Šviesos bangų skalė. Pristatymas fizikos pamokai (11 kl.) tema: Elektromagnetinių bangų skalė

Tobulėjant mokslui ir technologijoms, buvo atrasta įvairių tipų spinduliuotė: radijo bangos, matoma šviesa, rentgeno spinduliai, gama spinduliuotė. Visos šios spinduliuotės yra tos pačios prigimties. Jie yra elektromagnetines bangas. Šių spindulių savybių įvairovę lemia jų dažnis (arba bangos ilgis). Tarp tam tikrų tipų Nėra ryškios ribos tarp spinduliuotės, kuri sklandžiai pereina į kitą. Savybių skirtumas tampa pastebimas tik tada, kai bangos ilgiai skiriasi keliomis eilėmis.

Siekiant susisteminti visų tipų spinduliuotę, buvo sudaryta vieninga elektromagnetinių bangų skalė:

Elektromagnetinių bangų skalė tai ištisinė elektromagnetinės spinduliuotės dažnių (bangos ilgių) seka. EMW skalės padalijimas į diapazonus yra labai savavališkas.


Žinomos elektromagnetinės bangos apima didžiulį bangų ilgių diapazoną nuo 10 4 iki 10 -10 m. Autorius gavimo būdas Galima išskirti šiuos bangų ilgių diapazonus:

1. Žemo dažnio bangosdaugiau nei 100 km (10 5 m). Spinduliuotės šaltinis – kintamosios srovės generatoriai

2. Radijo bangos nuo 10 5 m iki 1 mm. Spinduliuotės šaltinis – atvira virpesių grandinė (antena) Išskiriami radijo bangų regionai:

Tolimieji Rytai ilgos bangos- daugiau nei 10 3 m,

ŠR vidurkis - nuo 10 3 iki 100 m,

HF trumpas - nuo 100 m iki 10 m,

VHF ultrashort - nuo 10 m iki 1 mm;

3 Infraraudonoji spinduliuotė (IR) 10 –3 -10 –6 m Ultratrumpųjų radijo bangų sritis susilieja su infraraudonųjų spindulių sritimi. Riba tarp jų yra sąlyginė ir nustatoma pagal jų gavimo būdą: ultratrumposios radijo bangos gaunami naudojant generatorius (radijo inžinerijos metodai), o infraraudonuosius spindulius skleidžia įkaitę kūnai dėl atominių perėjimų iš vieno energijos lygisį kitą.

4. Matoma šviesa 770–390 nm spinduliuotės šaltinis – elektroniniai perėjimai atomuose. Spalvų tvarka matomoje spektro dalyje, pradedant ilgo bangos ilgio sritimi KOZHZGSF. Jie išsiskiria dėl atominių perėjimų iš vieno energijos lygio į kitą.

5 . Ultravioletinė spinduliuotė (UV) nuo 400 nm iki 1 nm. Ultravioletiniai spinduliai gaunami naudojant švytėjimo išlydį, dažniausiai gyvsidabrio garuose. Jie išsiskiria dėl atominių perėjimų iš vieno energijos lygio į kitą.

6 . rentgeno spinduliai nuo 1 nm iki 0,01 nm. Jie išskiriami dėl atominių perėjimų iš vieno vidinio energijos lygio į kitą.

7. Po rentgeno spindulių ateina sritis gama spinduliai (γ)kurių bangos ilgis mažesnis nei 0,1 nm. Išspinduliuojamas branduolinių reakcijų metu.

Rentgeno ir gama spindulių sritis iš dalies sutampa, ir šias bangas galima atskirti ne pagal savybes, o pagal gamybos būdą: rentgeno spinduliai atsiranda specialiuose vamzdeliuose, o gama spinduliai išspinduliuojami radioaktyviai irstant tam tikrų elementų branduoliams.



Mažėjant bangos ilgiui, kiekybiniai bangų ilgių skirtumai lemia didelius kokybinius skirtumus. Skirtingų bangų ilgių spinduliuotės labai skiriasi viena nuo kitos medžiagos absorbcija. Medžiagos atspindys elektromagnetinės bangos taip pat priklauso nuo bangos ilgio.

Elektromagnetinės bangos atsispindi ir lūžta pagal dėsnius atspindžiai ir lūžiai.

Galima stebėti elektromagnetines bangas bangų reiškiniai - trukdžiai, difrakcija, poliarizacija, dispersija.

Norėdami naudoti pristatymų peržiūras, susikurkite „Google“ paskyrą ir prisijunkite prie jos: https://accounts.google.com


Skaidrių antraštės:

Elektromagnetinių bangų skalė. Tipai, savybės ir pritaikymas.

Iš atradimų istorijos... 1831 – Michael Faraday nustatė, kad bet koks magnetinio lauko pasikeitimas sukelia indukcinio (sūkurinio) elektrinio lauko atsiradimą supančioje erdvėje.

1864 m. – James Clerk Maxwell iškėlė hipotezę, kad egzistuoja elektromagnetinės bangos, galinčios sklisti vakuume ir dielektrikuose. Kada nors prasidėjo tam tikru momentu, pokyčių procesas elektromagnetinis laukas nuolat užfiksuos naujas erdvės sritis. Tai elektromagnetinė banga.

1887 – Heinrich Hertz išleido veikalą „On Very Fast elektros vibracijos“, kur jis apibūdino savo eksperimentinė sąranka- vibratorius ir rezonatorius, - ir mano eksperimentai. Kai vibratoriuje atsiranda elektrinių virpesių, aplink jį esančioje erdvėje atsiranda sūkurinis kintamasis elektromagnetinis laukas, kurį užfiksuoja rezonatorius.

Elektromagnetinės bangos - elektromagnetinės vibracijos, sklindantis erdvėje ribotu greičiu.

Visa elektromagnetinių bangų skalė yra įrodymas, kad visa spinduliuotė turi ir kvantines, ir bangines savybes. Bangų savybės ryškesnės esant žemiems dažniams, o ne taip ryškiai aukštiems dažniams. Ir atvirkščiai, kvantinės savybės aiškiau išryškėja esant aukštiems dažniams, o ne taip ryškiai žemiems dažniams. Kuo trumpesnis bangos ilgis, tuo ryškesnės pasirodo kvantinės savybės, o kuo ilgesnis bangos ilgis, tuo ryškesnės bangos savybės.

