nom au cofondateur de Microsoft, Paul Allen, qui a contribué à hauteur de 25 millions de dollars à sa création. Actuellement, ATA se compose de 42 antennes d'un diamètre de 6 m, mais il est prévu que leur nombre soit porté à 350.
Les créateurs de l'ATA espèrent capter des signaux provenant d'autres êtres vivants dans l'Univers d'ici 2025 environ. Le télescope devrait également aider à collecter des données supplémentaires sur des phénomènes tels que les supernovae, les trous noirs et divers objets astronomiques exotiques, dont l'existence est théoriquement prédite. , mais dans la pratique n'a pas été observé.
Le centre est sous gestion conjointe Le laboratoire de radioastronomie de l'université de Californie à Berkeley et l'institut SETI, qui recherchent des formes de vie extraterrestres. Les capacités techniques d'ATA améliorent considérablement la capacité de SETI à détecter les signaux de la vie intelligente.
Rayonnement infrarouge. La gamme du rayonnement infrarouge correspond aux longueurs d'onde de 1 mm jusqu'à 7 10 –7 m. Le rayonnement infrarouge provient du mouvement quantique accéléré des charges dans les molécules. Ce mouvement accéléré se produit lorsque la molécule tourne et que ses atomes vibrent.
| Riz. 1.12 |
La présence des ondes infrarouges a été établie en 1800 par William Herschel. V. Herschel a accidentellement découvert que les thermomètres qu'il utilisait étaient chauffés au-delà de l'extrémité rouge du spectre visible. Le scientifique a conclu qu’il existe un rayonnement électromagnétique qui prolonge le spectre du rayonnement visible au-delà de la lumière rouge. Il a appelé ce rayonnement infrarouge. On l'appelle également thermique, car les rayons infrarouges sont émis par tout corps chauffé, même s'il ne brille pas à l'œil nu. Vous pouvez facilement sentir le rayonnement d’un fer chaud même s’il n’est pas assez chaud pour briller. Les radiateurs de l'appartement émettent des ondes infrarouges, provoquant un échauffement notable des corps environnants (Fig. 1.12). Le rayonnement infrarouge est de la chaleur divers degrés donner tous les corps chauffés (soleil, flamme de feu, sable chauffé, cheminée).
 Riz. 1.13 |
Une personne ressent le rayonnement infrarouge directement avec la peau, comme la chaleur émanant d'un feu ou d'un objet chaud (Fig. 1.13). Certains animaux (par exemple, les vipères des terriers) possèdent même des organes sensoriels qui leur permettent de déterminer l'emplacement d'une proie à sang chaud grâce au rayonnement infrarouge de son corps. L'homme crée rayonnement infrarouge dans la gamme de 6 µmà 10 µm. Les molécules qui composent la peau humaine « résonnent » aux fréquences infrarouges. C’est donc le rayonnement infrarouge qui est majoritairement absorbé et nous réchauffe.
L’atmosphère terrestre ne laisse passer qu’une petite partie du rayonnement infrarouge. Il est absorbé par les molécules d’air, et notamment par les molécules de dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone est également responsable de l'effet de serre, du fait qu'une surface chauffée émet de la chaleur qui ne retourne pas dans l'espace. Il y a peu de dioxyde de carbone dans l’espace, donc les rayons thermiques traversent les nuages de poussière avec peu de pertes.
Pour enregistrer le rayonnement infrarouge dans la région spectrale proche du visible (à partir de l = 0,76 µm jusqu'à 1,2 µm), une méthode photographique est utilisée. Dans d'autres gammes, on utilise des thermocouples et des bolomètres à semi-conducteurs constitués de bandes de semi-conducteurs. La résistance des semi-conducteurs change lorsqu'ils sont éclairés par un rayonnement infrarouge, qui est enregistré de la manière habituelle.
Étant donné que la plupart des objets à la surface de la Terre émettent de l'énergie dans la gamme de longueurs d'onde infrarouges, les détecteurs de rayonnement infrarouge jouent un rôle important dans les technologies de détection modernes. Les appareils de vision nocturne permettent de détecter non seulement les personnes, mais également les équipements et les structures qui se sont réchauffés pendant la journée et qui dégagent leur chaleur dans l'environnement la nuit sous forme de rayons infrarouges. Les détecteurs de rayons infrarouges sont largement utilisés par les services de secours, par exemple pour détecter des personnes vivantes sous les décombres après un tremblement de terre ou autre. catastrophes naturelles.
 Riz. 1.14 |
Lumière visible. La lumière visible et les rayons ultraviolets sont créés par les vibrations des électrons des atomes et des ions. La région du spectre du rayonnement électromagnétique visible est très petite et possède des limites déterminées par les propriétés de l'organe visuel humain. Les longueurs d'onde de la lumière visible vont de 380 nm jusqu'à 760 nm. Toutes les couleurs de l’arc-en-ciel correspondent à différentes longueurs d’onde situées dans ces limites très étroites. L'œil perçoit le rayonnement dans une gamme étroite de longueurs d'onde sous forme de lumière monochrome et le rayonnement complexe contenant toutes les longueurs d'onde sous forme de lumière blanche (Fig. 1.14). Les longueurs d'onde de lumière correspondant aux couleurs primaires sont données dans le tableau 7.1. À mesure que la longueur d’onde change, les couleurs se transforment en douceur les unes dans les autres, formant de nombreuses nuances intermédiaires. L'œil humain moyen commence à détecter des différences de couleur correspondant à une différence de longueur d'onde de 2 nm.
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Pour qu’un atome puisse rayonner, il doit recevoir de l’énergie extérieure. Les sources de lumière thermique les plus courantes sont : le Soleil, les lampes à incandescence, les flammes, etc. L'énergie nécessaire aux atomes pour émettre de la lumière peut également être empruntée à des sources non thermiques, par exemple, une lueur s'accompagne d'une décharge dans un gaz.
La caractéristique la plus importante du rayonnement visible est bien entendu sa visibilité à l’œil humain. La température de la surface du Soleil, d'environ 5 000 °C, est telle que l'énergie maximale des rayons solaires se situe précisément dans la partie visible du spectre, et l'environnement qui nous entoure est largement transparent à ce rayonnement. Il n’est donc pas surprenant que l’œil humain, en cours d’évolution, se soit formé de manière à capter et reconnaître précisément cette partie du spectre des ondes électromagnétiques.
La sensibilité maximale de l'œil pendant la vision diurne se produit à la longueur d'onde et correspond à la lumière jaune-verte. À cet égard, un revêtement spécial sur les objectifs des appareils photo et des caméras vidéo doit transmettre la lumière jaune-verte dans l'équipement et réfléchir les rayons que l'œil perçoit plus faiblement. C'est pourquoi l'éclat du verre nous semble être un mélange de couleurs rouges et violettes.
La plupart moyens importants L'enregistrement des ondes électromagnétiques dans le domaine optique est basé sur la mesure du flux d'énergie transporté par l'onde. A cet effet, des phénomènes photoélectriques (photocellules, photomultiplicateurs), photochimiques (photoémulsion) et thermoélectriques (bolomètres) sont utilisés.
Rayonnement ultraviolet. Les rayons ultraviolets comprennent un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde allant de plusieurs milliers à plusieurs diamètres atomiques (390-10 nm). Ce rayonnement a été découvert en 1802 par le physicien I. Ritter. Le rayonnement ultraviolet a plus d'énergie que lumière visible Par conséquent, le rayonnement solaire dans la gamme ultraviolette devient dangereux pour le corps humain. Le rayonnement ultraviolet, comme nous le savons, nous est généreusement envoyé par le Soleil. Mais, comme nous l’avons déjà mentionné, c’est le Soleil qui émet le plus fortement en rayons visibles. Au contraire, les étoiles bleues chaudes sont une puissante source de rayonnement ultraviolet. C'est ce rayonnement qui chauffe et ionise les nébuleuses émettrices, c'est pourquoi nous les voyons. Mais comme le rayonnement ultraviolet est facilement absorbé par l'environnement gazeux, il ne nous parvient presque pas depuis des régions lointaines de la Galaxie et de l'Univers s'il y a des barrières de gaz et de poussière sur le chemin des rayons.
 Riz. 1.15 |
Nous acquérons la principale expérience de vie associée au rayonnement ultraviolet en été, lorsque nous passons beaucoup de temps au soleil. Nos cheveux se fanent et notre peau devient bronzée et brûlée. Tout le monde sait parfaitement à quel point la lumière du soleil a un effet bénéfique sur l’humeur et la santé d’une personne. Le rayonnement ultraviolet améliore la circulation sanguine, la respiration, l'activité musculaire, favorise la formation de vitamines et le traitement de certaines maladies de peau, active les mécanismes immunitaires, porte une charge de vigueur et Avoir de la bonne humeur(Fig. 1.15).
Le rayonnement ultraviolet dur (ondes courtes), correspondant à des longueurs d'onde adjacentes à la gamme des rayons X, est destructeur pour les cellules biologiques et est donc utilisé notamment en médecine pour stériliser les instruments chirurgicaux et le matériel médical, tuant tous les micro-organismes présents à leur surface.
 Riz. 1.16 |
Toute vie sur Terre est protégée des effets nocifs des rayons ultraviolets durs par la couche d'ozone de l'atmosphère terrestre, qui absorbe Ô la plupart des rayons ultraviolets durs du spectre du rayonnement solaire (Fig. 1.16). Sans ce bouclier naturel, la vie sur Terre n’aurait guère émergé des eaux de l’océan mondial.
La couche d'ozone se forme dans la stratosphère à une altitude de 20 kilomètres jusqu'à 50 kilomètres. En raison de la rotation de la Terre, la plus grande hauteur de la couche d'ozone se trouve à l'équateur et la plus petite aux pôles. Dans la zone proche de la Terre au-dessus des régions polaires, des « trous » se sont déjà formés, qui n'ont cessé de croître au cours des 15 dernières années. En raison de la destruction progressive de la couche d'ozone, l'intensité du rayonnement ultraviolet à la surface de la Terre augmente.
Jusqu'aux longueurs d'onde, les rayons ultraviolets peuvent être étudiés en utilisant les mêmes méthodes expérimentales que les rayons visibles. Dans la région des longueurs d'onde inférieures à 180 nm Il existe des difficultés importantes dues au fait que ces rayons sont absorbés par diverses substances, par exemple le verre. Par conséquent, dans les installations d'étude du rayonnement ultraviolet, on n'utilise pas de verre ordinaire, mais du quartz ou des cristaux artificiels. Cependant, pour un ultraviolet aussi court, les gaz à pression normale (par exemple l'air) sont également opaques. Par conséquent, pour étudier ce rayonnement, on utilise des installations spectrales à partir desquelles de l'air a été pompé (spectrographes sous vide).
En pratique, le rayonnement ultraviolet est souvent enregistré à l'aide de détecteurs de rayonnement photoélectrique. Enregistrement du rayonnement ultraviolet d'une longueur d'onde inférieure à 160 nm produit par des compteurs spéciaux similaires aux compteurs Geiger-Muller.
Rayonnement aux rayons X. Le rayonnement dans la gamme de longueurs d'onde allant de plusieurs diamètres atomiques à plusieurs centaines de diamètres du noyau atomique est appelé rayon X. Ce rayonnement a été découvert en 1895 par V. Roentgen (Roentgen l'appelait X-des rayons). En 1901, V. Roentgen fut le premier physicien à recevoir le prix Nobel pour la découverte des rayonnements, qui porte son nom. Ce rayonnement peut se produire lors du freinage par n'importe quel obstacle, incl. électrode métallique, électrons rapides résultant de la conversion de l'énergie cinétique de ces électrons en énergie du rayonnement électromagnétique. Pour obtenir un rayonnement X, des appareils à vide électriques spéciaux sont utilisés - des tubes à rayons X. Ils sont constitués d'une vitrine sous vide dans laquelle la cathode et l'anode sont situées à une certaine distance l'une de l'autre, reliées à un circuit haute tension. Un champ électrique puissant est créé entre la cathode et l’anode, accélérant les électrons jusqu’à leur transformation en énergie. Le rayonnement X se produit lorsque la surface d’une anode métallique est bombardée sous vide par des électrons à grande vitesse. Lorsque les électrons sont décélérés dans le matériau de l'anode, bremsstrahlung, ayant un spectre continu. De plus, suite au bombardement électronique, les atomes du matériau à partir duquel l'anode est constituée sont excités. La transition des électrons atomiques vers un état d'énergie plus faible s'accompagne de l'émission d'un rayonnement X caractéristique dont les fréquences sont déterminées par le matériau de l'anode.
