S rozvojom vedy a techniky boli objavené rôzne typy žiarenia: rádiové vlny, viditeľné svetlo, röntgenové lúče, gama žiarenie. Všetky tieto žiarenia sú rovnakej povahy. Oni sú elektromagnetické vlny. Rozmanitosť vlastností týchto žiarení je spôsobená ich frekvencia (alebo vlnová dĺžka). Medzi určité typy Neexistuje žiadna ostrá hranica medzi žiareniami, jeden typ žiarenia plynule prechádza do druhého. Rozdiel vo vlastnostiach sa prejaví až vtedy, keď sa vlnové dĺžky líšia o niekoľko rádov.
Na systematizáciu všetkých typov žiarenia bola zostavená jednotná stupnica elektromagnetických vĺn:
Stupnica elektromagnetických vĺn ide o súvislý sled frekvencií (vlnových dĺžok) elektromagnetického žiarenia. Rozdelenie stupnice EMW na rozsahy je veľmi ľubovoľné.
Známe elektromagnetické vlny pokrývajú obrovský rozsah vlnových dĺžok od 104 až 10-10 m. Autor: spôsob získania Je možné rozlíšiť nasledujúce rozsahy vlnových dĺžok:
1. Nízkofrekvenčné vlnyviac ako 100 km (10 5 m). Zdroj žiarenia - generátory striedavého prúdu
2. Rádiové vlny od 105 m do 1 mm. Zdroj žiarenia - otvorený oscilačný okruh (anténa) Rozlišujú sa oblasti rádiových vĺn:
Ďaleký východ dlhé vlny- viac ako 10 3 m,
Priemer SV - od 10 3 do 100 m,
HF krátke - od 100 m do 10 m,
VHF ultrashort - od 10 m do 1 mm;
3 Infračervené žiarenie (IR) 10 –3 –10 –6 m Oblasť ultrakrátkych rádiových vĺn sa spája s oblasťou infračervených lúčov. Hranica medzi nimi je podmienená a je určená spôsobom ich získania: ultrakrátke rádiové vlny sa získavajú pomocou generátorov (metódy rádiového inžinierstva) a infračervené lúče sú vyžarované zohriatymi telesami v dôsledku atómových prechodov z jedného energetická úroveňďalší.
4. Viditeľné svetlo 770-390 nm Zdroj žiarenia – elektronické prechody v atómoch. Poradie farieb vo viditeľnej časti spektra, počnúc oblasťou dlhých vlnových dĺžok KOZHZGSF. Sú emitované v dôsledku atómových prechodov z jednej energetickej úrovne na druhú.
5 . Ultrafialové žiarenie (UV) od 400 nm do 1 nm. Ultrafialové lúče sa vytvárajú pomocou žeravého výboja, zvyčajne v ortuťových parách. Sú emitované v dôsledku atómových prechodov z jednej energetickej úrovne na druhú.
6 . röntgenové lúče od 1 nm do 0,01 nm. Sú emitované v dôsledku atómových prechodov z jednej vnútornej energetickej úrovne na druhú.
7. Po röntgenových snímkach prichádza oblasť gama lúče (γ)s vlnovými dĺžkami menšími ako 0,1 nm. Emitované počas jadrových reakcií.
Oblasť röntgenových a gama lúčov sa čiastočne prekrýva a tieto vlny je možné rozlíšiť nie vlastnosťami, ale spôsobom výroby: Röntgenové lúče vznikajú v špeciálnych trubiciach a gama lúče sa vyžarujú pri rádioaktívnom rozpade jadier určitých prvkov.
Keď sa vlnová dĺžka znižuje, kvantitatívne rozdiely vo vlnových dĺžkach vedú k významným kvalitatívnym rozdielom. Žiarenia rôznych vlnových dĺžok sa navzájom veľmi líšia absorpciu látkou. Odraz látky elektromagnetické vlny závisia aj od vlnovej dĺžky.
Elektromagnetické vlny sa odrážajú a lámu podľa zákonov odrazy a lomy.
Pre elektromagnetické vlny možno pozorovať vlnové javy - interferencia, difrakcia, polarizácia, disperzia.