Žemo dažnio svyravimai Bangos ilgis (m) 10 13 - 10 5 Dažnis (Hz) 3 10 -3 - 3 10 3 Energija (EV) 1 - 1,24 10 -10 Šaltinis Reostatinis kintamosios srovės generatorius, dinamas, Hertz vibratorius, Generatoriai į elektros tinklai(50 Hz) Mašinų generatoriai aukšto (pramoninio) dažnio (200 Hz) Telefono tinklai (5000 Hz) Garso generatoriai (mikrofonai, garsiakalbiai) Imtuvas Elektros prietaisai ir varikliai Atradimų istorija Lodge (1893), Tesla (1983) Taikymas Kinas, radijo transliacija (mikrofonai, garsiakalbiai)

Radijo bangos sukuriamos naudojant virpesių grandines ir makroskopinius vibratorius. Savybės: skirtingo dažnio ir skirtingo bangos ilgio radijo bangas sugeria ir atspindi terpės skirtingai. turi difrakcijos ir trukdžių savybes. Bangos ilgiai apima regioną nuo 1 mikrono iki 50 km

Taikymas: radijo ryšys, televizija, radaras.

Infraraudonoji spinduliuotė (šiluma), kurią skleidžia medžiagos atomai arba molekulės. Infraraudonąją spinduliuotę skleidžia visi kūnai esant bet kokiai temperatūrai. Savybės: praeina per kai kuriuos neskaidrūs kūnai, taip pat per lietų, miglą, sniegą, rūką; gamina cheminis veikimas(nuotraukos); absorbuojama medžiagos, ji ją įkaista; nematomas; galintys sukelti trukdžių ir difrakcijos reiškinius; užfiksuoti terminiais metodais.

Naudojimas: Naktinio matymo prietaisas, teismo ekspertizė, fizioterapija, pramonėje produktų, medienos, vaisių džiovinimo reikmėms

Matoma spinduliuotė Savybės: atspindys, refrakcija, veikia akis, gali sklaidytis, trukdyti, difrakcija. dalis elektromagnetinė spinduliuotė, suvokiamas akimis (nuo raudonos iki violetinės spalvos). Bangos ilgio diapazonas užima nedidelį intervalą nuo maždaug 390 iki 750 nm.

Ultravioletinė spinduliuotė Šaltiniai: dujų išlydžio lempos su kvarciniais vamzdžiais. Išspinduliuotas visų kietosios medžiagos, kurių t 0> 1 000 °C, taip pat šviečiantys gyvsidabrio garai. Savybės: Didelis cheminis aktyvumas, nematomas, gerai įsiskverbia, naikina mikroorganizmus, mažomis dozėmis turi teigiamą poveikį žmogaus organizmui (įdegis), tačiau didelėmis dozėmis turi neigiamas poveikis, keičia ląstelių vystymąsi, medžiagų apykaitą.

Taikymas: medicinoje, pramonėje.

Rentgeno spinduliai skleidžiami, kai dideli pagreičiai elektronų. Savybės: trukdžiai, rentgeno spindulių difrakcija pagal kristalinė gardelė, didelė įsiskverbimo galia. Švitinimas didelėmis dozėmis sukelia spindulinę ligą. Gauta naudojant rentgeno vamzdelį: elektronai vakuuminiame vamzdyje (p = 3 atm) pagreitinami elektriniu lauku aukštos įtampos, pasiekę anodą, smūgio metu jie smarkiai stabdomi. Stabdant elektronai juda su pagreičiu ir skleidžia trumpo ilgio (nuo 100 iki 0,01 nm) elektromagnetines bangas.

Taikymas: Medicinoje vidaus organų ligų diagnostikai; pramonėje kontroliuoti vidinė struktūraįvairių gaminių.

γ spinduliuotės šaltiniai: atomo branduolys ( branduolinės reakcijos). Savybės: turi didžiulę prasiskverbimo galią ir stiprų biologinį poveikį. Bangos ilgis mažesnis nei 0,01 nm. Aukščiausios energijos spinduliuotė

Taikymas: medicinoje, gamyboje (γ defektų nustatymas).

Elektromagnetinių bangų poveikis žmogaus organizmui

Dėkojame už dėmesį!


Elektromagnetinių bangų skalė yra nuolatinė elektromagnetinės spinduliuotės dažnių ir ilgių seka, kuri yra erdvėje sklindantis kintamasis. magnetinis laukas. teorija elektromagnetiniai reiškiniai Jamesas Maxwellas leido nustatyti, kad gamtoje egzistuoja skirtingo ilgio elektromagnetinės bangos.

Bangos ilgis arba susijęs bangos dažnis apibūdina ne tik bangą, bet ir elektromagnetinio lauko kvantines savybes. Atitinkamai, pirmuoju atveju aprašoma elektromagnetinė banga klasikiniai dėsniai studijavo šiame kurse.

Panagrinėkime elektromagnetinių bangų spektro sąvoką. Elektromagnetinių bangų spektras yra gamtoje egzistuojančių elektromagnetinių bangų dažnių juosta.

Elektromagnetinės spinduliuotės spektras dažnio didėjimo tvarka yra:


Antena

1) Žemo dažnio bangos (λ>);

2) Radijo bangos();


Atom
3) Infraraudonoji spinduliuotė (m);

4) Šviesos spinduliavimas ();

5) Rentgeno spinduliai();


Atominiai branduoliai

6) Gama spinduliuotė (λ).

Įvairios sritys elektromagnetinis spektras skiriasi vienai ar kitai spektro daliai priklausančių bangų emisijos ir priėmimo būdu. Dėl šios priežasties tarp skirtingų elektromagnetinio spektro dalių nėra ryškių ribų, tačiau kiekvieną diapazoną lemia jo ypatybės ir jo dėsnių paplitimas, nulemtas tiesinių skalių ryšių.

Studijuoja radijo bangas klasikinė elektrodinamika. Infraraudonąją šviesą ir ultravioletinę spinduliuotę tiria tiek klasikinė optika, tiek kvantinė fizika. Rentgeno ir gama spinduliuotė tiriama kvantinėje ir branduolinėje fizikoje.