Les rayons X traversent librement les muscles humains, pénètrent dans le carton, le bois et d'autres corps opaques à la lumière.
Ils font briller un certain nombre de substances. V. Roentgen a non seulement découvert le rayonnement X, mais a également étudié ses propriétés. Il a découvert que les matériaux à faible densité sont plus transparents que les matériaux à haute densité. Les rayons X pénètrent dans les tissus mous du corps et sont donc indispensables au diagnostic médical. En plaçant votre main entre la source de rayons X et l'écran, vous pouvez voir une légère ombre de la main, sur laquelle ressortent nettement les ombres plus sombres des os (Fig. 1.17).
Des flashs puissants sur le Soleil sont également une source de rayonnement X (Fig. 1.19). L'atmosphère terrestre constitue un excellent bouclier contre les rayons X.
En astronomie, on se souvient le plus souvent des rayons X lorsqu’on parle de trous noirs. étoiles à neutrons et des pulsars. Lorsque la matière est capturée à proximité des pôles magnétiques d’une étoile, une grande quantité d’énergie est libérée, qui est émise dans la gamme des rayons X.
Pour enregistrer le rayonnement X, les mêmes phénomènes physiques sont utilisés que dans l'étude du rayonnement ultraviolet. Des méthodes photochimiques, photoélectriques et luminescentes sont principalement utilisées.
Rayonnement gamma– le rayonnement électromagnétique de longueur d'onde la plus courte avec des longueurs d'onde inférieures à 0,1 nm. Il est associé aux processus nucléaires, aux phénomènes désintégration radioactive, se produisant avec certaines substances, tant sur Terre que dans l'espace.
Les rayons gamma sont nocifs pour les organismes vivants. L'atmosphère terrestre ne transmet pas de rayonnement gamma cosmique. Cela garantit l’existence de toute vie sur Terre. Le rayonnement gamma est enregistré par des détecteurs de rayonnement gamma et des compteurs à scintillation.
Ainsi, les ondes électromagnétiques de différentes gammes ont reçu des noms différents et se révèlent dans des phénomènes physiques complètement différents. Ces ondes sont émises par divers vibrateurs et sont enregistrées diverses méthodes, mais ils ont la même nature électromagnétique, se propagent dans le vide à la même vitesse et présentent des phénomènes d'interférence et de diffraction. Il existe deux principaux types de sources de rayonnement électromagnétique. Dans les sources microscopiques, les particules chargées passent d’un niveau d’énergie à un autre au sein des atomes ou des molécules. Les émetteurs de ce type émettent des rayons gamma, X, ultraviolets, visibles et infrarouges et, dans certains cas, des rayonnements de longueur d'onde encore plus longue. Les sources du deuxième type peuvent être appelées macroscopiques. En eux, les électrons libres des conducteurs effectuent des oscillations périodiques synchrones. Système électrique peut avoir une grande variété de configurations et de tailles. Il convient de souligner qu'avec un changement de longueur d'onde, des différences qualitatives apparaissent également : les rayons de courte longueur d'onde, ainsi que les propriétés des ondes, présentent plus clairement des propriétés corpusculaires (quantiques).
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Date de création de la page : 2016-02-16
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Échelle de rayonnement électromagnétique.
L'échelle des ondes électromagnétiques s'étend des ondes radio longues aux rayons gamma. Les ondes électromagnétiques de différentes longueurs sont classiquement divisées en gammes selon diverses caractéristiques (mode de production, mode d'enregistrement, nature de l'interaction avec la matière).
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Un rayonnement électromagnétique
1. Rayonnement gamma 2. Plage infrarouge 3. Rayons X 4. Rayonnement radio et micro-ondes 5. Plage visible 6. Ultraviolet
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Rayonnement gamma
Application
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Rayonnement gamma L'une des premières places dans le domaine de la découverte des rayons gamma appartient à l'Anglais Ernest Rutherford. L'objectif de Rutherford n'était pas simplement de découvrir de nouvelles substances émettrices. Il voulait découvrir quels étaient leurs rayons. Il a supposé à juste titre que des particules chargées pouvaient être rencontrées dans ces rayons. Et ils sont déviés dans un champ magnétique. En 1898, Rutherford commença des recherches sur le rayonnement de l'uranium, dont les résultats furent publiés en 1899 dans l'article « Radiation of Uranium and Electrical Conductivity Created by It ». Rutherford a fait passer un puissant faisceau de rayons de radium entre les pôles d'un puissant aimant. Et ses hypothèses étaient justifiées.
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Le rayonnement a été enregistré par son effet sur une plaque photographique. Alors qu'il n'y avait pas de champ magnétique, une tache est apparue sur la plaque à cause des rayons de radium tombant dessus. Mais le faisceau traversait un champ magnétique. Maintenant, il semble s'être effondré. Un faisceau déviait vers la gauche, l'autre vers la droite. La déviation des rayons dans le champ magnétique indiquait clairement que le rayonnement contenait des particules chargées ; De cette déviation on pourrait juger du signe des particules. Par les deux premières lettres alphabet grec et Rutherford ont nommé deux composants du rayonnement des substances radioactives. Rayons alpha () - partie du rayonnement qui est déviée comme elle le serait particules positives. Les particules négatives étaient désignées par la lettre bêta (). Et en 1900, Villar découvrit un autre composant du rayonnement de l'uranium, qui ne déviait pas dans le champ magnétique et possédait le plus grand pouvoir pénétrant ; on l'appelait les rayons gamma (). Il s’est avéré qu’il s’agissait de « particules » de rayonnement électromagnétique – ce qu’on appelle les quanta gamma. Rayonnement gamma, rayonnement électromagnétique à ondes courtes. À l'échelle des ondes électromagnétiques, il frise le rayonnement X dur, occupant toute la gamme de fréquences >3*1020 Hz, ce qui correspond aux longueurs d'onde
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Le rayonnement gamma se produit pendant les désintégrations noyaux radioactifs, particules élémentaires, lors de l'annihilation de paires particule-antiparticule, ainsi que lors du passage de particules chargées rapidement à travers la matière. Le rayonnement gamma accompagnant la désintégration des noyaux radioactifs est émis lors des transitions d'un noyau à partir d'un noyau plus excité. état énergétique au moins excité ou au principal. L'émission d'un quantum gamma par un noyau n'entraîne pas de modification du numéro atomique ou du nombre de masse, contrairement à d'autres types de transformations radioactives. La largeur des raies de rayonnement gamma est généralement extrêmement petite (~10-2 eV). Étant donné que la distance entre les niveaux est plusieurs fois supérieure à la largeur des lignes, le spectre du rayonnement gamma est linéaire, c'est-à-dire se compose d'un certain nombre de lignes discrètes. L'étude des spectres de rayonnement gamma permet d'établir les énergies des états excités des noyaux.
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La source du rayonnement gamma est un changement dans l'état énergétique du noyau atomique, ainsi que l'accélération de particules librement chargées. Des rayons gamma à haute énergie sont émis lors de la désintégration de certaines particules élémentaires. Ainsi, la désintégration d'un méson p° au repos produit un rayonnement gamma d'une énergie de ~70 MeV. le rayonnement gamma issu de la désintégration des particules élémentaires se forme également spectre de raies. Cependant, les particules élémentaires en voie de désintégration se déplacent souvent à des vitesses comparables à la vitesse de la lumière. En conséquence, un élargissement de la raie Doppler se produit et le spectre du rayonnement gamma devient flou sur une large plage d'énergie. Le rayonnement gamma, produit lorsque des particules chargées rapidement traversent la matière, est provoqué par leur décélération dans un champ coulombien. noyaux atomiques substances. Le rayonnement gamma de Bremsstrahlung, comme les rayons X de bremsstrahlung, est caractérisé par un spectre continu dont la limite supérieure coïncide avec l'énergie d'une particule chargée, par exemple un électron. Dans l'espace interstellaire, le rayonnement gamma peut résulter de collisions de quanta de rayonnement électromagnétique à ondes longues plus douces, comme la lumière, avec des électrons accélérés par des champs magnétiques. objets spatiaux. Dans ce cas, l’électron rapide transfère son énergie au rayonnement électromagnétique et la lumière visible se transforme en rayonnement gamma plus dur. Un phénomène similaire peut se produire dans des conditions terrestres lorsque des électrons de haute énergie produits par des accélérateurs entrent en collision avec des photons de lumière visible dans des faisceaux de lumière intenses créés par des lasers. L'électron transfère de l'énergie à un photon lumineux, qui se transforme en quantum gamma. Il est possible en pratique de convertir des photons individuels de lumière en rayons gamma de haute énergie.
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Le rayonnement gamma a une capacité de pénétration élevée, c'est-à-dire qu'il peut pénétrer de grandes épaisseurs de matière sans atténuation notable. Il traverse une couche de béton d'un mètre d'épaisseur et une couche de plomb de plusieurs centimètres d'épaisseur.
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Les principaux processus qui se produisent lors de l'interaction du rayonnement gamma avec la matière : absorption photoélectrique (effet photoélectrique), diffusion Compton (effet Compton) et formation de paires électron-positon. Lors de l'effet photoélectrique, un quantum gamma est absorbé par l'un des électrons de l'atome et l'énergie du quantum gamma est convertie, moins l'énergie de liaison de l'électron dans l'atome, en énergie cinétique de l'électron sortant de l'atome. l'atome. La probabilité d'un effet photoélectrique est directement proportionnelle à la puissance 5 du numéro atomique de l'élément et inversement proportionnelle à la puissance 3 de l'énergie du rayonnement gamma. Avec l'effet Compton, un quantum gamma est diffusé sur l'un des électrons faiblement liés dans l'atome. Contrairement à l'effet photoélectrique, avec l'effet Compton le quantum gamma ne disparaît pas, mais change seulement l'énergie (longueur d'onde) et la direction de propagation. En raison de l'effet Compton, un faisceau étroit de rayons gamma devient plus large et le rayonnement lui-même devient plus doux (longueur d'onde). L'intensité de la diffusion Compton est proportionnelle au nombre d'électrons dans 1 cm3 d'une substance, et donc la probabilité de ce processus est proportionnelle au numéro atomique de la substance. L'effet Compton devient perceptible dans les substances à faible numéro atomique et à des énergies de rayonnement gamma dépassant l'énergie de liaison des électrons dans les atomes. Si l'énergie d'un quantum gamma dépasse 1,02 MeV, la formation de paires électron-positon dans le champ électrique des noyaux. devient possible. La probabilité de formation de paires est proportionnelle au carré du numéro atomique et augmente avec hv. Par conséquent, à hv ~ 10, le processus principal dans toute substance est la formation de paires. Le processus inverse d’annihilation d’une paire électron-positon est une source de rayonnement gamma. Presque tout le rayonnement arrivant sur Terre depuis l'espace est absorbé par l'atmosphère terrestre. Cela permet à la vie organique d’exister sur Terre. -Un rayonnement se produit lors d'une explosion armes nucléaires en raison de la désintégration radioactive des noyaux.
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Le rayonnement gamma est utilisé en technologie, par exemple, pour détecter les défauts des pièces métalliques - détection des défauts gamma. En chimie des rayonnements, le rayonnement gamma est utilisé pour initier transformations chimiques, par exemple les procédés de polymérisation. Le rayonnement gamma est utilisé dans l’industrie alimentaire pour stériliser les aliments. Les principales sources de rayonnement gamma sont naturelles et artificielles Isotopes radioactifs, ainsi que des accélérateurs électroniques. L’effet du rayonnement gamma sur le corps est similaire à celui d’autres types de rayonnements ionisants. Les rayonnements gamma peuvent causer des dommages au corps, voire la mort. La nature de l'influence du rayonnement gamma dépend de l'énergie des quanta γ et des caractéristiques spatiales de l'irradiation, par exemple externe ou interne. Les rayonnements gamma sont utilisés en médecine pour le traitement des tumeurs, pour la stérilisation des locaux, des équipements et des médicaments. Le rayonnement gamma est également utilisé pour obtenir des mutations avec sélection ultérieure de formes économiquement utiles. C'est ainsi que sont sélectionnées des variétés de micro-organismes hautement productives (par exemple pour obtenir des antibiotiques) et des plantes.