Ak chcete použiť ukážky prezentácií, vytvorte si účet Google a prihláste sa doň: https://accounts.google.com
Popisy snímok:
Stupnica elektromagnetických vĺn. Typy, vlastnosti a aplikácie.
Z histórie objavov... 1831 - Michael Faraday zistil, že akákoľvek zmena magnetického poľa spôsobuje vznik indukčného (vírového) elektrického poľa v okolitom priestore.
1864 – James Clerk Maxwell vyslovil hypotézu o existencii elektromagnetických vĺn schopných sa šíriť vo vákuu a dielektrikách. Akonáhle sa v určitom bode začal proces zmeny elektromagnetického poľa bude neustále zachytávať nové oblasti vesmíru. Toto je elektromagnetické vlnenie.
1887 – Heinrich Hertz publikoval dielo „Veľmi rýchlo elektrické vibrácie“, kde opísal svoje experimentálne nastavenie- vibrátor a rezonátor, - a moje pokusy. Keď vo vibrátore nastanú elektrické vibrácie, v priestore okolo neho sa objaví vírivé striedavé elektromagnetické pole, ktoré zaznamená rezonátor.
Elektromagnetické vlny - elektromagnetické vibráciešíriaci sa v priestore s konečnou rýchlosťou.
Celá škála elektromagnetických vĺn je dôkazom toho, že všetko žiarenie má kvantové aj vlnové vlastnosti. Vlastnosti vĺn sa prejavujú zreteľnejšie pri nízkych frekvenciách a menej zreteľne pri vysokých frekvenciách. Naopak, kvantové vlastnosti sa javia zreteľnejšie pri vysokých frekvenciách a menej zreteľne pri nízkych frekvenciách. Čím je vlnová dĺžka kratšia, tým jasnejšie sa javia kvantové vlastnosti a čím dlhšia je vlnová dĺžka, tým jasnejšie sa javia vlastnosti vlny.
Nízkofrekvenčné oscilácie Vlnová dĺžka (m) 10 13 - 10 5 Frekvencia (Hz) 3 10 -3 - 3 10 3 Energia (EV) 1 – 1,24 10 -10 Zdroj Reostatický alternátor, dynamo, Hertzov vibrátor, Generátory v elektrické siete(50 Hz) Strojové generátory vysokej (priemyselnej) frekvencie (200 Hz) Telefónne siete (5000 Hz) Generátory zvuku (mikrofóny, reproduktory) Prijímač Elektrické zariadenia a motory História objavov Lodge (1893), Tesla (1983) Aplikácia Kino, rozhlasové vysielanie (mikrofóny, reproduktory)
Rádiové vlny sa vyrábajú pomocou oscilačných obvodov a makroskopických vibrátorov. Vlastnosti: rádiové vlny rôznych frekvencií a s rôznymi vlnovými dĺžkami sú médiami rôzne absorbované a odrážané. vykazujú difrakčné a interferenčné vlastnosti. Vlnové dĺžky pokrývajú oblasť od 1 mikrónu do 50 km
Použitie: Rádiokomunikácia, televízia, radar.
Infračervené žiarenie (tepelné) Vyžarované atómami alebo molekulami látky. Infračervené žiarenie vyžarujú všetky telesá pri akejkoľvek teplote. Vlastnosti: prechádza cez niekt nepriehľadné telá, ako aj cez dážď, opar, sneh, hmlu; vyrába chemické pôsobenie(fotografie); absorbovaný látkou ju zahrieva; neviditeľný; schopné interferovať a difrakčné javy; zaznamenané tepelnými metódami.
Použitie: Prístroj na nočné videnie, kriminalistika, fyzioterapia, v priemysle na sušenie produktov, dreva, ovocia
Viditeľné žiarenie Vlastnosti: odraz, lom, pôsobí na oko, schopný rozptylu, interferencie, difrakcie. Časť elektromagnetická radiácia, vnímané okom (od červenej po fialovú). Rozsah vlnových dĺžok zaberá malý interval od približne 390 do 750 nm.
Zdroje ultrafialového žiarenia: plynové výbojky s kremennými trubicami. Vyžarované všetkými pevné látky, pre ktoré je t 0> 1 000 °C, ako aj svetelná ortuťová para. Vlastnosti: Vysoká chemická aktivita, neviditeľnosť, vysoká penetračná schopnosť, ničí mikroorganizmy, malé dávky pôsobí priaznivo na ľudský organizmus (opaľovanie), no vo veľkých dávkach má negatívny vplyv, mení vývoj buniek, metabolizmus.