Infraraudonoji spinduliuotė

Infraraudonoji spinduliuotė yra saulės spinduliuotės spektro dalis, kuri yra tiesiogiai greta raudonosios matomo spektro dalies ir gali šildyti daugumą objektų. Žmogaus akis nemato šioje spektro dalyje, tačiau galime jausti šilumą. Kaip žinia, skleidžia bet koks objektas, kurio temperatūra viršija (-273) laipsnius Celsijaus, o jo spinduliavimo spektrą lemia tik jo temperatūra ir spinduliuotė. Infraraudonoji spinduliuotė turi du svarbias savybes: spinduliavimo bangos ilgis (dažnis) ir intensyvumas. Ši elektromagnetinio spektro dalis apima spinduliuotę, kurios bangos ilgis yra nuo 1 milimetro iki aštuonių tūkstančių atomų skersmenų (apie 800 nm).

Infraraudonieji spinduliai yra visiškai saugūs žmogaus organizmui, skirtingai nei rentgeno, ultravioletiniai ar mikrobangų spinduliai. Kai kurie gyvūnai (pavyzdžiui, angiai) turi net jutimo organus, leidžiančius nustatyti šiltakraujo grobio vietą pagal jo kūno infraraudonąją spinduliuotę.

Atidarymas

Infraraudonąją spinduliuotę 1800 m. atrado anglų mokslininkas W. Herschelis, kuris atrado, kad Saulės spektre, gautame naudojant prizmę, už raudonos šviesos ribos (t. y. nematomoje spektro dalyje) termometro temperatūra. didėja (1 pav.). XIX amžiuje Įrodyta, kad infraraudonoji spinduliuotė paklūsta optikos dėsniams ir todėl yra tokia pati kaip matoma šviesa.

Taikymas

Infraraudonieji spinduliai ligoms gydyti buvo naudojami nuo seniausių laikų, kai gydytojai naudojo kūrenamas anglis, židinius, kaitindavo geležį, smėlį, druską, molį ir kt. išgydyti nušalimus, opas, karbunkulas, mėlynes, mėlynes ir kt. Hipokratas aprašė jų panaudojimo būdą žaizdoms, opoms, šalčio pažeidimams gydyti ir kt. 1894 m. Kelloggas į terapiją įvedė kaitrines elektros lempas, po kurių infraraudonieji spinduliai buvo sėkmingai naudojami limfinės sistemos, sąnarių ligoms, krūtinė(pleuritas), pilvo organai (enteritas, skausmas ir kt.), kepenys ir tulžies pūslė.

Infraraudonųjų spindulių spektre yra sritis, kurios bangos ilgis yra nuo 7 iki 14 mikronų (vadinamoji ilgųjų bangų infraraudonųjų spindulių diapazono dalis), kuri turi tikrai unikalų poveikį žmogaus organizmui. naudingas veiksmas. Ši infraraudonosios spinduliuotės dalis atitinka paties žmogaus kūno spinduliuotę, kurios maksimumas yra apie 10 mikronų bangos ilgio. Todėl mūsų kūnas bet kokią išorinę spinduliuotę suvokia kaip „garsiausią“. natūralus pavasaris Infraraudonųjų spindulių šaltinis mūsų Žemėje yra Saulė, o garsiausias dirbtinis ilgųjų bangų infraraudonųjų spindulių šaltinis Rusijoje yra rusiška krosnis, ir kiekvienas žmogus tikrai patyrė jų teigiamą poveikį.

Infraraudonieji diodai ir fotodiodai plačiai naudojami nuotolinio valdymo pultuose nuotolinio valdymo pultas, automatikos sistemos, apsaugos sistemos, kai kurios mobiliuosius telefonus tt Infraraudonieji spinduliai neatkreipia žmogaus dėmesio dėl savo nematomumo.

Infraraudonųjų spindulių skleidėjai pramonėje naudojami dažų paviršiams džiovinti. Infraraudonųjų spindulių džiovinimo metodas turi didelių pranašumų, palyginti su tradiciniu konvekciniu metodu. Visų pirma, tai, žinoma, yra ekonominis efektas. Infraraudonųjų spindulių džiovinimo greitis ir suvartojama energija yra mažesni nei tie patys rodikliai naudojant tradicinius metodus.

Infraraudonųjų spindulių detektorius plačiai naudoja gelbėjimo tarnybos, pavyzdžiui, aptikdamos gyvus žmones po griuvėsiais po žemės drebėjimų ar kt. stichinių nelaimių ir žmogaus sukeltų nelaimių.

Teigiamas šalutinis poveikis taip pat ir sterilizacija maisto produktai, didinant dažytų paviršių atsparumą korozijai.

IR spinduliuotės naudojimo ypatumai maisto pramonė yra galimybė elektromagnetinei bangai prasiskverbti į kapiliarų porėtus produktus, tokius kaip grūdai, javai, miltai ir kt., iki 7 mm gylio. Ši vertė priklauso nuo paviršiaus pobūdžio, struktūros, medžiagos savybių ir spinduliuotės dažninių charakteristikų. Tam tikro dažnio diapazono elektromagnetinė banga turi ne tik šiluminį, bet ir biologinį poveikį produktui, padeda pagreitinti biochemines transformacijas biologiniuose polimeruose (krakmolo, baltymų, lipidų)

Ultravioletiniai spinduliai

Ultravioletiniai spinduliai apima elektromagnetinę spinduliuotę, kurios bangos ilgis yra nuo kelių tūkstančių iki kelių atomų skersmenų (400–10 nm). Šioje spektro dalyje spinduliuotė pradeda daryti įtaką gyvų organizmų gyvenimui. Minkštas ultravioletiniai spinduliai Pavyzdžiui, saulės spektre (kai bangos ilgiai artėja prie matomos spektro dalies), sukelia įdegį, kai vartojamos vidutinės dozės, ir stiprius nudegimus, kai yra didelės dozės. Kietoji (trumpųjų bangų) ultravioletinė spinduliuotė yra kenksminga biologinės ląstelės todėl medicinoje naudojamas chirurginiams instrumentams ir medicinos įrangai sterilizuoti, naikinant visus mikroorganizmus ant jų paviršiaus.

Visa gyvybė Žemėje yra apsaugota nuo žalingo kietumo poveikio ultravioletinė spinduliuotė ozono sluoksnis žemės atmosfera, sugeriantis dauguma kietieji ultravioletiniai spinduliai spektre saulės spinduliuotės. Jei ne šis natūralus skydas, gyvybė Žemėje vargu ar būtų atsiradusi iš Pasaulinio vandenyno vandenų. Tačiau nepaisant apsauginių ozono sluoksnis, kai kurie kietieji ultravioletiniai spinduliai pasiekia Žemės paviršių ir gali sukelti odos vėžį, ypač žmonėms, kurie iš prigimties linkę į blyškumą ir prastai įdega saulėje.