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Portée infrarouge
Origine et application terrestre
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William Herschel a été le premier à remarquer que derrière le bord rouge du spectre dérivé du prisme du Soleil se trouvait un rayonnement invisible qui provoquait le réchauffement du thermomètre. Ce rayonnement fut plus tard appelé thermique ou infrarouge.
Le rayonnement proche infrarouge est très similaire à la lumière visible et est détecté par les mêmes instruments. L'IR moyen et lointain utilise des bolomètres pour détecter les changements. La planète Terre entière et tous les objets qui s'y trouvent, même la glace, brillent dans la plage infrarouge moyenne. De ce fait, la Terre n’est pas surchauffée par la chaleur solaire. Mais la totalité du rayonnement infrarouge ne traverse pas l’atmosphère. Il n'y a que quelques fenêtres de transparence, le reste du rayonnement est absorbé gaz carbonique, la vapeur d'eau, le méthane, l'ozone et d'autres gaz à effet de serre qui empêchent la Terre de se refroidir rapidement. En raison de l'absorption atmosphérique et du rayonnement thermique des objets, les télescopes à infrarouge moyen et lointain sont transportés dans l'espace et refroidis à l'azote liquide ou même de l'hélium.
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Sources Dans l'infrarouge, le télescope Hubble peut voir plus de galaxies que d'étoiles -
Un fragment de l'un des soi-disant champs profonds de Hubble. En 1995, un télescope spatial a collecté pendant 10 jours la lumière provenant d’une partie du ciel. Cela a permis d'observer des galaxies extrêmement faibles, dont la distance peut atteindre 13 milliards d'années-lumière (moins d'un milliard d'années de Big Bang). La lumière visible provenant d’objets aussi éloignés subit un décalage vers le rouge important et devient infrarouge. Les observations ont été réalisées dans une région éloignée du plan galactique, où relativement peu d'étoiles sont visibles. Par conséquent, la plupart des objets enregistrés sont des galaxies à différents stades d’évolution.
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Galaxie sombrero en infrarouge
La galaxie spirale géante, également désignée M104, est située dans un amas de galaxies dans la constellation de la Vierge et nous est visible presque par la tranche. Elle possède un énorme renflement central (un épaississement sphérique au centre de la galaxie) et contient environ 800 milliards d'étoiles, soit 2 à 3 fois plus que la Voie lactée. Au centre de la galaxie se trouve un trou noir supermassif d’une masse d’environ un milliard de masses solaires. Ceci est déterminé par la vitesse de déplacement des étoiles près du centre de la galaxie. Dans l'infrarouge, un anneau de gaz et de poussière est clairement visible dans la galaxie, dans lequel naissent activement des étoiles.
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Nébuleuses et nuages de poussière près du centre de la Galaxie dans la gamme IR
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RécepteursTélescope spatial infrarouge "Spitzer"
Le miroir principal de 85 cm de diamètre est en béryllium et est refroidi à 5,5 K pour réduire l'émission infrarouge du miroir. Le télescope a été lancé en août 2003 dans le cadre du programme Four Great Observatories de la NASA, notamment : Compton Gamma-ray Observatory (1991-2000, 20 keV-30 GeV), voir 100 MeV Gamma-Ray Sky, Chandra X-ray Observatory "(1999, 100 eV-10 keV), télescope spatial Hubble (1990, 100-2100 nm), télescope infrarouge Spitzer (2003, 3-180 μm). Le télescope Spitzer devrait avoir une durée de vie d'environ 5 ans. Le télescope doit son nom à l'astrophysicien Lyman Spitzer (1914-1997), qui, en 1946, bien avant le lancement du premier satellite, publia l'article «Avantages pour l'astronomie d'un observatoire extraterrestre» et qui, 30 ans plus tard, convainquit la NASA et le Congrès américain pour commencer à développer un télescope spatial.
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Application terrestre : appareil de vision nocturne
L'appareil est basé sur un convertisseur électron-optique (EOC), qui permet d'amplifier de manière significative (de 100 à 50 000 fois) la faible lumière visible ou infrarouge. La lentille crée une image sur une photocathode d'où, comme dans le cas d'un photomultiplicateur, des électrons sont éjectés. Ensuite, ils sont accélérés par une haute tension (10-20 kV), focalisés par l'optique électronique (un champ électromagnétique d'une configuration spécialement sélectionnée) et tombent sur un écran fluorescent semblable à un téléviseur. Sur celui-ci, l'image est visualisée à travers des oculaires. L'accélération des photoélectrons permet dans des conditions de faible luminosité d'utiliser littéralement tous les quantums de lumière pour obtenir une image, mais dans l'obscurité totale, un rétroéclairage est nécessaire. Afin de ne pas révéler la présence d'un observateur, un projecteur proche IR (760-3000 nm) est utilisé à cet effet.
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Il existe également des appareils qui détectent le rayonnement thermique des objets dans la plage IR moyenne (8 à 14 µm). De tels appareils sont appelés imageurs thermiques ; ils permettent de remarquer une personne, un animal ou un moteur chauffé grâce à leur contraste thermique avec l'arrière-plan environnant.
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Radiateur
Toute l’énergie consommée par un radiateur électrique se transforme finalement en chaleur. Une partie importante de la chaleur est évacuée par l'air, qui entre en contact avec la surface chaude, se dilate et monte, de sorte que c'est principalement le plafond qui est chauffé. Pour éviter cela, les radiateurs sont équipés de ventilateurs qui dirigent l’air chaud, par exemple vers les pieds d’une personne, et aident à mélanger l’air de la pièce. Mais il existe un autre moyen de transférer la chaleur aux objets environnants : le rayonnement infrarouge d’un radiateur. Plus la surface est chaude et plus sa superficie est grande, plus elle est résistante. Pour augmenter la surface, les radiateurs sont rendus plats. Cependant, la température de surface ne peut pas être élevée. D'autres modèles de radiateurs utilisent une spirale chauffée à plusieurs centaines de degrés (chaleur rouge) et un réflecteur métallique concave qui crée un flux dirigé de rayonnement infrarouge.
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radiographie
1. Sources, applications
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2. Mise en évidence nouveau genreétude, Wilhelm Roentgen les a appelés rayons X. Sous ce nom, il est connu dans le monde entier, à l'exception de la Russie. La source de rayons X la plus caractéristique dans l’espace est constituée des régions internes chaudes des disques d’accrétion autour des étoiles à neutrons et des trous noirs. En outre, la couronne solaire brille dans la gamme des rayons X, chauffée à 1 à 2 millions de degrés, bien qu'à la surface du Soleil, elle ne soit qu'environ 6 000 degrés. Mais les rayons X peuvent être obtenus sans températures extrêmes. Dans le tube émetteur d'un appareil médical à rayons X, des électrons sont accélérés par une tension de plusieurs kilovolts et s'écrasent sur un écran métallique, émettant des rayons X lors du freinage. Les tissus corporels absorbent les rayons X de différentes manières, ce qui permet d'étudier la structure des organes internes. Les rayons X ne pénètrent pas dans l’atmosphère ; les sources de rayons X cosmiques ne sont observées que depuis l’orbite. Les rayons X durs sont enregistrés avec des capteurs à scintillation. Lorsque les quanta de rayons X sont absorbés, une lueur apparaît pendant une courte période, qui est capturée par des photomultiplicateurs. Les rayons X mous sont focalisés par des miroirs métalliques à incidence oblique, à partir desquels les rayons sont réfléchis sous un angle inférieur à un degré, comme des cailloux provenant de la surface de l'eau.
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SourcesSources de rayons X dans la région du centre de notre Galaxie
Fragment d'une image du voisinage du centre galactique obtenue par le télescope à rayons X Chandra. Un certain nombre de sources lumineuses sont visibles, qui semblent être des disques d'accrétion autour d'objets compacts - étoiles à neutrons et trous noirs.
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Quartier du pulsar dans la nébuleuse du Crabe
Nébuleuse du Crabe - vestige supernova, dont une épidémie fut observée en 1054. La nébuleuse elle-même est la coquille d'une étoile dispersée dans l'espace, et son noyau s'est effondré et a formé une étoile à neutrons en rotation super dense d'un diamètre d'environ 20 km. La rotation de cette étoile à neutrons est surveillée par des fluctuations strictement périodiques de son rayonnement dans le domaine radio. Mais le pulsar émet également dans le domaine du visible et des rayons X. En rayons X, le télescope Chandra a pu imager le disque d'accrétion autour du pulsar et des petits jets perpendiculaires à son plan (cf. le disque d'accrétion autour d'un trou noir supermassif).
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Protubérances solaires dans les rayons X
La surface visible du Soleil est chauffée à environ 6 000 degrés, ce qui correspond à la plage visible du rayonnement. Cependant, la couronne entourant le Soleil est chauffée à une température de plus d’un million de degrés et brille donc dans la gamme des rayons X du spectre. Cette image a été prise pendant une activité solaire maximale, qui varie sur une période de 11 ans. La surface du Soleil elle-même n'émet pratiquement pas de rayons X et apparaît donc noire. Pendant le minimum solaire, l'émission de rayons X du Soleil diminue considérablement. L'image a été prise par le satellite japonais Yohkoh (« Sunbeam »), également connu sous le nom de Solar-A, qui a fonctionné de 1991 à 2001.
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RécepteursTélescope à rayons X Chandra
L'un des quatre « Grands Observatoires » de la NASA, du nom de l'astrophysicien indo-américain Subramanian Chandrasekhar (1910-1995), prix Nobel (1983), spécialiste de la théorie de la structure et de l'évolution des étoiles. L'instrument principal de l'observatoire est un télescope à rayons X à incidence oblique d'un diamètre de 1,2 m, contenant quatre miroirs paraboliques à incidence oblique emboîtés (voir schéma), se transformant en miroirs hyperboliques. L'observatoire a été mis en orbite en 1999 et fonctionne dans le domaine des rayons X mous (100 eV-10 keV). Les nombreuses découvertes de Chandra incluent la première image d'un disque d'accrétion autour d'un pulsar dans la nébuleuse du Crabe.
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Application terrestre
Un tube électronique qui sert de source de rayonnement X doux. Une tension de 10 à 100 kV est appliquée entre deux électrodes à l’intérieur d’une fiole à vide scellée. Sous l’influence de cette tension, les électrons sont accélérés jusqu’à une énergie de 10 à 100 keV. À la fin du trajet, ils entrent en collision avec une surface métallique polie et freinent brusquement, dégageant une partie importante de l'énergie sous forme de rayonnement dans le domaine des rayons X et de l'ultraviolet.
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radiographie
L'image est obtenue en raison de la perméabilité inégale des tissus du corps humain aux rayons X. Dans un appareil photo ordinaire, l'objectif réfracte la lumière réfléchie par l'objet et la concentre sur le film, où une image se forme. Cependant, les rayons X sont très difficiles à focaliser. Par conséquent, le fonctionnement d'un appareil à rayons X s'apparente davantage à l'impression par contact d'une photographie, lorsque le négatif est placé sur du papier photographique et un bref délais illuminé. Seulement dans ce cas, le rôle négatif est joué par corps humain, le rôle du papier photographique est un film photographique spécial sensible aux rayons X, et au lieu d'une source de lumière, un tube à rayons X est pris.
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Rayonnement radio et micro-ondes
Application
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La portée des émissions radio est à l'opposé du rayonnement gamma et est également illimitée d'un côté - des ondes longues aux basses fréquences. Les ingénieurs le divisent en plusieurs sections. Les ondes radio les plus courtes sont utilisées pour la transmission de données sans fil (Internet, téléphonie cellulaire et satellite) ; Les ondes métriques, décimétriques et ultracourtes (VHF) occupent les stations de télévision et de radio locales ; les ondes courtes (HF) sont utilisées pour les communications radio mondiales : elles sont réfléchies par l'ionosphère et peuvent faire le tour de la Terre ; les ondes moyennes et longues sont utilisées pour la radiodiffusion régionale. Les ondes ultra-longues (ELW) - de 1 km à des milliers de kilomètres - pénètrent dans l'eau salée et sont utilisées pour la communication avec les sous-marins, ainsi que pour la recherche de minéraux. L'énergie des ondes radio est extrêmement faible, mais elles excitent de faibles vibrations des électrons dans une antenne métallique. Ces vibrations sont ensuite amplifiées et enregistrées. L'atmosphère transmet des ondes radio d'une longueur de 1 mm à 30 m. Elles permettent d'observer les noyaux galactiques, les étoiles à neutrons et d'autres systèmes planétaires, mais la réalisation la plus impressionnante de la radioastronomie réside dans les images détaillées record. sources cosmiques, dont la résolution dépasse les dix millièmes de seconde d'arc.