Uplatnenie: v medicíne, v priemysle.
Röntgenové lúče sa vyžarujú, keď vysoké zrýchlenia elektróny. Vlastnosti: interferencia, RTG difrakcia podľa kryštálová mriežka, vysoká penetračná sila. Ožarovanie vo veľkých dávkach spôsobuje chorobu z ožiarenia. Získané pomocou röntgenovej trubice: elektróny vo vákuovej trubici (p = 3 atm) sú urýchlené elektrickým poľom pri vysoké napätie po dosiahnutí anódy sú pri náraze prudko zabrzdené. Pri brzdení sa elektróny pohybujú so zrýchlením a vyžarujú elektromagnetické vlny s krátkou dĺžkou (od 100 do 0,01 nm)
Uplatnenie: V medicíne na účely diagnostiky chorôb vnútorných orgánov; v priemysle na kontrolu vnútorná štruktúra rôzne produkty.
Zdroje γ-žiarenia: atómové jadro ( jadrové reakcie). Vlastnosti: Má obrovskú penetračnú silu a má silný biologický účinok. Vlnová dĺžka menej ako 0,01 nm. Najvyššia energia žiarenia
Použitie: V medicíne, výroba (γ-detekcia chýb).
Vplyv elektromagnetických vĺn na ľudský organizmus
Ďakujem za tvoju pozornosť!
Stupnica elektromagnetických vĺn je súvislá sekvencia frekvencií a dĺžok elektromagnetického žiarenia, ktoré je premennou šírenou v priestore. magnetické pole. teória elektromagnetické javy James Maxwell umožnil zistiť, že v prírode existujú elektromagnetické vlny rôznych dĺžok.
Vlnová dĺžka alebo pridružená vlnová frekvencia charakterizuje nielen vlnenie, ale aj kvantové vlastnosti elektromagnetického poľa. Podľa toho je v prvom prípade opísaná elektromagnetická vlna klasické zákony, študoval v tomto kurze.
Uvažujme o koncepte spektra elektromagnetických vĺn. Spektrum elektromagnetických vĺn je frekvenčné pásmo elektromagnetických vĺn, ktoré existujú v prírode.
Spektrum elektromagnetického žiarenia v poradí rastúcej frekvencie je:
Anténa
1) Nízkofrekvenčné vlny (λ>);
2) Rádiové vlny();
Atom
3) Infračervené žiarenie (m);
4) Svetelné žiarenie();
5) röntgenové lúče ();
Atómové jadrá
6) Gama žiarenie (λ).
Rôzne oblasti elektromagnetické spektrum sa líšia v spôsobe vyžarovania a príjmu vĺn patriacich do tej či onej časti spektra. Z tohto dôvodu neexistujú ostré hranice medzi rôznymi časťami elektromagnetického spektra, ale každý rozsah je určený svojimi vlastnými charakteristikami a prevahou jeho zákonov, určenými vzťahmi lineárnych mierok.
Študuje rádiové vlny klasická elektrodynamika. Infračervené svetlo a ultrafialové žiarenie študuje ako klasická optika, tak aj kvantová fyzika. Röntgenové a gama žiarenie sa študuje v kvantovej a jadrovej fyzike.
Infra červená radiácia
Infračervené žiarenie je časť spektra slnečného žiarenia, ktorá priamo susedí s červenou časťou viditeľného spektra a ktorá má schopnosť ohrievať väčšinu predmetov. Ľudské oko v tejto časti spektra nevidí, no my cítime teplo. Ako je známe, emituje každý objekt, ktorého teplota presahuje (-273) stupňov Celzia a spektrum jeho žiarenia je určené iba jeho teplotou a emisivitou. Infračervené žiarenie má dve dôležité vlastnosti: vlnová dĺžka (frekvencia) žiarenia a intenzita. Táto časť elektromagnetického spektra zahŕňa žiarenie s vlnovými dĺžkami od 1 milimetra do osemtisíc atómových priemerov (asi 800 nm).Infračervené lúče sú pre ľudské telo absolútne bezpečné, na rozdiel od röntgenových, ultrafialových alebo mikrovlnných lúčov. Niektoré živočíchy (napríklad zmije hrabavé) majú dokonca zmyslové orgány, ktoré im umožňujú určiť polohu teplokrvnej koristi podľa infračerveného žiarenia jej tela.