Atradimų istorija

Netrukus po to, kai buvo atrasta infraraudonoji spinduliuotė, vokiečių fizikas Johanas Wilhelmas Ritteris pradėjo ieškoti spinduliuotės priešingame spektro gale, kurios bangos ilgis buvo trumpesnis nei violetinė. 1801 m. jis atrado, kad sidabro chloridas, kuris skyla veikiamas šviesos, greičiau suyra, kai yra veikiamas nematomos spinduliuotės už violetinės spektro srities. Tuo metu daugelis mokslininkų, įskaitant Ritterį, sutiko, kad šviesa susideda iš trijų atskirų komponentų: oksidacinio arba terminio (infraraudonųjų spindulių) komponento, apšvietimo komponento ( matoma šviesa) ir redukcinį (ultravioletinį) komponentą. Tuo metu ultravioletinė spinduliuotė taip pat buvo vadinama „aktinine spinduliuote“.

Taikymas

Ultravioletinių kvantų energijos pakanka sunaikinti biologines molekules, ypač DNR ir baltymus. Tuo paremtas vienas iš mikrobų naikinimo būdų.

Tai sukelia odos įdegį ir yra būtinas vitamino D gamybai. Tačiau per didelis poveikis gali sukelti odos vėžio vystymąsi. UV spinduliuotė kenkia akims. Todėl ant vandens ir ypač ant sniego kalnuose būtina nešioti apsauginius akinius.

Siekiant apsaugoti dokumentus nuo klastojimo, jie dažnai yra su ultravioletiniais ženklais, kurie matomi tik esant ultravioletiniam apšvietimui. Daugumoje pasų, taip pat įvairių šalių banknotų, yra apsauginių elementų dažų ar siūlų pavidalu, šviečiančių ultravioletinėje šviesoje.

Daugelyje mineralų yra medžiagų, kurios, apšviestos ultravioletiniais spinduliais, pradeda skleisti matomą šviesą. Kiekviena priemaiša šviečia savaip, todėl pagal švytėjimo pobūdį galima nustatyti tam tikro mineralo sudėtį.

Rentgeno spinduliuotė

Rentgeno spinduliai yra elektromagnetinės bangos, kurių fotonų energija yra energijos skalėje tarp ultravioletinės spinduliuotės ir gama spinduliuotės, kuri atitinka bangų ilgį nuo iki m).

Kvitas

Rentgeno spinduliai atsiranda dėl stipraus įkrautų dalelių (daugiausia elektronų) pagreičio arba dėl didelės energijos perėjimų atomų ar molekulių elektroniniuose apvalkaluose. Abu efektai naudojami rentgeno vamzdeliai, kuriame karšto katodo skleidžiami elektronai pagreitinami (šiuo atveju rentgeno spinduliai nespinduliuojami, nes pagreitis per mažas) ir atsitrenkia į anodą, kur smarkiai sulėtėja (šiuo atveju išspinduliuojami rentgeno spinduliai : vadinamasis. bremsstrahlung ) ir tuo pačiu išmušti elektronus iš vidaus elektroniniai apvalkalai metalo, iš kurio pagamintas anodas, atomai. Tuščios vietos apvalkalus užima kiti atomo elektronai. Šiuo atveju rentgeno spinduliai skleidžiami su tam tikra anodo medžiagai būdinga energija ( būdinga spinduliuotė)

Greitėjimo-lėtėjimo proceso metu tik 1% elektrono kinetinės energijos patenka į rentgeno spinduliuotę, 99% energijos paverčiama šiluma.

Atidarymas

Rentgeno spindulių atradimas priskiriamas Wilhelmui Conradui Rentgenui. Jis pirmasis paskelbė straipsnį apie rentgeno spindulius, kuriuos pavadino rentgeno spinduliais. Rentgeno straipsnis „Apie naują spindulių tipą“ buvo paskelbtas 1895 m. gruodžio 28 d.

Kruopštus tyrimas parodė, kad Rentgenas „tas juodas kartonas, nepermatomas nei matomiems ir ultravioletiniams saulės spinduliams, nei spinduliams elektros lankas, yra persmelktas kažkokiu agentu, kuris sukelia energingą fluorescenciją. Rentgeno spinduliai ištyrė šio „agento“, kurį jis trumpai vadino „rentgeno spinduliais“, prasiskverbimo galią. įvairių medžiagų. Jis atrado, kad spinduliai laisvai prasiskverbia per popierių, medieną, ebonitą ir plonus metalo sluoksnius, tačiau juos stipriai blokuoja švinas.

Figūra Crookes eksperimentuoja su katodiniais spinduliais

Tada jis aprašo sensacingą patirtį: „Jei laikysite ranką tarp išleidimo vamzdžio ir ekrano, galite pamatyti tamsius kaulų šešėlius silpnuose pačios rankos šešėlio kontūruose. Tai buvo pirmasis fluoroskopinis žmogaus kūno tyrimas. Rentgenas gautas ir pirmas rentgeno spinduliai pridėdami juos prie savo brošiūros. Šios nuotraukos padarė didžiulį įspūdį; atradimas dar nebuvo baigtas, o rentgeno diagnostika jau buvo pradėjusi savo kelionę. „Mano laboratorija buvo užtvindyta gydytojų, atvežančių pacientų, įtarusių, kad juose yra adatų skirtingos dalys kūnų“, – rašė anglų fizikas Schusteris.

Jau po pirmųjų eksperimentų Rentgenas tvirtai nustatė, kad rentgeno spinduliai skiriasi nuo katodinių spindulių, jie neturi krūvio ir nėra nukreipiami magnetinio lauko, o yra sužadinami katodiniais spinduliais. "... Rentgeno spinduliai nėra identiški katodiniams spinduliams, bet juos sužadina stiklinėse išlydžio vamzdžio sienelėse", - rašė Rentgenas.

Paveikslas Eksperimentuokite su pirmuoju rentgeno vamzdeliu

Jis taip pat nustatė, kad juos jaudina ne tik stiklas, bet ir metalai.