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Four micro onde
Les micro-ondes sont une sous-bande d’émission radio adjacente à l’infrarouge. On l’appelle également rayonnement ultra-haute fréquence (micro-ondes) car il possède la fréquence la plus élevée de la gamme radio. La gamme des micro-ondes intéresse les astronomes car elle détecte le rayonnement relique restant de l'époque du Big Bang (un autre nom est micro-ondes). fond d'espace). Elle a été émise il y a 13,7 milliards d'années, lorsque la matière chaude de l'Univers est devenue transparente à son propre rayonnement thermique. Au fur et à mesure de l'expansion de l'Univers, le CMB s'est refroidi et sa température est aujourd'hui de 2,7 K. Le rayonnement du CMB arrive sur Terre de toutes les directions. Aujourd'hui, les astrophysiciens s'intéressent aux inhomogénéités de la lueur du ciel dans le domaine des micro-ondes. Ils sont utilisés pour déterminer comment les amas de galaxies ont commencé à se former dans l'Univers primitif afin de tester l'exactitude des théories cosmologiques. Mais sur Terre, les micro-ondes sont utilisés pour des tâches aussi banales que préparer le petit-déjeuner ou parler au téléphone portable. L'atmosphère est transparente aux micro-ondes. Ils peuvent être utilisés pour communiquer avec des satellites. Il existe également des projets visant à transmettre de l'énergie à distance à l'aide de faisceaux micro-ondes.
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SourcesNébuleuse du Crabe à portée radio
A partir de cette image, basée sur les observations de l'Observatoire national de radioastronomie américain (NRAO), on peut juger de la nature des champs magnétiques dans la nébuleuse du Crabe. La nébuleuse du Crabe est le vestige de supernova le mieux étudié. Cette image montre à quoi cela ressemble dans la portée radio. L'émission radio est générée par des électrons rapides se déplaçant dans un champ magnétique. Le champ force les électrons à tourner, c'est-à-dire à se déplacer à un rythme accéléré, et avec un mouvement accéléré, les charges émettent des ondes électromagnétiques.
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Modèle informatique de la distribution de la matière dans l'Univers
Initialement, la répartition de la matière dans l’Univers était presque parfaitement uniforme. Mais néanmoins, de petites fluctuations de densité (peut-être même quantiques) sur plusieurs millions et milliards d’années ont conduit à la fragmentation de la substance. Des résultats similaires sont obtenus à partir d'études d'observation de la répartition des galaxies dans l'espace. Pour des centaines de milliers de galaxies, les coordonnées dans le ciel et les redshifts sont déterminés, à partir desquels les distances aux galaxies sont calculées. La figure montre le résultat d'une simulation informatique de l'évolution de l'Univers. Le mouvement de 10 milliards de particules sous l’influence de la gravité mutuelle a été calculé sur 15 milliards d’années. En conséquence, une structure poreuse s'est formée, rappelant vaguement une éponge. Des amas de galaxies sont concentrés dans ses nœuds et ses bords, et entre eux se trouvent de vastes déserts où il n'y a presque aucun objet - les astronomes les appellent des vides (du vide anglais - vide).
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Certes, il n’est possible d’obtenir un bon accord entre les calculs et les observations que si l’on suppose que la matière visible (lumineuse dans le spectre électromagnétique) ne représente qu’environ 5 % de la masse totale de l’Univers. Le reste est dû à ce qu'on appelle la matière noire et l'énergie noire, qui se manifestent uniquement par leur gravité et dont la nature n'a pas encore été établie. Leur étude constitue l’un des problèmes les plus urgents de l’astrophysique moderne.
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Quasar : noyau galactique actif
L'image radio du quasar montre en rouge des zones d'émission radio de haute intensité : au centre se trouve le noyau galactique actif, et de chaque côté se trouvent deux jets. La galaxie elle-même n'émet pratiquement pas d'ondes radio. Lorsque trop de matière s’accumule sur le trou noir supermassif au centre d’une galaxie, une énorme quantité d’énergie est libérée. Cette énergie accélère une partie de la matière à des vitesses proches de la lumière et l'éjecte dans des jets de plasma relativistes dans deux directions opposées perpendiculaires à l'axe du disque d'accrétion. Lorsque ces jets entrent en collision avec le milieu intergalactique et sont décélérés, les particules qui y pénètrent émettent des ondes radio.
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Galaxie radio : carte des contours de la luminosité radio
Les cartes de contour sont généralement utilisées pour représenter des images prises à une seule longueur d'onde, en particulier dans la plage des longueurs d'onde radio. Selon le principe de construction, elles s'apparentent aux lignes horizontales sur Carte topographique, seulement au lieu de points avec une hauteur fixe au-dessus de l'horizon, ils relient des points avec la même luminosité radio que la source dans le ciel. Pour imager des objets spatiaux dans des plages de rayonnement autres que visibles, ils sont utilisés diverses techniques. Il s'agit le plus souvent de couleurs artificielles et de cartes de contours. À l'aide de couleurs artificielles, vous pouvez montrer à quoi ressemblerait un objet si les récepteurs photosensibles de l'œil humain n'étaient pas sensibles à certaines couleurs du domaine visible, mais à d'autres fréquences. spectre électromagnétique.
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RécepteursMicrowave Orbiter WMAP
L'étude du fond micro-ondes a été commencée par des radiotélescopes au sol, poursuivie par l'instrument soviétique Relikt-1 à bord du satellite Prognoz-9 en 1983 et par le satellite américain COBE (Cosmic Background Explorer) en 1989, mais la carte la plus détaillée de la distribution du fond micro-ondes sphère céleste a construit la sonde WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) en 2003. Les données obtenues imposent des restrictions importantes sur les modèles de formation des galaxies et d'évolution de l'Univers. Fond d'espace rayonnement micro-ondes, également appelé rayonnement de fond cosmique micro-ondes, crée un bruit radio presque identique dans toutes les directions du ciel. Et pourtant, il existe de très petites variations d’intensité – environ un millième de pour cent. Ce sont des traces d’inhomogénéités dans la densité de matière dans le jeune Univers, qui ont servi de germes aux futurs amas de galaxies.
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Avis sur Sky
L'énergie d'un atome d'hydrogène non excité dépend de l'orientation relative des spins du proton et de l'électron. S'ils sont parallèles, l'énergie est légèrement plus élevée. De tels atomes peuvent se transformer spontanément dans un état de spins antiparallèles, émettant un quantum d’émission radio qui emporte un infime excès d’énergie. Cela arrive à un atome en moyenne une fois tous les 11 millions d’années. Mais l'énorme répartition de l'hydrogène dans l'Univers permet d'observer des nuages de gaz à cette fréquence. La fameuse raie spectrale de 21,1 cm est une autre façon d’observer l’hydrogène atomique neutre dans l’espace. La ligne apparaît en raison de la division dite hyperfine du niveau d'énergie principal de l'atome d'hydrogène.
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Ciel radio à 73,5 cm, 408 MHz (Bonn)
Pour construire l'enquête, l'un des plus grands radiotélescopes à rotation complète au monde a été utilisé : le radiotélescope de Bonn de 100 mètres. Il s'agit de la longueur d'onde la plus longue de tous les relevés du ciel. Elle a été réalisée à une longueur d'onde à laquelle un nombre important de sources sont observées dans la Galaxie. De plus, le choix de la longueur d'onde a été déterminé par des raisons techniques.
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Application terrestre
Four à micro-ondes C'est ainsi que s'effectuent le séchage des aliments, la décongélation, la cuisson et le chauffage au micro-ondes (micro-ondes). De plus, les courants électriques alternatifs excitent des courants à haute fréquence. Ces courants peuvent se produire dans des substances où des particules chargées mobiles sont présentes. Mais les objets métalliques pointus et fins ne peuvent pas être placés dans un four à micro-ondes (cela s'applique notamment aux plats avec des décorations métalliques recouvertes d'argent et d'or). Même un mince anneau de placage d'or le long du bord de la plaque peut provoquer une puissante décharge électrique qui endommagera le dispositif qui crée l'onde électromagnétique dans le four (magnétron, klystron). Le principal avantage d'un four à micro-ondes est qu'au fil du temps, les aliments sont chauffés dans tout le volume, et pas seulement à partir de la surface. Le rayonnement micro-ondes, ayant une longueur d’onde plus longue, pénètre plus profondément que le rayonnement infrarouge sous la surface des produits. À l’intérieur des aliments, les vibrations électromagnétiques excitent les niveaux de rotation des molécules d’eau, dont le mouvement provoque principalement le réchauffement des aliments.
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Téléphone portable
Dans la norme GSM, une station de base ne peut prendre en charge que 8 conversations téléphoniques simultanément. Lors d'événements de masse et de catastrophes naturelles, le nombre d'appelants augmente fortement, ce qui surcharge les stations de base et entraîne des interruptions de service. communication cellulaire. Pour de tels cas, les opérateurs de téléphonie mobile disposent de stations de base mobiles qui peuvent être rapidement livrées dans des zones très fréquentées. La question de préjudice possible rayonnement micro-ondes des téléphones portables. Lors d'une conversation, l'émetteur se trouve à proximité de la tête de la personne. Des études répétées n'ont pas encore permis d'enregistrer de manière fiable impact négatifémissions radio des téléphones portables sur la santé. Bien que les effets d’un faible rayonnement micro-ondes sur les tissus corporels ne puissent pas être complètement exclus, il n’y a pas lieu de s’inquiéter sérieusement. Le principe de fonctionnement de la téléphonie cellulaire repose sur l'utilisation d'un canal radio (dans le domaine des micro-ondes) pour la communication entre l'abonné et l'une des stations de base. Les informations sont généralement transmises entre les stations de base via des réseaux câblés numériques. La portée de la station de base - la taille de la cellule - va de plusieurs dizaines à plusieurs milliers de mètres. Cela dépend du paysage et de la force du signal, qui est sélectionnée de manière à ce qu'il n'y ait pas trop d'abonnés actifs dans une cellule.
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la télé
L'émetteur d'une chaîne de télévision diffuse en permanence un signal radio d'une fréquence strictement fixe, on l'appelle fréquence porteuse. Le circuit de réception du téléviseur y est ajusté - une résonance y apparaît à la fréquence souhaitée, ce qui permet de capter de faibles oscillations électromagnétiques. Les informations sur l'image sont transmises par l'amplitude des oscillations : une grande amplitude signifie une luminosité élevée, une faible amplitude signifie une zone sombre de l'image. Ce principe est appelé modulation d'amplitude. Le son est transmis de la même manière par les stations de radio (sauf les stations FM). Avec le passage à télévision numérique les règles de codage des images changent, mais le principe même de la fréquence porteuse et de sa modulation reste le même. Les images de télévision sont transmises sur ondes métriques et décimétriques. Chaque image est divisée en lignes le long desquelles la luminosité change d'une certaine manière.
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Antenne satellite
Antenne parabolique pour recevoir un signal d'un satellite géostationnaire dans les gammes micro-ondes et VHF. Le principe de fonctionnement est le même que celui d'un radiotélescope, mais il n'est pas nécessaire de rendre la parabole mobile. Au moment de l'installation, il est dirigé vers le satellite, qui reste toujours au même endroit par rapport aux structures terrestres. Ceci est réalisé en plaçant le satellite sur une orbite géostationnaire à une altitude d'environ 36 000 km au-dessus de l'équateur terrestre. La période de révolution le long de cette orbite est exactement égale à la période de rotation de la Terre autour de son axe par rapport aux étoiles - 23 heures 56 minutes 4 secondes. La taille de l'antenne dépend de la puissance de l'émetteur satellite et de son diagramme de rayonnement. Chaque satellite possède une zone de service principale où ses signaux sont reçus par une antenne parabolique d'un diamètre de 50 à 100 cm, et une zone périphérique où le signal s'affaiblit rapidement et peut nécessiter une antenne allant jusqu'à 2 à 3 m pour le recevoir.