Otvorenie
Infračervené žiarenie objavil v roku 1800 anglický vedec W. Herschel, ktorý zistil, že v spektre Slnka získanom pomocou hranola sa za hranicou červeného svetla (t. j. v neviditeľnej časti spektra) teplota teplomera mení. zvyšuje (obr. 1). V 19. storočí Bolo dokázané, že infračervené žiarenie sa riadi zákonmi optiky, a preto má rovnakú povahu ako viditeľné svetlo.Aplikácia
Infračervené lúče sa používali na liečbu chorôb už od staroveku, keď lekári používali pálenie uhlia, ohniská, rozpálené železo, piesok, soľ, hlinu atď. liečiť omrzliny, vredy, karbunky, modriny, modriny atď. Hippokrates opísal spôsob ich použitia na liečenie rán, vredov, poškodení chladom atď. V roku 1894 Kellogg zaviedol do terapie žiarovkové elektrické lampy, po ktorých sa infračervené lúče úspešne používali pri ochoreniach lymfatického systému, kĺbov, hrudník(pleuréza), brušné orgány (enteritída, bolesť atď.), pečeň a žlčník.V infračervenom spektre sa nachádza oblasť s vlnovými dĺžkami približne 7 až 14 mikrónov (tzv. dlhovlnná časť infračerveného rozsahu), ktorá má na ľudský organizmus skutočne jedinečný účinok. užitočná akcia. Táto časť infračerveného žiarenia zodpovedá žiareniu samotného ľudského tela s maximom pri vlnovej dĺžke asi 10 mikrónov. Preto naše telo vníma akékoľvek vonkajšie žiarenie s takými vlnovými dĺžkami ako „najznámejšie“. prírodný prameň Zdrojom infračervených lúčov na našej Zemi je Slnko a najznámejším umelým zdrojom dlhovlnných infračervených lúčov na Rusi je ruská piecka a ich blahodarné účinky určite zažil každý človek.
Infračervené diódy a fotodiódy sú široko používané v diaľkových ovládačoch diaľkové ovládanie, automatizačné systémy, bezpečnostné systémy, niekt mobilné telefóny atď. Infračervené lúče nerozptyľujú pozornosť človeka kvôli svojej neviditeľnosti.
Infračervené žiariče sa používajú v priemysle na sušenie lakovaných povrchov. Metóda infračerveného sušenia má oproti tradičnej konvekčnej metóde významné výhody. V prvom rade ide samozrejme o ekonomický efekt. Rýchlosť a energia spotrebovaná počas infračerveného sušenia je nižšia ako rovnaké ukazovatele pri tradičných metódach.
Detektory infračerveného žiarenia vo veľkej miere využívajú záchranné služby, napríklad na detekciu živých ľudí pod troskami po zemetraseniach alebo iných prírodné katastrofy a človekom spôsobených katastrof.
Pozitívny vedľajší účinok tak isto aj sterilizacia produkty na jedenie, čím sa zvyšuje odolnosť lakovaných povrchov voči korózii.