Paminėjęs Hertz-Lennard hipotezę, kad katodiniai spinduliai „yra reiškinys, vykstantis eteryje“, Rentgenas nurodo, kad „galime pasakyti kažką panašaus apie savo spindulius“. Tačiau jam nepavyko atrasti spindulių banginių savybių, jie „elgiasi kitaip nei iki šiol žinomi ultravioletiniai, matomi ir infraraudonieji spinduliai“. Savo cheminiais ir liuminescenciniais veiksmais, anot Rentgeno, jie yra panašūs į ultravioletinius spindulius. Pirmojoje savo žinutėje jis išreiškė prielaidą, kad vėliau atsisakė, kad jie gali būti išilginės bangos eteryje.

Taikymas

Naudodami rentgeno spindulius galite „apšviesti“ žmogaus kūnas, ko pasekoje galima gauti kaulų, o šiuolaikiniuose prietaisuose – vidaus organų vaizdą.

Gaminių (bėgelių, suvirinimo siūlių ir kt.) defektų nustatymas naudojant rentgeno spinduliuotę vadinamas rentgeno defektų aptikimu.

Naudojamas technologinė kontrolė mikroelektronikos gaminius ir leidžia nustatyti pagrindinius defektų tipus ir elektroninių komponentų konstrukcijos pakeitimus.

Medžiagų moksle, kristalografijoje, chemijoje ir biochemijoje rentgeno spinduliai naudojami medžiagų struktūrai atominiame lygmenyje išsiaiškinti naudojant rentgeno spindulių difrakcijos sklaidą.

Norint nustatyti, galima naudoti rentgeno spindulius cheminė sudėtis medžiagų. Oro uostuose aktyviai naudojami rentgeno televizijos introskopai, leidžiantys peržiūrėti jų turinį rankinis bagažas ir bagažas, skirtas vizualiai aptikti pavojingus objektus monitoriaus ekrane.

Rentgeno terapija yra spindulinės terapijos šaka, apimanti teoriją ir praktiką medicininiam naudojimui. Rentgeno terapija daugiausia atliekama esant paviršiniams navikams ir kai kurioms kitoms ligoms, įskaitant odos ligas.

Biologinis poveikis

Rentgeno spinduliuotė yra jonizuojanti. Jis veikia gyvų organizmų audinius ir gali sukelti spindulinę ligą, nudegimus ir piktybiniai navikai. Dėl šios priežasties dirbant su rentgeno spinduliais reikia imtis apsaugos priemonių. Manoma, kad žala yra tiesiogiai proporcinga sugertai spinduliuotės dozei. Rentgeno spinduliuotė yra mutageninis veiksnys.

Išvada:

Elektromagnetinė spinduliuotė – tai elektromagnetinio lauko būsenos pokytis (sutrikimas), galintis plisti erdvėje.

Naudojant kvantinė elektrodinamika Elektromagnetinę spinduliuotę galima laikyti ne tik elektromagnetinėmis bangomis, bet ir fotonų srautu, tai yra dalelėmis, vaizduojančiomis elementarų kvantinį elektromagnetinio lauko sužadinimą. Pačios bangos pasižymi tokiomis charakteristikomis kaip ilgis (arba dažnis), poliarizacija ir amplitudė. Be to, kuo trumpesnis bangos ilgis, tuo stipresnės dalelių savybės. Šios savybės ypač ryškiai pasireiškia fotoelektrinio efekto (elektronų išmušimo iš metalo paviršiaus veikiant šviesai) reiškinyje, kurį 1887 m. atrado G. Hertzas.

Šį dualizmą patvirtina Plancko formulė ε = hν. Ši formulė sujungia fotono energiją, kuri yra kvantinė charakteristika, ir virpesių dažnį, kuris yra bangos charakteristika.

Priklausomai nuo dažnių diapazono, išsiskiria kelių tipų elektromagnetinė spinduliuotė. Nors ribos tarp šių tipų yra gana savavališkos, nes bangų sklidimo greitis vakuume yra vienodas (lygus 299 792 458 m/s), todėl virpesių dažnis yra atvirkščiai proporcingas elektromagnetinės bangos ilgiui.

Elektromagnetinės spinduliuotės tipai skiriasi tuo, kaip jie gaminami:

Nepaisant fiziniai skirtumai, visuose elektromagnetinės spinduliuotės šaltiniuose, ar radioaktyvioji medžiaga, kaitrinė lempa arba televizijos siųstuvas, ši spinduliuotė sužadinama judant su pagreičiu elektros krūviai. Yra du pagrindiniai šaltinių tipai . „Mikroskopiniuose“ šaltiniuose Įkrautos dalelės per atomus ar molekules peršoka iš vieno energijos lygio į kitą. Šio tipo spinduliuotieji spinduliai skleidžia gama, rentgeno, ultravioletinius, matomus ir infraraudonuosius, o kai kuriais atvejais net ilgesnio bangos ilgio spinduliuotę (pastarosios pavyzdys – vandenilio spektro linija, atitinkanti 21 cm bangos ilgį, grojanti svarbus vaidmuo radijo astronomijoje). Antrojo tipo šaltiniai galima vadinti makroskopinis . Juose laisvųjų elektronų laidininkai atlieka sinchroninius periodinius virpesius.

Registracijos būdai skiriasi:

Matoma šviesa suvokiama akimis. Infraraudonoji spinduliuotė daugiausia yra šiluminė spinduliuotė. Jis fiksuojamas terminiais metodais, taip pat iš dalies fotoelektriniais ir fotografiniais metodais. Ultravioletinė spinduliuotė yra chemiškai ir biologiškai aktyvi. Tai sukelia daugelio medžiagų fotoelektrinį efektą, fluorescenciją ir fosforescenciją (švytėjimą). Jis fiksuojamas fotografiniais ir fotoelektriniais metodais.

Toje pačioje terpėje juos taip pat skirtingai sugeria ir atspindi:

Skirtingų bangų ilgių spinduliuotės labai skiriasi viena nuo kitos medžiagos absorbcija. Trumpųjų bangų spinduliuotė (rentgeno spinduliai ir ypač g-spinduliai) sugeriami silpnai. Medžiagos, kurios yra nepermatomos optinėms bangoms, yra skaidrios šiai spinduliuotei. Elektromagnetinių bangų atspindžio koeficientas taip pat priklauso nuo bangos ilgio.