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Portée visible
Application terrestre
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La gamme de lumière visible est la plus étroite de tout le spectre. La longueur d'onde change moins de deux fois. La lumière visible représente le rayonnement maximum dans le spectre solaire. Au cours de l'évolution, nos yeux se sont adaptés à sa lumière et ne sont capables de percevoir le rayonnement que dans cette partie étroite du spectre. Jusqu'au milieu du XXe siècle, presque toutes les observations astronomiques ont été réalisées en lumière visible. La principale source de lumière visible dans l’espace sont les étoiles dont la surface est chauffée à plusieurs milliers de degrés et émet donc de la lumière. Des sources de lumière non thermiques sont également utilisées sur Terre, comme les lampes fluorescentes et les LED à semi-conducteurs. Des miroirs et des lentilles sont utilisés pour collecter la lumière provenant de sources cosmiques faibles. Les récepteurs de lumière visible sont la rétine de l'œil, les films photographiques, les cristaux semi-conducteurs (matrices CCD) utilisés dans les appareils photo numériques, les photocellules et les photomultiplicateurs. Le principe de fonctionnement des récepteurs repose sur le fait que l'énergie d'un quantum de lumière visible est suffisante pour provoquer réaction chimique dans une substance spécialement sélectionnée ou éliminer un électron libre de la substance. Ensuite, en fonction de la concentration des produits de réaction ou de la quantité de charge libérée, la quantité de lumière reçue est déterminée.
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Sources
L'une des comètes les plus brillantes de la fin du 20e siècle. Elle a été découverte en 1995, alors qu'elle se trouvait encore au-delà de l'orbite de Jupiter. Il s'agit d'une distance record pour découvrir une nouvelle comète. Elle a dépassé le périhélie le 1er avril 1997 et, fin mai, elle a atteint sa luminosité maximale, soit une magnitude d'environ zéro.
Comète Hale-Bopp Au total, la comète est restée visible à l'œil nu pendant 18,5 mois, soit le double du précédent record établi par la grande comète de 1811. L'image montre deux queues de la comète : la poussière et le gaz. La pression du rayonnement solaire les éloigne du Soleil.
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Planète Saturne Deuxième plus grande planète système solaire . Appartient à la classe géantes gazeuses
. L'image a été prise par la station interplanétaire Cassini, qui mène des recherches dans le système Saturne depuis 2004. À la fin du 20ème siècle, des systèmes d'anneaux ont été découverts sur toutes les planètes géantes - de Jupiter à Neptune, mais seulement sur Saturne, ils sont facilement observables même avec un petit télescope amateur.
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Ils vivent de quelques heures à plusieurs mois. Le nombre de taches solaires sert d'indicateur de l'activité solaire. En observant les taches solaires sur plusieurs jours, il est facile de remarquer la rotation du Soleil. La photo a été prise avec un télescope amateur. Régions de basse température sur la surface visible du Soleil. Leur température est de 4 300 à 4 800 K, soit environ mille cinq cents degrés de moins que sur le reste de la surface du Soleil. De ce fait, leur luminosité est 2 à 4 fois inférieure, ce qui crée par contraste une impression de points noirs. Les taches apparaissent lorsqu'un champ magnétique ralentit la convection et donc l'évacuation de la chaleur dans les couches supérieures du Soleil.
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Récepteurs
Télescope amateur B monde moderne L'astronomie amateur est devenue un passe-temps fascinant et prestigieux. Les instruments les plus simples avec un diamètre de lentille de 50 à 70 mm, les plus grands avec un diamètre de 350 à 400 mm, ont un coût comparable à celui d'une voiture prestigieuse et nécessitent une installation permanente sur une fondation en béton. sous un dôme. DANS entre des mains compétentes de tels instruments pourraient bien contribuer à une plus grande science.
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Lampe à incandescence
Émet de la lumière visible et un rayonnement infrarouge grâce au chauffage électrique d’une spirale en tungstène placée sous vide. Le spectre de rayonnement est très proche de celui du corps noir avec une température d'environ 2 000 K. À cette température, le rayonnement maximal se produit dans la région proche infrarouge et est donc dépensé inutilement à des fins d'éclairage. Il n'est pas possible d'augmenter significativement la température, car la spirale tombe rapidement en panne. Par conséquent, les lampes à incandescence s'avèrent être un dispositif d'éclairage peu économique. Les lampes fluorescentes convertissent l'électricité en lumière de manière beaucoup plus efficace.
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Ultra-violet
Application terrestre
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La gamme ultraviolette du rayonnement électromagnétique se situe au-delà de l’extrémité violette (courte longueur d’onde) du spectre visible. La lumière proche de l’ultraviolet provenant du Soleil traverse l’atmosphère. Il provoque le bronzage de la peau et est nécessaire à la production de vitamine D. Mais une exposition excessive peut conduire au développement d'un cancer de la peau. Les rayons UV sont nocifs pour les yeux. Il est donc impératif de porter des lunettes de sécurité sur l’eau et surtout sur la neige en montagne. Les rayons UV plus intenses sont absorbés dans l’atmosphère par les molécules d’ozone et d’autres gaz. Il ne peut être observé que depuis l’espace et est donc appelé ultraviolet sous vide. L’énergie des quanta ultraviolets est suffisante pour détruire les molécules biologiques, notamment l’ADN et les protéines. L'une des méthodes de destruction des microbes est basée sur cela. On pense que tant qu'il n'y aurait pas d'ozone dans l'atmosphère terrestre, qui absorbe une partie importante du rayonnement ultraviolet, la vie ne pourrait pas quitter l'eau sur terre. La lumière ultraviolette est émise par des objets dont la température varie de plusieurs milliers à plusieurs centaines de milliers de degrés, comme les étoiles jeunes, chaudes et massives. Cependant, le rayonnement UV est absorbé par les gaz et la poussière interstellaires, de sorte que nous ne voyons souvent pas les sources elles-mêmes, mais les nuages cosmiques qu'elles illuminent. Des télescopes à miroir sont utilisés pour collecter le rayonnement UV, des tubes photomultiplicateurs sont utilisés pour l'enregistrement, et dans le proche UV, comme dans la lumière visible, des matrices CCD sont utilisées.
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Sources
La lueur se produit lorsque des particules chargées du vent solaire entrent en collision avec des molécules de l'atmosphère de Jupiter. La plupart des particules, sous l'influence du champ magnétique de la planète, pénètrent dans l'atmosphère à proximité de ses pôles magnétiques. La lueur se produit donc dans une zone relativement petite. Des processus similaires se produisent sur Terre et sur d’autres planètes dotées d’une atmosphère et d’un champ magnétique. Photo reçue télescope spatial"Hubble". Aurore sur Jupiter en ultraviolet
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Avis sur Sky
Ciel ultraviolet extrême (EUVE) Enquête construite par l'observatoire orbital ultraviolet Extreme Ultraviolet Explorer La structure linéaire de l'image correspond à mouvement orbital satellite, et l'inhomogénéité de la luminosité des bandes individuelles est associée à des changements dans l'étalonnage de l'équipement. Les bandes noires sont des zones du ciel qui ne peuvent pas être observées. Le petit nombre de détails dans cette revue est dû au fait qu'il existe relativement peu de sources de rayonnement ultraviolet dur et qu'en outre, le rayonnement ultraviolet est diffusé par la poussière cosmique.
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Application terrestre
Solarium Installation pour l'irradiation dosée du corps avec de la lumière proche ultraviolette pour le bronzage. Le rayonnement ultraviolet entraîne la libération de pigment mélanine dans les cellules, ce qui modifie la couleur de la peau.
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Détecteur de devises
Le rayonnement ultraviolet est utilisé pour déterminer l’authenticité des billets de banque. Des fibres polymères avec un colorant spécial sont pressées dans des billets de banque, qui absorbent les quanta ultraviolets et émettent ensuite un rayonnement moins énergétique dans le domaine visible. Sous l'influence de la lumière ultraviolette, les fibres commencent à briller, ce qui constitue l'un des signes d'authenticité. Le rayonnement ultraviolet du détecteur est invisible à l'œil nu ; la lueur bleue, perceptible lorsque la plupart des détecteurs fonctionnent, est due au fait que les sources ultraviolettes utilisées émettent également dans le domaine visible.
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Les ondes électromagnétiques sont classées par longueur d'onde λ ou fréquence d'onde associée F. Notez également que ces paramètres caractérisent non seulement les propriétés ondulatoires, mais également quantiques. Champ électromagnétique. Ainsi, dans le premier cas, l'onde électromagnétique est décrite par les lois classiques étudiées dans ce cours.
Considérons le concept de spectre des ondes électromagnétiques. Spectre des ondes électromagnétiques est la bande de fréquences des ondes électromagnétiques qui existent dans la nature.
Le spectre du rayonnement électromagnétique par ordre de fréquence croissante est :
Différentes parties du spectre électromagnétique diffèrent par la manière dont elles émettent et reçoivent des ondes appartenant à l’une ou l’autre partie du spectre. Pour cette raison, il n'y a pas de frontières nettes entre les différentes parties du spectre électromagnétique, mais chaque plage est déterminée par ses propres caractéristiques et la prédominance de ses lois, déterminées par les relations d'échelles linéaires.
Les ondes radio sont étudiées par électrodynamique classique. La lumière infrarouge et le rayonnement ultraviolet sont étudiés à la fois par l’optique classique et par la physique quantique. Les rayons X et les rayonnements gamma sont étudiés en physique quantique et nucléaire.
Examinons plus en détail le spectre des ondes électromagnétiques.
Ondes basse fréquence
Les ondes basse fréquence sont des ondes électromagnétiques dont la fréquence d'oscillation ne dépasse pas 100 kHz). C'est cette gamme de fréquences qui est traditionnellement utilisée en électrotechnique. Dans l'ingénierie énergétique industrielle, on utilise une fréquence de 50 Hz, à laquelle l'énergie électrique est transmise à travers les lignes et la tension est convertie par des transformateurs. Dans l'aviation et les transports terrestres, une fréquence de 400 Hz est souvent utilisée, ce qui offre un avantage de poids 8 fois supérieur aux machines et transformateurs électriques par rapport à une fréquence de 50 Hz. Les dernières générations d'alimentations à découpage utilisent des fréquences de transformation courant alternatif unités et dizaines de kHz, ce qui les rend compacts et riches en énergie.
La différence fondamentale entre la gamme des basses fréquences et les fréquences plus élevées réside dans la diminution de la vitesse des ondes électromagnétiques proportionnellement à la racine carrée de leur fréquence, de 300 000 km/s à 100 kHz à environ 7 000 km/s à 50 Hz.
Les ondes radio
Les ondes radio sont des ondes électromagnétiques dont les longueurs d'onde sont supérieures à 1 mm (fréquence inférieure à 3 10 11 Hz = 300 GHz) et inférieures à 3 km (au-dessus de 100 kHz).
Les ondes radio sont divisées en :
1. Longues vagues dans la plage de longueur de 3 km à 300 m (fréquence comprise dans la plage 10 5 Hz - 10 6 Hz = 1 MHz) ;
2. Ondes moyennes d'une longueur comprise entre 300 m et 100 m (fréquence comprise entre 10,6 Hz et 3*10,6 Hz = 3 MHz) ;
3. Ondes courtes dans la plage de longueurs d'onde de 100 m à 10 m (fréquence comprise dans la plage 310,6 Hz-310,7 Hz=30 MHz) ;
4. Ondes ultracourtes avec une longueur d'onde inférieure à 10m (fréquence supérieure à 310 7 Hz = 30 MHz).
Les ondes ultracourtes, à leur tour, sont divisées en :
A) ondes métriques ;
B) ondes centimétriques ;
B) ondes millimétriques ;
Les ondes d'une longueur d'onde inférieure à 1 m (fréquence inférieure à 300 MHz) sont appelées micro-ondes ou ondes ultra-hautes fréquences (ondes micro-ondes).
En raison des grandes longueurs d'onde du domaine radio par rapport à la taille des atomes, la propagation des ondes radio peut être envisagée sans prendre en compte la structure atomique du milieu, c'est-à-dire phénoménologiquement, comme il est d'usage lors de la construction de la théorie de Maxwell. Les propriétés quantiques des ondes radio n'apparaissent que pour les ondes les plus courtes adjacentes à la partie infrarouge du spectre et lors de la propagation de ce qu'on appelle. impulsions ultracourtes d'une durée de l'ordre de 10 -12 sec - 10 -15 sec, comparables au temps des oscillations électroniques à l'intérieur des atomes et des molécules.
La différence fondamentale entre les ondes radio et les fréquences plus élevées réside dans une relation thermodynamique différente entre la longueur d'onde du porteur d'onde (éther), égale à 1 mm (2,7°K), et l'onde électromagnétique se propageant dans ce milieu.