Zvláštnosťou použitia IR žiarenia v Potravinársky priemysel je možnosť prieniku elektromagnetickej vlny do kapilárno-poréznych produktov ako je obilie, obilniny, múka a pod. do hĺbky 7 mm. Táto hodnota závisí od charakteru povrchu, štruktúry, materiálových vlastností a frekvenčných charakteristík žiarenia. Elektromagnetická vlna určitého frekvenčného rozsahu pôsobí na produkt nielen tepelne, ale aj biologicky, pomáha urýchliť biochemické premeny v biologických polyméroch (škrob, bielkoviny, lipidy)
Ultrafialové lúče
Ultrafialové lúče zahŕňajú elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou od niekoľko tisíc do niekoľkých atómových priemerov (400-10 nm). V tejto časti spektra začína žiarenie ovplyvňovať fungovanie živých organizmov. Mäkký ultrafialové lúče v slnečnom spektre (s vlnovými dĺžkami približujúcimi sa k viditeľnej časti spektra) napríklad spôsobujú opálenie v miernych dávkach a ťažké popáleniny v nadmerných dávkach. Tvrdé (krátkovlnné) ultrafialové žiarenie je škodlivé pre biologické bunky a preto sa v medicíne používa na sterilizáciu chirurgických nástrojov a lekárskeho vybavenia, pričom zabíja všetky mikroorganizmy na ich povrchu.Všetok život na Zemi je chránený pred ničivým vplyvom tvrdého ultrafialové žiarenie ozónová vrstva zemskú atmosféru, absorbujúce najviac tvrdé ultrafialové lúče v spektre slnečné žiarenie. Nebyť tohto prirodzeného štítu, život na Zemi by sa sotva vynoril z vôd Svetového oceánu. Avšak aj napriek ochrannému ozónová vrstva, niektoré z tvrdých ultrafialových lúčov sa dostanú na povrch Zeme a môžu spôsobiť rakovinu kože, najmä u ľudí, ktorí sú prirodzene náchylní k blednutiu a neopaľujú sa dobre na slnku.
História objavovania
Čoskoro po objavení infračerveného žiarenia nemecký fyzik Johann Wilhelm Ritter začal hľadať žiarenie na opačnom konci spektra s vlnovou dĺžkou kratšou ako Fialová. V roku 1801 zistil, že chlorid strieborný, ktorý sa pri vystavení svetlu rozkladá, sa rozkladá rýchlejšie, keď je vystavený neviditeľnému žiareniu mimo fialovej oblasti spektra. V tom čase sa mnohí vedci vrátane Rittera zhodli, že svetlo pozostáva z troch samostatných zložiek: oxidačnej alebo tepelnej (infračervenej) zložky, osvetľovacej zložky ( viditeľné svetlo) a redukčnú (ultrafialovú) zložku. V tom čase sa ultrafialové žiarenie nazývalo aj „aktinické žiarenie“.Aplikácia
Energia ultrafialového kvanta je dostatočná na zničenie biologických molekúl, najmä DNA a proteínov. Na tom je založená jedna z metód ničenia mikróbov.Spôsobuje opálenie pokožky a je nevyhnutný pre tvorbu vitamínu D. No nadmerné vystavovanie môže viesť k rozvoju rakoviny kože. UV žiarenie je škodlivé pre oči. Preto je bezpodmienečne nutné nosiť vo vode a najmä na snehu v horách ochranné okuliare.
Na ochranu dokumentov pred falšovaním sú často vybavené ultrafialovými štítkami, ktoré sú viditeľné iba pri ultrafialovom osvetlení. Väčšina pasov, ale aj bankoviek z rôznych krajín obsahuje ochranné prvky v podobe farby alebo nití, ktoré žiaria v ultrafialovom svetle.
Mnohé minerály obsahujú látky, ktoré po osvetlení ultrafialovým svetlom začnú vyžarovať viditeľné svetlo. Každá nečistota žiari svojím vlastným spôsobom, čo umožňuje určiť zloženie daného minerálu podľa charakteru žiary.
Röntgenové žiarenie
Röntgenové žiarenie je elektromagnetické vlnenie, ktorého fotónová energia leží na energetickej škále medzi ultrafialovým žiarením a gama žiarením, čo zodpovedá vlnovým dĺžkam od do m).Potvrdenie
Röntgenové lúče vznikajú pri silnom zrýchlení nabitých častíc (hlavne elektrónov) alebo pri vysokoenergetických prechodoch v elektrónových obaloch atómov alebo molekúl. Oba efekty sa využívajú v röntgenové trubice, v ktorom sú elektróny emitované horúcou katódou urýchlené (v tomto prípade nie sú emitované röntgenové lúče, pretože zrýchlenie je príliš malé) a dopadnú na anódu, kde sú prudko spomalené (v tomto prípade sú emitované röntgenové lúče : takzvaný. brzdné svetlo ) a zároveň vyraziť elektróny z vnútorného elektronické mušle atómov kovu, z ktorého je anóda vyrobená. Prázdne miesta obaly sú obsadené inými elektrónmi atómu. V tomto prípade sa vyžaruje röntgenové žiarenie s určitou energiou charakteristickou pre materiál anódy ( charakteristické žiarenie)Počas procesu zrýchlenia a spomalenia sa iba 1% kinetickej energie elektrónu dostane do röntgenového žiarenia, 99% energie sa premení na teplo.