Pateikti skirtingą poveikį ant biologinių objektų, kurių spinduliuotės intensyvumas yra toks pat:

Poveikis skirtingų tipų spinduliuotė ant žmogaus kūno yra skirtinga: gama ir rentgeno spinduliuotė prasiskverbti į jį, sukeldama audinių pažeidimus, matoma šviesa sukelia regėjimo pojūtį akyje, infraraudonąją spinduliuotę, krentant ant žmogaus kūno, jį įkaitina, o radijo bangos ir žemo dažnio elektromagnetiniai virpesiai žmogaus kūnas ir visai nejaučiami. Nepaisant šių akivaizdžių skirtumų, visos šios spinduliuotės rūšys iš esmės yra skirtingos pusės vienas reiškinys.

Parengė Narvos humanitarinės gimnazijos 11.C klasės mokinys Golubev Sergejus

Elektromagnetinių bangų skalė yra ištisinė elektromagnetinės spinduliuotės dažnių ir ilgių seka, vaizduojanti erdvėje sklindantį kintamąjį magnetinį lauką. Jameso Maxwello elektromagnetinių reiškinių teorija leido nustatyti, kad gamtoje egzistuoja skirtingo ilgio elektromagnetinės bangos.

Vokiečių mokslininko G. Hertzo ir rusų mokslininko P. N. Lebedevo eksperimentinis darbas patvirtino Maxwello teoriją ir įrodė, kad šviesos spinduliavimas yra labai trumpos elektromagnetinės bangos, kurias sukuria natūralūs vibratoriai – atomai ir molekulės.

Priklausomai nuo to, kaip sukuriamos elektromagnetinės bangos, jos skirstomos į keletą dažnių diapazonų (arba bangų ilgių). Nėra aiškių ribų tarp gretimų skalės diapazonų. Bangų diapazonai įvairių tipų persidengia viena su kita, todėl tokio ilgio bangas galima gauti dviem būdais.

Nėra esminio skirtumo tarp atskirų spindulių, nes jie visi yra įkrautų dalelių generuojamos elektromagnetinės bangos. Bet priklausomai nuo jų turimo bangos ilgio įvairių savybių: pvz., prasiskverbimas, matomumas, atspindys ir kt.

Šie skirtumai nustatomi bendras modelis elektromagnetinių bangų skalės: mažėjant bangos ilgiui, silpnėja šviesos bangų savybės, tokios kaip trukdžiai, difrakcija ir poliarizacija, o kvantinės šviesos savybės, susijusios su dalelių savybėmis, stiprėja.

Elektromagnetinės spinduliuotės skalė

Pagrindinis skyrius

Dažnis (Hz) Bangos ilgis (m) Diapazono pavadinimas Pagrindiniai generavimo metodai Taikymo sritis
Iki 10 Daugiau nei 310 Žemo dažnio virpesiai Kintamosios srovės generatoriai (dirbtiniai vibratoriai) elektrotechnika
10 3 10 Radijo bangos Radijo dažnio generatoriai Mikrobangų generatoriai Radijo inžinerija, Radijo ryšiai, Televizija, Radarai
10 3 10 Infraraudonoji spinduliuotė Molekulių ir atomų spinduliavimas veikiant šiluminiam ir elektriniam poveikiui Šiluminiai ir fotografijos šiltnamiai Akis, fotografija Fotovoltinė gyvybė Žemėje
3,8 10 8 10 Šviesos bangos (matoma šviesa) Tas pats Tas pats
7,5 10 4 10 Ultravioletinė spinduliuotė Atomų spinduliavimas, veikiamas pagreitintų elektronų Fotografija Fotoelektrinė medicina
3 10 10 Rentgeno spinduliuotė Tas pats Tas pats
3 10 10 Rentgeno spinduliai ir alfa spinduliuotė Atominiai procesai, veikiami pagreitintų įkrautų dalelių (vyksta pasikeitus elektronų būsenoms ant vidinio atomo apvalkalo arba dėl staigaus elektronų ir kitų įkrautų dalelių lėtėjimo) Fotografija Jonizacinė medicina ir metalurgija
10 3 10 Alfa spinduliuotė Atomų branduolių ir elementariųjų dalelių sužadinimas dėl įvairių sąveikų: Radioaktyvaus skilimo branduoliniai procesai kosminiai procesai Pažymėto atomo jonizacijos metodas

Detalus padalijimas

Dažniai, Hz (bangos ilgis, m) Bangų grupės (arba dažnių) pavadinimas Pagrindiniai gamybos ir naudojimo būdai
Infraraudonieji spinduliai
6 10 – 3,75 10 (2 10 – 8 10) Decamicronic (uždaryti) Įkaitusių kūnų (lankinių lempų ir kt.) spinduliuotė
Mikronas (vidutinis) Naudojamas infraraudonųjų spindulių spektroskopijoje
tolimas Fotografuojant tamsoje
3 ,75 10 – 7,5 10 (8 10 – 4 10) Šviesos spinduliai (matoma šviesa)
Ultravioletiniai spinduliai
7,5 10 – 3 10 (4 10 – 10) Vidurio Saulės spinduliuotė, gyvsidabrio lempos ir kt.
Tolimas (vakuuminis) Naudojamas medicinoje, ultravioletinėje mikroskopijoje
rentgeno spinduliai
1,5 10 – 5 10 (2 10 – 6 10) Itin minkštas Gaunamas rentgeno vamzdeliuose ir kituose prietaisuose, kur
minkštas Elektroninis stabdymas.
sunku Naudojamas medicinoje materijos struktūrai tirti, defektams aptikti
Gama spinduliuotė
3 10 – 3 10 (10 – 3 10) Atsirasti, kai radioaktyvūs skilimai branduoliuose, elektronų lėtėjimo ir kitų sąveikų metu elementariosios dalelės. Jis naudojamas alfa defektų aptikimui, tiriant medžiagų savybes.
Žemo dažnio bangos
3 10 – 3 10 (10 – 3 10) Infra-žemieji dažniai Specialaus dizaino generatoriai
Žemi dažniai
Pramoniniai dažniai Kintamosios srovės generatoriai. Dauguma elektros prietaisai o varikliai varomi kintamoji srovė dažnis 50-60 Hz.
Garso dažniai Garso generatoriai. Jie naudojami elektroakustikoje (mikrofonai, garsiakalbiai), kino ir radijo transliacijose.
Radijo bangos
3 10 – 3 10 (10 – 10) Ilgas Elektros virpesių generatoriai
3 10 – 3 10 (10 – 10) vidutinis Įvairaus dizaino. Naudojamas telegrafijoje
3 10 – 3 10 (10 – 10) trumpas Radarai ir kt.
3 10 – 3 10 (10 – 1) Itin trumpas Metrinės ir decimetrinės bangos
3 10 – 3 10 (1 – 10) decimetras Naudojamas tiriant medžiagų savybes.
3 10 – 3 10 (10 – 10) centimetras Jie gaunami magnetrono klitorio generatoriuose ir mazeriuose.
3 10 – 3 10 (10 – 10) milimetras Naudojamas radare,
3 10 – 6 10 (10 – 5 10) Submilimetras (pereinamasis) Radijo spektroskopija, radijo astronomija.