Effets biologiques du rayonnement des ondes radio
La terrible expérience sacrificielle de l'utilisation d'un puissant rayonnement d'ondes radio dans la technologie radar a montré l'effet spécifique des ondes radio en fonction de la longueur d'onde (fréquence).
L'effet destructeur sur le corps humain n'est pas tant la moyenne que la puissance de rayonnement maximale à laquelle des phénomènes irréversibles se produisent dans les structures protéiques. Par exemple, la puissance du rayonnement continu du magnétron d'un four à micro-ondes (micro-ondes), s'élevant à 1 kW, n'affecte que les aliments contenus dans un petit volume fermé (blindé) du four et est presque sans danger pour une personne à proximité. La puissance d'une station radar (radar) de 1 kW de puissance moyenne émise par des impulsions courtes avec un rapport cyclique de 1000:1 (le rapport entre la période de répétition et la durée de l'impulsion) et, par conséquent, une puissance d'impulsion de 1 MW, est très dangereux pour la santé et la vie humaines à une distance pouvant atteindre des centaines de mètres de l'émetteur. Dans ce dernier cas, bien entendu, la direction du rayonnement radar joue également un rôle, ce qui souligne l'effet destructeur de la puissance pulsée plutôt que moyenne.
Exposition aux ondes métriques
Ondes de mesure de haute intensité émises par les générateurs d'impulsions des stations radar de mesure (radars) avec une puissance d'impulsion supérieure à un mégawatt (comme la station d'alerte précoce P-16) et proportionnelles à la longueur de la moelle épinière des humains et des animaux, ainsi que la longueur des axones, perturbent la conductivité de ces structures, provoquant le syndrome diencéphalique (maladie HF). Cette dernière conduit au développement rapide (sur une période de plusieurs mois à plusieurs années) d'une paralysie irréversible complète ou partielle (en fonction de la dose pulsée de rayonnement reçue) des membres d'une personne, ainsi qu'à une perturbation de l'innervation des intestins et d'autres organes internes.
Impact des ondes décimétriques
Les ondes décimétriques ont une longueur d'onde comparable à celle des vaisseaux sanguins, couvrant des organes humains et animaux tels que les poumons, le foie et les reins. C’est une des raisons pour lesquelles ils provoquent le développement de tumeurs « bénignes » (kystes) dans ces organes. Se développant à la surface des vaisseaux sanguins, ces tumeurs entraînent l’arrêt de la circulation sanguine normale et une perturbation du fonctionnement des organes. Si ces tumeurs ne sont pas enlevées chirurgicalement à temps, la mort du corps survient. Des ondes décimétriques d'intensité dangereuse sont émises par les magnétrons de radars tels que le radar mobile de défense aérienne P-15, ainsi que par le radar de certains avions.
Exposition aux ondes centimétriques
De puissantes ondes centimétriques provoquent des maladies telles que la leucémie - « sang blanc », ainsi que d'autres formes de tumeurs malignes chez l'homme et l'animal. Des ondes d'intensité suffisante pour l'apparition de ces maladies sont générées par les radars à portée centimétrique P-35, P-37 et presque tous les radars d'avion.
Rayonnement infrarouge, lumineux et ultraviolet
Infrarouge, lumière, ultraviolet le rayonnement s'élève à région optique du spectre des ondes électromagnétiques au sens large du terme. Ce spectre occupe la gamme des longueurs d'onde électromagnétiques comprises entre 2,10 -6 m = 2 µm et 10 -8 m = 10 nm (fréquence de 1,5,10 14 Hz à 3,10 16 Hz). La limite supérieure de la plage optique est déterminée par la limite des ondes longues de la plage infrarouge et la limite inférieure par la limite des ondes courtes de l'ultraviolet (Fig. 2.14).
La proximité des régions spectrales des ondes répertoriées a déterminé la similitude des méthodes et des instruments utilisés pour les étudier et application pratique. Historiquement, des lentilles, des réseaux de diffraction, des prismes, des diaphragmes et des substances optiquement actives incluses dans divers dispositifs optiques (interféromètres, polariseurs, modulateurs, etc.) étaient utilisés à ces fins.
D’un autre côté, le rayonnement provenant de la région optique du spectre a modèles généraux traversant divers environnements pouvant être obtenus en utilisant optique géométrique, largement utilisé pour les calculs et la construction de dispositifs optiques et de canaux de propagation de signaux optiques. Le rayonnement infrarouge est visible par de nombreux arthropodes (insectes, araignées, etc.) et reptiles (serpents, lézards, etc.) , accessible aux capteurs semi-conducteurs (photoréseaux infrarouges), mais il n’est pas transmis par l’épaisseur de l’atmosphère terrestre, ce qui ne permet pas observez depuis la surface de la Terre les étoiles infrarouges - les « naines brunes », qui représentent plus de 90 % de toutes les étoiles de la Galaxie.
La largeur de fréquence de la plage optique est d'environ 18 octaves, dont la plage optique représente environ une octave (); pour l'ultraviolet - 5 octaves ( 
), rayonnement infrarouge - 11 octaves (
Dans la partie optique du spectre, les phénomènes provoqués par la structure atomique de la matière deviennent significatifs. Pour cette raison, outre les propriétés ondulatoires du rayonnement optique, des propriétés quantiques apparaissent.
Lumière
|
Lumière, lumière, rayonnement visible - la partie du spectre optique du rayonnement électromagnétique visible aux yeux des humains et des primates, occupe la gamme de longueurs d'onde électromagnétiques allant de 400 nanomètres à 780 nanomètres, soit moins d'une octave - une double changement de fréquence.
Riz. 1.14. Échelle des ondes électromagnétiques Mème de mémoire verbale de l'ordre des couleurs dans le spectre lumineux : |
Rayons X et gamma
Dans le domaine des rayons X et des rayonnements gamma, les propriétés quantiques du rayonnement sont mises en avant.
Rayonnement X se produit lorsque des particules chargées rapidement (électrons, protons, etc.) ralentissent, ainsi qu'en raison de processus se produisant à l'intérieur coquilles électroniques atomes.
Le rayonnement gamma est une conséquence de phénomènes se produisant à l'intérieur des noyaux atomiques, ainsi que le résultat réactions nucléaires. La frontière entre rayonnement X et rayonnement gamma est déterminée classiquement par la valeur du quantum d'énergie correspondant à une fréquence de rayonnement donnée.
Le rayonnement X est constitué d'ondes électromagnétiques d'une longueur de 50 nm à 10 -3 nm, ce qui correspond à une énergie quantique de 20 eV à 1 MeV.
Le rayonnement gamma est constitué d'ondes électromagnétiques d'une longueur d'onde inférieure à 10 -2 nm, ce qui correspond à une énergie quantique supérieure à 0,1 MeV.
Nature électromagnétique de la lumière
La lumière est la partie visible du spectre des ondes électromagnétiques dont les longueurs d'onde sont comprises entre 0,4 µm et 0,76 µm. Chaque composante spectrale du rayonnement optique peut se voir attribuer une couleur spécifique. La couleur des composantes spectrales du rayonnement optique est déterminée par leur longueur d'onde. La couleur du rayonnement change à mesure que sa longueur d'onde diminue comme suit : rouge, orange, jaune, vert, cyan, indigo, violet.
La lumière rouge, correspondant à la longueur d'onde la plus longue, définit l'extrémité rouge du spectre. Lumière violette - correspond à la bordure violette.
La lumière naturelle (lumière du jour, soleil) n'est pas colorée et représente une superposition d'ondes électromagnétiques provenant de tout visible pour les humains spectre La lumière naturelle résulte de l’émission d’ondes électromagnétiques par des atomes excités. La nature de l'excitation peut être différente : thermique, chimique, électromagnétique, etc. À la suite de l'excitation, les atomes émettent de manière aléatoire des ondes électromagnétiques pendant environ 10 à 8 secondes. Le spectre énergétique d'excitation des atomes étant assez large, des ondes électromagnétiques sont émises par tout le spectre visible, phase initiale, dont la direction et la polarisation sont aléatoires. C’est pour cette raison que la lumière naturelle n’est pas polarisée. Cela signifie que la « densité » des composantes spectrales des ondes électromagnétiques de la lumière naturelle ayant des polarisations mutuellement perpendiculaires est la même.
Les ondes électromagnétiques harmoniques dans la gamme lumineuse sont appelées monochromatique. Pour une onde lumineuse monochromatique, l’une des principales caractéristiques est l’intensité. Intensité des ondes lumineuses représente la valeur moyenne de la densité de flux énergétique (1,25) transférée par l'onde :
Où est le vecteur Poynting.
Le calcul de l'intensité d'une onde lumineuse, plane, monochromatique avec une amplitude de champ électrique dans un milieu homogène à perméabilité diélectrique et magnétique à l'aide de la formule (1.35) prenant en compte (1.30) et (1.32) donne :
Traditionnellement, les phénomènes optiques sont considérés à l'aide de rayons. La description des phénomènes optiques utilisant des rayons s'appelle géométrique-optique. Les règles de recherche des trajectoires des rayons, développées en optique géométrique, sont largement utilisées dans la pratique pour l'analyse des phénomènes optiques et dans la construction de divers instruments optiques.
Définissons un rayon basé sur la représentation électromagnétique des ondes lumineuses. Tout d’abord, les rayons sont des lignes le long desquelles se propagent les ondes électromagnétiques. Pour cette raison, un rayon est une ligne en chaque point de laquelle le vecteur Poynting moyenné d'une onde électromagnétique est dirigé tangentiellement à cette ligne.
En homogène environnements isotropes la direction du vecteur de Poynting moyen coïncide avec la normale à surface des vagues(surface équivalente), c'est-à-dire le long du vecteur d'onde.
Ainsi, dans les milieux isotropes homogènes, les rayons sont perpendiculaires au front d'onde correspondant de l'onde électromagnétique.
Par exemple, considérons les rayons émis par une source lumineuse ponctuelle monochromatique. Du point de vue de l'optique géométrique, de nombreux rayons émanent du point source dans la direction radiale. À partir de la position de l’essence électromagnétique de la lumière, une onde électromagnétique sphérique se propage à partir du point source. A une distance suffisamment grande de la source, la courbure du front d'onde peut être négligée, considérant que l'onde localement sphérique est plate. En divisant la surface du front d'onde en un grand nombre de sections localement planes, il est possible de tracer une normale passant par le centre de chaque section, le long de laquelle se propage une onde plane, c'est-à-dire dans le rayon d'interprétation géométrique-optique. Ainsi, les deux approches donnent la même description de l’exemple considéré.
La tâche principale de l'optique géométrique est de trouver la direction du faisceau (trajectoire). L'équation de la trajectoire est trouvée après résolution problème variationnel trouver le minimum de ce qu'on appelle actions sur les trajectoires souhaitées. Sans entrer dans les détails de la formulation stricte et de la solution de ce problème, nous pouvons supposer que les rayons sont les trajectoires ayant la longueur optique totale la plus courte. Cette affirmation est une conséquence du principe de Fermat.
L'approche variationnelle pour déterminer la trajectoire des rayons peut également être appliquée à des milieux inhomogènes, c'est-à-dire tels milieux dans lesquels l'indice de réfraction est fonction des coordonnées des points du milieu. Si nous décrivons la forme de la surface d'un front d'onde dans un milieu inhomogène avec une fonction, alors elle peut être trouvée sur la base de la solution de l'équation aux dérivées partielles, connue sous le nom d'équation eikonale, et en mécanique analytique sous le nom de Hamilton-Jacobi. équation:
Ainsi, la base mathématique de l'approximation géométrique-optique de la théorie électromagnétique consiste en diverses méthodes pour déterminer les champs d'ondes électromagnétiques sur les rayons, basées sur l'équation eikonale ou d'une autre manière. L'approximation géométrique-optique est largement utilisée dans la pratique en radioélectronique pour calculer ce qu'on appelle. systèmes quasi-optiques.
En conclusion, notons que la capacité de décrire la lumière simultanément à la fois à partir des positions des ondes en résolvant les équations de Maxwell et en utilisant des rayons dont la direction est déterminée à partir des équations de Hamilton-Jacobi décrivant le mouvement des particules, est l'une des manifestations de l'apparent dualisme de la lumière, qui, comme on le sait, a conduit à la formulation de principes logiquement contradictoires de la mécanique quantique.