Papildoma informacija apie kai kurias spinduliuotes

Infraraudonoji spinduliuotė

Spektro sritį už raudonojo krašto pirmą kartą eksperimentiškai ištyrė anglai 1880 m

Astronomas Viljamas Heršelis (1738-1822). Herschelis padėjo termometrą su pajuodusiu rutuliu raudoname spektro gale ir aptiko temperatūros padidėjimą. Termometro rutulys buvo kaitinamas akiai nematoma spinduliuote. Ši spinduliuotė buvo vadinama infraraudonaisiais spinduliais.

Infraraudonoji spinduliuotė – tai elektromagnetinės bangos, kurias skleidžia bet koks įkaitęs kūnas, net jei jis nešviečia.

Infraraudonosios bangos taip pat yra karščio bangos, nes Daugelis šių bangų šaltinių sukelia pastebimą aplinkinių kūnų kaitinimą.

Matoma šviesa

(nuo raudonos iki violetinės šviesos banga)

Visą informaciją apie jį supantį pasaulį žmogus gauna per regėjimą.

Šviesa yra būtina žaliųjų augalų vystymosi sąlyga; būtina sąlyga gyvybės egzistavimui Žemėje.

Ultravioletinė spinduliuotė

1801 – vokietis mokslininkas Johanas Ritter (1776-1810) atrado, kad už violetinio krašto yra akiai nematomų spindulių sukurta sritis. Šie spinduliai paveikia kai kuriuos cheminiai junginiai.

Mažomis dozėmis ultravioletiniai spinduliai gydo. Ultravioletinė šviesa skatina augimą ir kūno stiprėjimą.

Formuoja odoje apsauginius pigmentus (įdegį, vitaminą D), veikia baktericidiškai, veikia centrinę nervų sistemą.

IN dideli kiekiaiŠie spinduliai yra kenksmingi: sunaikinama akies tinklainė, todėl reikia nešioti apsauginius akinius (akinius nuo saulės). Taip pat sunaikinama oda.

Ultravioletinė spinduliuotė pasiekia Žemę, nes... nepakankamai absorbuojamas viršutiniai sluoksniai atmosfera.

Rentgeno spinduliuotė

Darbo laikas: 1895 m. lapkričio mėn Vilhelmas Rentgenas (1845-1923) atliko eksperimentą su elektros iškrova dujose. Taikymas yra įvairus: medicina (ligų diagnostika + gydymas), fizika, chemija, biologija, technologijos, kriminalistika, meno istorija.

Gama spinduliuotė

Savybė: ryškus korpuskulinės savybės.

Perėjimo metu atsiranda gama spinduliuotė atomų branduoliai iš vieno energetinė būsenaį kitą, žemesnę, panašią į tai, kas vyksta atome. Gama spindulių šaltinis gali būti radioaktyvieji branduoliai, arba branduoliai, bombarduojami, pavyzdžiui, alfa dalelių.

Mažėjant bangos ilgiui, atsiranda reikšmingi kokybiniai elektromagnetinių bangų skirtumai. Skirtingų bangų ilgių spinduliuotės skiriasi viena nuo kitos gamybos būdu ir registravimo būdu, tai yra, sąveikos su medžiagomis pobūdžiu.

Tai, kad pasaulyje nėra visų be išimties dažnių bangų (nuo ν = 0 Hz iki ν = ∞ Hz), objektyvių priežasčių. Jie tokie šviesos bangos turi ne tik bangines, bet ir korpuskulines savybes, o tai nustato tam tikrus jų ilgio apribojimus.

Bangos ilgio apribojimai

Pagal kvantinė teorija, elektromagnetinės spinduliuotės emisija vyksta energijos porcijų – kvantų pavidalu. Kvantų energija yra susijusi su jų dažniu.

Formulėje yra Planko konstanta - h = 6,62 · 10 - 34 J · s, o h = h 2 π = 1,05 · 10 - 34 J · s yra Planko konstanta su juosta.

Iš formulės galime daryti išvadą, kad begalinis dažnis negali egzistuoti, nes kvantų su begaliniu energijos kiekiu nėra. Taip pat ši išraiška taip pat riboja žemus dažnius, nes kvantinė energija turi minimumą galima prasmė W 0, todėl yra minimalus dažnis, žemiau kurio banga negali būti.

1 pastaba

Svarbu pažymėti, kad kol kas nėra aiškių įrodymų apie apatinę fotonų energijos ribą. Stabiliose elektromagnetinėse bangose ​​tarp žemės paviršiaus o jonosferos mažiausias dažnis yra maždaug 8 Hz.

Elektromagnetinių bangų skalė

Šiandien žinomi keli elektromagnetinių bangų tipai. Pagrindinės jų charakteristikos pateiktos lentelėje:

Bangų skalė rodo, kad kiekvienas diapazonas turi savo individualias savybes. Kuo didesnis dažnis, tuo ryškesnės spinduliuotės korpuskulinės savybės.

Įvairiose elektromagnetinės spinduliuotės spektro dalyse bangos generuojamos skirtingai. Norint ištirti kiekvieną bangų tipą, yra specialios fizikos šakos. Skirtumai tarp spektro dalių nėra tokie dideli fizinė prigimtis yra tiek daug bangų, kiek jų yra jų priėmimo ir priėmimo būduose. Paprastai tarp jų nėra staigių perėjimų, nes ribos yra savavališkos.

1 apibrėžimas

Optika tiria vadinamuosius optinis elektromagnetinių bangų diapazonas– žmogaus akiai prieinama spektro dalis, įskaitant infraraudonosios ir ultravioletinės spinduliuotės zonų fragmentus.

2 apibrėžimas

Kvantai, esantys matomoje spinduliuotės dalyje, vadinami fotonai.

Viso elektromagnetinės spinduliuotės spektro bangos turi tiek bangų, tiek kvantines savybes, tačiau tam tikros savybės gali vyrauti priklausomai nuo bangos ilgio. Todėl norint juos ištirti, reikia naudoti skirtingi metodai. Praktinis pritaikymas adresu skirtingos grupės bangos taip pat skiriasi priklausomai nuo ilgio.

Įvairių tipų elektromagnetinių bangų specifika

Apibūdinamas optinis diapazonas silpna sąveikašviesa ir materija, taip pat tai, kad joje vykdomi dėsniai geometrinė optika.

2 pastaba

Žemesniems už optinio diapazono dažniams geometrinės optikos dėsniai nebegalioja, o aukšto dažnio elektromagnetinis laukas arba prasiskverbia į medžiagą, arba ją sunaikina.

Matoma šviesa labai svarbi visai gyvybei Žemėje, ypač fotosintezės procesams. Radijo bangos aktyviai naudojamos televizijos, radarų procesuose, radijo ryšiuose, nes tai yra ilgiausi spektro bangos ilgiai, kuriuos galima nesunkiai generuoti naudojant svyruojančią grandinę (induktyvumo ir talpos derinį). Radijo bangas gali skleisti atomai ir molekulės – tai savybė, kuri pritaikoma radijo astronomijoje.

Galime suformuluoti bendrą teiginį, pagal kurį elektromagnetinių bangų šaltinis yra dalelės atomuose ir branduoliuose. Jie įkraunami ir juda pagreitintu greičiu.

1800 metais W. Herschelis praktiškai ištyrė infraraudonąją spektro sritį. Jis padėjo termometrą arčiau raudonojo spektro galo ir pamatė, kad temperatūra pradėjo kilti, o tai reiškia, kad termometrą įkaitino akiai nematoma spinduliuotė. Infraraudonoji spinduliuotė gali būti konvertuojama į matoma dalis diapazonas naudojant specialius prietaisus (pavyzdžiui, naktinio matymo prietaisai yra pagrįsti šia savybe). Bet koks šildomas kūnas yra infraraudonosios spinduliuotės šaltinis.

Ultravioletinę spinduliuotę atrado I. Ritter. Jis aptiko nematomus spindulius už violetinės spektro dalies ir atrado, kad jie gali paveikti tam tikrus cheminius junginius ir nužudyti tam tikras bakterijų rūšis. Ši savybė buvo plačiai pritaikyta medicinoje. Kadangi ultravioletinė spinduliuotė yra saulės spindulių dalis, ji veikia žmogaus odą ir prisideda prie jos tamsėjimo (įdegio).

V. Rentgenas 1895 metais atrado kitą spinduliuotės rūšį, kuri vėliau buvo pavadinta jo garbei. Rentgeno spinduliai akiai nematomi ir gali prasiskverbti per storus sluoksnius nepermatoma medžiaga be reikšmingos absorbcijos. Jie taip pat gali paveikti fotografijos juostas ir sukelti kai kurių tipų kristalų švytėjimą. Rentgeno spinduliai plačiai naudojami medicinos diagnostikos srityje, jų gebėjimas paveikti gyvus organizmus yra labai reikšmingas.

3 apibrėžimas

Gama spinduliuotė vadinama spinduliuote, kuri atsiranda, kai sužadinami atomo branduoliai ir elementariųjų dalelių sąveika.

Gama spinduliuotė turi trumpiausią bangos ilgį, todėl jos korpuskulinės savybės yra ryškiausios. Paprastai jis laikomas gama kvantų srautu. Rentgeno ir gama bangos sutampa 10 - 10 - 10 - 14 m ilgio srityje.

1 pavyzdys

Būklė: paaiškinkite, kas veikia kaip įvairių tipų elektromagnetinių bangų radiatorius.

Sprendimas

Elektromagnetines bangas visada skleidžia judančios įkrautos dalelės. Jie atomais ir branduoliais juda pagreitintai, o tai reiškia, kad būtent čia ir bus bangų šaltinis. Radijo bangas skleidžia molekulės ir atomai (vienintelė spinduliuotė, kurią galima atkurti dirbtinai). Infraraudonieji – dėl molekulėse esančių atomų virpesių (čia vyksta šiluminiai virpesiai, didėjant temperatūrai). Matomąją šviesą sukuria atskiri sužadinti atomai. Ultravioletinė šviesa taip pat yra atominis. Rentgeno spinduliai sukuriami elektronams sąveikaujant su aukštais kinetinė energija su atominiais branduoliais, taip pat dėl ​​vidinio branduolių sužadinimo. Gama spindulius gamina sužadinti branduoliai ir abipusė transformacija elementariosios dalelės.

2 pavyzdys

Būklė: apskaičiuokite bangų dažnius matomame diapazone.

Sprendimas

Matomas diapazonas apima bangas, kurias suvokia žmogaus akis. Regėjimo ribos yra individualios ir yra ribose λ = 0,38 - 0,76 m iki m.

Optikoje naudojami du pagrindiniai dažnių tipai. Pirmasis iš jų – apskritas – gali būti apibrėžtas kaip ω = 2 π T (T – bangos virpesių periodas). Antrasis apibrėžiamas kaip ν = 1 T.

Tai reiškia, kad galime susieti vieną dažnį su kitu, naudodami šį ryšį:

Žinodami, kad elektromagnetinių bangų sklidimo greitis vakuume yra c = 3 10 8 m s, rašome:

λ = c T → T = λ c .

Šiuo atveju matomo diapazono ribos gauname:

ν = c λ , ω = 2 π c λ .

Kadangi mes nežinome matomos šviesos bangos ilgio, tada:

ν 1 = 3 · 10 8 0, 38 · 10 - 6 = 7, 9 · 10 14 (Hz); v 2 = 3 · 10 8 0, 76 · 10 16 = 3, 9 · 10 14 (Hz); ω 1 = 2 · 3, 14 · 7, 9 · 10 14 = 5 · 10 15 (s - 1); ω 2 = 2 · 3, 14 · 3, 9 · 10 14 = 2, 4 · 10 15 (s - 1).

Atsakymas: 3, 9 · 10 14 Hz.

Jei tekste pastebėjote klaidą, pažymėkite ją ir paspauskite Ctrl+Enter



Ar jums patiko straipsnis? Pasidalinkite su draugais!