En fait, il n’y a pas de dualisme dans la nature des ondes électromagnétiques. Comme Max Planck l'a montré en 1900 dans son ouvrage classique "Sur le spectre normal des rayonnements", les ondes électromagnétiques sont des oscillations quantifiées individuelles avec une fréquence v et de l'énergie E=hv, Où h = const, à l'antenne. Ce dernier est un milieu superfluide qui possède une propriété stable de discontinuité en mesure h- La constante de Planck. Lorsque l'éther est exposé à une énergie dépassant hv Lors du rayonnement, un « vortex » quantifié se forme. Exactement le même phénomène est observé dans tous les milieux superfluides et la formation de phonons en eux - des quanta de rayonnement sonore.
Pour la combinaison « copier-coller » de la découverte de Max Planck en 1900 avec l'effet photoélectrique découvert en 1887 par Heinrich Hertz, le Comité Nobel décerna en 1921 le prix à Albert Einstein.
1) Une octave, par définition, est la plage de fréquences entre une fréquence arbitraire w et sa deuxième harmonique, égale à 2w.
L'échelle du rayonnement électromagnétique comprend classiquement sept gammes :
1. Vibrations basse fréquence
2. Ondes radio
3. Rayonnement infrarouge
4. Rayonnement visible
5. Rayonnement ultraviolet
6. Rayons X
7. Rayonnement gamma
Il n'y a pas de différence fondamentale entre les rayonnements individuels. Ce sont toutes des ondes électromagnétiques générées par des particules chargées. Les ondes électromagnétiques sont finalement détectées par leur effet sur les particules chargées. Dans le vide, un rayonnement de n’importe quelle longueur d’onde se propage à une vitesse de 300 000 km/s. Les limites entre les différentes régions de l’échelle de rayonnement sont très arbitraires.
Les rayonnements de différentes longueurs d'onde diffèrent les uns des autres par la méthode de leur production (rayonnement d'antenne, rayonnement thermique, rayonnement lors de la décélération d'électrons rapides, etc.) et les méthodes d'enregistrement.
Tous les types de rayonnement électromagnétique répertoriés sont également générés par des objets spatiaux et sont étudiés avec succès à l'aide de fusées, de satellites artificiels terrestres et d'engins spatiaux. Cela s'applique principalement aux rayons X et aux rayons G, qui sont fortement absorbés par l'atmosphère.
À mesure que la longueur d’onde diminue, les différences quantitatives de longueur d’onde entraînent des différences qualitatives significatives.
Les rayonnements de différentes longueurs d'onde diffèrent considérablement les uns des autres par leur absorption par la matière. Les rayonnements à ondes courtes (rayons X et surtout rayons G) sont faiblement absorbés. Les substances opaques aux ondes optiques sont transparentes à ces rayonnements. Le coefficient de réflexion des ondes électromagnétiques dépend également de la longueur d'onde. Mais la principale différence entre le rayonnement à ondes longues et le rayonnement à ondes courtes réside dans le fait que le rayonnement à ondes courtes présente des propriétés de particules.
Rayonnement X
Rayonnement X- des ondes électromagnétiques d'une longueur d'onde de 8*10-6 cm à 10-10 cm.
Il existe deux types de rayonnements X : le rayonnement de bremsstrahlung et le rayonnement caractéristique.
Frein se produit lorsque des électrons rapides sont ralentis par un obstacle, en particulier des électrons métalliques.
Le rayonnement électronique a un spectre continu, qui diffère des spectres d'émission continus produits par des solides ou des liquides.
Rayonnement X caractéristique a un spectre de raies. Un rayonnement caractéristique résulte du fait qu'un électron rapide externe, décéléré dans une substance, retire un électron situé sur l'une des coques internes d'un atome de la substance. Lorsqu'un électron plus éloigné se déplace vers l'endroit libéré, un photon à rayons X apparaît.
Dispositif de réception radiographies- Tube à rayons X.
Illustration schématique d'un tube à rayons X.
X - Rayons X, K - cathode, A - anode (parfois appelée anticathode), C - dissipateur thermique, Euh- tension de chauffage de la cathode, Ua- tension d'accélération, W in - entrée de refroidissement par eau, W out - sortie de refroidissement par eau.
La cathode 1 est une hélice en tungstène qui émet des électrons par émission thermoionique. Le cylindre 3 concentre le flux d'électrons, qui entrent ensuite en collision avec l'électrode métallique (anode) 2. Dans ce cas, des rayons X apparaissent. La tension entre anode et cathode atteint plusieurs dizaines de kilovolts. Un vide profond est créé dans le tube ; la pression du gaz ne dépasse pas 10_о mm Hg. Art.
Les électrons émis par la cathode chaude sont accélérés (aucun rayon X n'est émis, car l'accélération est trop faible) et frappent l'anode, où ils sont fortement ralentis (des rayons X sont émis : ce qu'on appelle le bremsstrahlung)
Dans le même temps, les électrons sont éliminés des couches électroniques internes des atomes métalliques à partir desquels l’anode est constituée. Les espaces vides des coquilles sont occupés par d’autres électrons de l’atome. Dans ce cas, le rayonnement X est émis avec une certaine énergie caractéristique du matériau de l'anode (rayonnement caractéristique )
Les rayons X se caractérisent par une longueur d’onde courte et une « dureté » élevée.
Propriétés:
haute capacité de pénétration;
effet sur plaques photographiques;
la capacité de provoquer une ionisation dans les substances traversées par ces rayons.
Application:
Diagnostic aux rayons X. À l'aide des rayons X, vous pouvez « éclairer » le corps humain, ce qui vous permet d'obtenir une image des os et, avec les appareils modernes, des organes internes.
Thérapie aux rayons X
La détection de défauts dans les produits (rails, soudures, etc.) par rayonnement X est appelée détection de défauts par rayons X.
En science des matériaux, en cristallographie, en chimie et en biochimie, les rayons X sont utilisés pour élucider la structure des substances au niveau atomique à l'aide de la diffusion par diffraction des rayons X (diffraction des rayons X). Un exemple bien connu est la détermination de la structure de l’ADN.
Les introscopes de télévision à rayons X sont activement utilisés dans les aéroports, permettant de visualiser le contenu des bagages à main et des bagages afin de détecter visuellement les objets dangereux sur l'écran du moniteur.
L'échelle des ondes électromagnétiques est une séquence continue de fréquences et de longueurs de rayonnement électromagnétique, qui constituent un champ magnétique alternatif se propageant dans l'espace. La théorie des phénomènes électromagnétiques de James Maxwell a permis d'établir que des ondes électromagnétiques de différentes longueurs existent dans la nature.La longueur d’onde ou la fréquence d’onde associée caractérise non seulement l’onde, mais aussi les propriétés quantiques du champ électromagnétique. Ainsi, dans le premier cas, l'onde électromagnétique est décrite par les lois classiques étudiées dans ce cours.
Considérons le concept de spectre des ondes électromagnétiques. Le spectre des ondes électromagnétiques est la bande de fréquences des ondes électromagnétiques qui existent dans la nature.
Le spectre du rayonnement électromagnétique par ordre de fréquence croissante est :
Antenne
1) Ondes basse fréquence (λ>);
2) Ondes radio();
Atome
3) Rayonnement infrarouge (m) ;
4) Rayonnement lumineux();
5) Rayons X();
Noyaux atomiques
6) Rayonnement gamma (λ).
Différentes parties du spectre électromagnétique diffèrent par la manière dont elles émettent et reçoivent des ondes appartenant à l’une ou l’autre partie du spectre. Pour cette raison, il n'y a pas de frontières nettes entre les différentes parties du spectre électromagnétique, mais chaque plage est déterminée par ses propres caractéristiques et la prédominance de ses lois, déterminées par les relations d'échelles linéaires.
Les ondes radio sont étudiées par électrodynamique classique. La lumière infrarouge et le rayonnement ultraviolet sont étudiés à la fois par l’optique classique et par la physique quantique. Les rayons X et les rayonnements gamma sont étudiés en physique quantique et nucléaire.
Rayonnement infrarouge
Le rayonnement infrarouge est la partie du spectre du rayonnement solaire qui est directement adjacente à la partie rouge du spectre visible et qui a la capacité de chauffer la plupart des objets. L’œil humain est incapable de voir dans cette partie du spectre, mais nous pouvons ressentir de la chaleur. Comme vous le savez, tout objet dont la température dépasse (–273) degrés Celsius émet, et le spectre de son rayonnement est déterminé uniquement par sa température et son émissivité. Le rayonnement infrarouge a deux caractéristiques importantes : la longueur d’onde (fréquence) du rayonnement et l’intensité. Cette partie du spectre électromagnétique comprend des rayonnements dont les longueurs d'onde vont de 1 millimètre à huit mille diamètres atomiques (environ 800 nm).Les rayons infrarouges sont absolument sans danger pour le corps humain, contrairement aux rayons X, ultraviolets ou micro-ondes. Certains animaux (par exemple, les vipères des terriers) possèdent même des organes sensoriels qui leur permettent de déterminer l'emplacement d'une proie à sang chaud grâce au rayonnement infrarouge de son corps.
Ouverture
Le rayonnement infrarouge a été découvert en 1800 par le scientifique anglais W. Herschel, qui a découvert que dans le spectre du Soleil obtenu à l'aide d'un prisme, au-delà de la limite de la lumière rouge (c'est-à-dire dans la partie invisible du spectre), la température du thermomètre augmente (Fig. 1). Dans le 19ème siècle Il est prouvé que le rayonnement infrarouge obéit aux lois de l’optique et est donc de même nature que la lumière visible.Application
Les rayons infrarouges sont utilisés pour traiter les maladies depuis l’Antiquité, lorsque les médecins utilisaient des charbons ardents, des foyers, du fer chauffé, du sable, du sel, de l’argile, etc. pour soigner les engelures, les ulcères, les anthrax, les contusions, les contusions, etc. Hippocrate a décrit la méthode de leur utilisation pour traiter les plaies, les ulcères, les dommages causés par le froid, etc. En 1894, Kellogg introduisit les lampes électriques à incandescence dans la thérapie, après quoi les rayons infrarouges furent utilisés avec succès pour traiter les maladies du système lymphatique, des articulations, poitrine(pleurésie), les organes abdominaux (entérite, douleur, etc.), le foie et la vésicule biliaire.Dans le spectre infrarouge, il existe une région avec des longueurs d'onde d'environ 7 à 14 microns (la partie dite des ondes longues de la gamme infrarouge), qui a un effet vraiment unique sur le corps humain. action utile. Cette partie du rayonnement infrarouge correspond au rayonnement du corps humain lui-même, avec un maximum à une longueur d'onde d'environ 10 microns. Par conséquent, notre corps perçoit tout rayonnement externe avec des longueurs d'onde telles que « la nôtre ». La source naturelle de rayons infrarouges la plus célèbre sur notre Terre est le Soleil, et la source artificielle la plus célèbre de rayons infrarouges à ondes longues en Russie est la Russie. poêle, et chaque personne a certainement expérimenté elle-même son influence bénéfique.
Les diodes et photodiodes infrarouges sont largement utilisées dans les télécommandes télécommande, systèmes d’automatisation, systèmes de sécurité, certains téléphones portables, etc. Les rayons infrarouges ne détournent pas l’attention d’une personne en raison de leur invisibilité.
Les émetteurs infrarouges sont utilisés dans l’industrie pour sécher les surfaces peintes. La méthode de séchage infrarouge présente des avantages significatifs par rapport à la méthode traditionnelle par convection. Tout d’abord, il s’agit bien entendu d’un effet économique. La vitesse et l'énergie consommées lors du séchage infrarouge sont inférieures aux mêmes indicateurs avec les méthodes traditionnelles.
Les détecteurs à rayons infrarouges sont largement utilisés par les services de secours, par exemple pour détecter des personnes vivantes sous les décombres après un tremblement de terre ou d'autres catastrophes naturelles ou d'origine humaine.
Un effet secondaire positif est également la stérilisation produits alimentaires, augmentant la résistance à la corrosion des surfaces peintes.
Une particularité de l'utilisation du rayonnement IR dans l'industrie alimentaire est la possibilité de pénétration d'une onde électromagnétique dans des produits capillaires poreux tels que les céréales, la farine, etc. jusqu'à une profondeur de 7 mm. Cette valeur dépend de la nature de la surface, de la structure, des propriétés du matériau et des caractéristiques de fréquence du rayonnement. Une onde électromagnétique d'une certaine gamme de fréquences a non seulement un effet thermique, mais aussi biologique sur le produit, contribuant à accélérer les transformations biochimiques des polymères biologiques (amidon, protéines, lipides)
Rayons ultraviolets
Les rayons ultraviolets comprennent un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde allant de plusieurs milliers à plusieurs diamètres atomiques (400-10 nm). Dans cette partie du spectre, les rayonnements commencent à affecter le fonctionnement des organismes vivants. Les rayons ultraviolets légers du spectre solaire (avec des longueurs d'onde proches de la partie visible du spectre), par exemple, provoquent un bronzage à doses modérées et de graves brûlures à doses excessives. Le rayonnement ultraviolet dur (ondes courtes) est destructeur pour les cellules biologiques et est donc utilisé en médecine pour stériliser les instruments chirurgicaux et le matériel médical, tuant tous les micro-organismes présents à leur surface.Toute vie sur Terre est protégée des effets nocifs des rayons ultraviolets durs par la couche d'ozone de l'atmosphère terrestre, qui absorbe la plupart des rayons ultraviolets durs du spectre du rayonnement solaire. Sans ce bouclier naturel, la vie sur Terre n’aurait guère émergé des eaux de l’océan mondial. Cependant, malgré la protection couche d'ozone, certains rayons ultraviolets durs atteignent la surface de la Terre et peuvent provoquer des cancers de la peau, en particulier chez les personnes naturellement sujettes à la pâleur et qui ne bronzent pas bien au soleil.
Histoire de la découverte
Peu de temps après la découverte du rayonnement infrarouge, le physicien allemand Johann Wilhelm Ritter a commencé à rechercher un rayonnement à l'extrémité opposée du spectre, avec une longueur d'onde plus courte que le violet. En 1801, il découvrit que le chlorure d'argent, qui se décompose lorsqu'il est exposé à la lumière, se décompose plus rapidement lorsqu'il est exposé à un rayonnement invisible en dehors de la région violette du spectre. À l’époque, de nombreux scientifiques, dont Ritter, s’accordaient sur le fait que la lumière était composée de trois composants distincts : un composant oxydatif ou thermique (infrarouge), un composant illuminant (lumière visible) et un composant réducteur (ultraviolet). À cette époque, le rayonnement ultraviolet était également appelé « rayonnement actinique ».Application
L’énergie des quanta ultraviolets est suffisante pour détruire les molécules biologiques, notamment l’ADN et les protéines. L'une des méthodes de destruction des microbes est basée sur cela.Il provoque le bronzage de la peau et est nécessaire à la production de vitamine D. Mais une exposition excessive peut conduire au développement d'un cancer de la peau. Les rayons UV sont nocifs pour les yeux. Il est donc impératif de porter des lunettes de sécurité sur l’eau et surtout sur la neige en montagne.
Pour protéger les documents contre la falsification, ils sont souvent équipés d'étiquettes ultraviolettes, visibles uniquement sous un éclairage ultraviolet. La plupart des passeports, ainsi que les billets de banque de divers pays, contiennent des éléments de sécurité sous forme de peinture ou de fils qui brillent à la lumière ultraviolette.
De nombreux minéraux contiennent des substances qui, lorsqu’elles sont éclairées par la lumière ultraviolette, commencent à émettre de la lumière visible. Chaque impureté brille à sa manière, ce qui permet de déterminer la composition d'un minéral donné par la nature de la lueur.
Rayonnement X
Les rayons X sont des ondes électromagnétiques dont l'énergie photonique se situe sur l'échelle d'énergie entre le rayonnement ultraviolet et le rayonnement gamma, qui correspond aux longueurs d'onde de à m).Reçu
Les rayons X proviennent de la forte accélération de particules chargées (principalement des électrons) ou de transitions à haute énergie dans les couches électroniques des atomes ou des molécules. Les deux effets sont utilisés dans les tubes à rayons X, dans lesquels les électrons émis par une cathode chaude sont accélérés (aucun rayon X n'est émis, car l'accélération est trop faible) et frappent l'anode, où ils sont fortement ralentis (les rayons X sont émis, c'est-à-dire) n. bremsstrahlung) et en même temps éliminer les électrons des couches électroniques internes des atomes métalliques à partir desquels l'anode est constituée. Les espaces vides des coquilles sont occupés par d’autres électrons de l’atome. Dans ce cas, le rayonnement X est émis avec une certaine énergie caractéristique du matériau de l'anode ( rayonnement caractéristique)Au cours du processus d'accélération-décélération, seulement 1 % de l'énergie cinétique de l'électron est converti en rayonnement X, 99 % de l'énergie est convertie en chaleur.
Ouverture
La découverte des rayons X est attribuée à Wilhelm Conrad Roentgen. Il fut le premier à publier un article sur les rayons X, qu'il appela rayons X. L'article de Roentgen intitulé « Sur un nouveau type de rayons » a été publié le 28 décembre 1895.Un examen attentif a montré à Roentgen « que le carton noir, non transparent aux rayons visibles et ultraviolets du soleil, ni aux rayons arc électrique, est imprégné d’un agent qui provoque une fluorescence vigoureuse. Roentgen a examiné le pouvoir pénétrant de cet « agent », qu’il a appelé « rayons X », sur diverses substances. Il a découvert que les rayons traversent librement le papier, le bois, l'ébonite et de fines couches de métal, mais sont fortement bloqués par le plomb. 
Figure Expérience de Crookes avec les rayons cathodiques
Il décrit ensuite une expérience sensationnelle : « Si vous placez votre main entre le tube à décharge et l’écran, vous pouvez voir les ombres sombres des os dans le faible contour de l’ombre de la main elle-même. » Il s'agissait du premier examen fluoroscopique du corps humain. Roentgen a également reçu les premières photographies aux rayons X et les a jointes à sa brochure. Ces images ont fait une énorme impression ; la découverte n'était pas encore terminée et le diagnostic par rayons X avait déjà commencé son voyage. "Mon laboratoire était inondé de médecins qui amenaient des patients soupçonnés d'avoir des aiguilles dans différentes parties du corps", a écrit le physicien anglais Schuster.
Après les premières expériences, Roentgen a fermement établi que les rayons X diffèrent des rayons cathodiques, qu'ils ne portent pas de charge et ne sont pas déviés par un champ magnétique, mais sont excités par les rayons cathodiques. "... Les rayons X ne sont pas identiques aux rayons cathodiques, mais sont excités par eux dans les parois de verre du tube à décharge", écrit Roentgen.
Figure Expérience avec le premier tube à rayons X
Il a également établi qu'ils sont excités non seulement par le verre, mais aussi par les métaux.
Après avoir évoqué l’hypothèse de Hertz-Lennard selon laquelle les rayons cathodiques « sont un phénomène se produisant dans l’éther », Roentgen souligne que « nous pouvons dire quelque chose de similaire à propos de nos rayons ». Cependant, il n’a pas pu découvrir les propriétés ondulatoires des rayons ; ils « se comportent différemment des rayons ultraviolets, visibles et infrarouges connus jusqu’à présent ». Dans leurs actions chimiques et luminescentes, selon Roentgen, ils sont similaires à rayons ultraviolets. Dans son premier message, il a exprimé l'hypothèse qu'il a ensuite abandonnée selon laquelle il pourrait s'agir d'ondes longitudinales dans l'éther.
Application
À l'aide des rayons X, vous pouvez « éclairer » le corps humain, ce qui vous permet d'obtenir une image des os et, avec les appareils modernes, des organes internes.La détection de défauts dans les produits (rails, soudures, etc.) par rayonnement X est appelée détection de défauts par rayons X.
Utilisé pour contrôle technologique produits microélectroniques et permettent d'identifier les principaux types de défauts et de changements dans la conception des composants électroniques.
En science des matériaux, en cristallographie, en chimie et en biochimie, les rayons X sont utilisés pour élucider la structure des substances au niveau atomique par diffusion par diffraction des rayons X.
Grâce aux rayons X, la composition chimique d’une substance peut être déterminée. Les introscopes de télévision à rayons X sont activement utilisés dans les aéroports, permettant de visualiser le contenu des bagages à main et des bagages afin de détecter visuellement les objets dangereux sur l'écran du moniteur.
La radiothérapie est une section de la radiothérapie qui couvre la théorie et la pratique des applications thérapeutiques. La radiothérapie est réalisée principalement pour les tumeurs superficielles et pour certaines autres maladies, notamment les maladies de la peau.
Effets biologiques
Le rayonnement X est ionisant. Il affecte les tissus des organismes vivants et peut provoquer le mal des rayons, des brûlures radiologiques et des tumeurs malignes. C'est pourquoi des mesures de protection doivent être prises lors du travail avec des rayons X. On pense que les dommages sont directement proportionnels à la dose de rayonnement absorbée. Le rayonnement X est un facteur mutagène.Conclusion:
Le rayonnement électromagnétique est un changement d’état du champ électromagnétique (perturbation) susceptible de se propager dans l’espace.Grâce à l'électrodynamique quantique, il est possible de considérer le rayonnement électromagnétique non seulement comme des ondes électromagnétiques, mais également comme un flux de photons, c'est-à-dire des particules qui représentent une excitation quantique élémentaire du champ électromagnétique. Les ondes elles-mêmes sont caractérisées par des caractéristiques telles que la longueur (ou fréquence), la polarisation et l'amplitude. De plus, plus la longueur d’onde est courte, plus les propriétés des particules sont fortes. Ces propriétés se manifestent particulièrement clairement dans le phénomène de l'effet photoélectrique (élimination des électrons de la surface d'un métal sous l'influence de la lumière), découvert en 1887 par G. Hertz.
Ce dualisme est confirmé par la formule de Planck ε = hν. Cette formule relie l’énergie des photons, qui est une caractéristique quantique, et la fréquence d’oscillation, qui est une caractéristique ondulatoire.
Selon la gamme de fréquences, plusieurs types de rayonnements électromagnétiques sont émis. Bien que les limites entre ces types soient assez arbitraires, car la vitesse de propagation des ondes dans le vide est la même (égale à 299 792 458 m/s), la fréquence d'oscillation est donc inversement proportionnelle à la longueur de l'onde électromagnétique.
Les types de rayonnement électromagnétique diffèrent par la manière dont ils sont produits :
Malgré différences physiques, dans toutes les sources de rayonnement électromagnétique, que ce soit substance radioactive, une lampe à incandescence ou un émetteur de télévision, ce rayonnement est excité par des charges électriques se déplaçant avec accélération. Il existe deux principaux types de sources . Dans les sources « microscopiques » Les particules chargées sautent d'un niveau d'énergie à un autre au sein des atomes ou des molécules. Les émetteurs de ce type émettent des rayons gamma, X, ultraviolets, visibles et infrarouges, et dans certains cas des rayonnements de longueur d'onde encore plus longue (un exemple de ce dernier est la raie dans le spectre de l'hydrogène correspondant à une longueur d'onde de 21 cm, qui joue un rôle rôle important en radioastronomie). Sources du deuxième type peut être appelé macroscopique . En eux, les électrons libres des conducteurs effectuent des oscillations périodiques synchrones.
Les méthodes d'inscription diffèrent :
La lumière visible est perçue par l'œil. Le rayonnement infrarouge est principalement un rayonnement thermique. Il est enregistré par des méthodes thermiques, ainsi que partiellement par des méthodes photoélectriques et photographiques. Le rayonnement ultraviolet est chimiquement et biologiquement actif. Il provoque l'effet photoélectrique, la fluorescence et la phosphorescence (lueur) d'un certain nombre de substances. Il est enregistré par des méthodes photographiques et photoélectriques.
Ils sont également absorbés et reflétés différemment par les mêmes médias :
Les rayonnements de différentes longueurs d'onde diffèrent considérablement les uns des autres par leur absorption par la matière. Les rayonnements à ondes courtes (rayons X et surtout rayons G) sont faiblement absorbés. Les substances opaques aux ondes optiques sont transparentes à ces rayonnements. Le coefficient de réflexion des ondes électromagnétiques dépend également de la longueur d'onde.
Ils ont des effets différents sur les objets biologiques avec la même intensité de rayonnement :
Impacts différents types le rayonnement sur le corps humain est différent : les rayons gamma et X le pénètrent, provoquant des lésions tissulaires, la lumière visible provoque une sensation visuelle dans l'œil, le rayonnement infrarouge, tombant sur le corps humain, le réchauffe, et les ondes radio et basse fréquence oscillations électromagnétiques corps humain et ne se ressentent pas du tout. Malgré ces différences évidentes, tous ces types de rayonnements sont essentiellement des faces différentes d’un même phénomène.