Otvorenie
Objav röntgenových lúčov sa pripisuje Wilhelmovi Conradovi Roentgenovi. Ako prvý publikoval prácu o röntgenových lúčoch, ktoré nazval röntgenové lúče (röntgenové žiarenie). Roentgenov článok s názvom „O novom type lúčov“ vyšiel 28. decembra 1895.Starostlivé skúmanie ukázalo Roentgenovi „ten čierny kartón, ktorý nie je priehľadný pre viditeľné a ultrafialové lúče slnka, ani pre lúče elektrický oblúk je preniknutý nejakým činidlom, ktoré spôsobuje energetickú fluorescenciu. Röntgen skúmal prenikavú silu tohto „agenta“, ktorý nazval skrátene „röntgenové lúče“, aby rôzne látky. Zistil, že lúče voľne prechádzajú cez papier, drevo, ebonit a tenké vrstvy kovu, ale sú silne oneskorené olovom. 
Obrázok Crookes experimentuje s katódovým lúčom
Potom opisuje senzačný zážitok: „Ak držíte ruku medzi výbojkou a obrazovkou, môžete vidieť tmavé tiene kostí v slabom obryse tieňa samotnej ruky.“ Išlo o prvé fluoroskopické vyšetrenie ľudského tela. Röntgen prijatý a prvý röntgenové lúče ich priložením k vašej brožúre. Tieto obrázky urobili obrovský dojem; objav ešte nebol dokončený a röntgenová diagnostika už začala svoju púť. „Moje laboratórium bolo zaplavené lekármi, ktorí privážali pacientov, ktorí mali podozrenie, že majú vpichované ihly rôzne časti telá,“ napísal anglický fyzik Schuster.
Už po prvých experimentoch Roentgen pevne stanovil, že röntgenové lúče sa líšia od katódových, nenesú náboj a nie sú vychyľované magnetickým poľom, ale sú excitované katódovými lúčmi. „...Röntgenové lúče nie sú totožné s katódovými lúčmi, ale sú nimi excitované v sklenených stenách výbojky,“ napísal Roentgen.
Obrázok Experiment s prvou röntgenovou trubicou
Zistil tiež, že ich vzrušuje nielen sklo, ale aj kovy.
Po spomenutí Hertz-Lennardovej hypotézy, že katódové lúče „sú fenomén vyskytujúci sa v éteri“, Roentgen poukazuje na to, že „niečo podobné môžeme povedať o našich lúčoch“. Nedokázal však objaviť vlnové vlastnosti lúčov, „správajú sa inak ako doteraz známe ultrafialové, viditeľné a infračervené lúče“. Vo svojich chemických a luminiscenčných účinkoch sú podľa Roentgena podobné ultrafialovým lúčom. Vo svojej prvej správe vyjadril domnienku, že neskôr upustil od toho, že by mohli byť pozdĺžne vlny vo vzduchu.
Aplikácia
Pomocou röntgenových lúčov môžete „osvietiť“ Ľudské telo, v dôsledku čoho je možné získať obraz kostí a v moderných zariadeniach vnútorných orgánov.Detekcia defektov vo výrobkoch (koľajnice, zvary atď.) pomocou röntgenového žiarenia sa nazýva röntgenová detekcia chýb.
Používa technologická kontrola mikroelektronické produkty a umožňujú identifikovať hlavné typy chýb a zmien v konštrukcii elektronických komponentov.
V materiálovej vede, kryštalografii, chémii a biochémii sa röntgenové lúče používajú na objasnenie štruktúry látok na atómovej úrovni pomocou röntgenového difrakčného rozptylu.
Na určenie je možné použiť röntgenové lúče chemické zloženie látok. Na letiskách sa aktívne používajú röntgenové televízne introskopy, ktoré umožňujú sledovať obsah ručná batožina a batožiny na účely vizuálnej detekcie nebezpečných predmetov na obrazovke monitora.
Röntgenová terapia je oblasť radiačnej terapie zahŕňajúca teóriu a prax liečebné využitie. Röntgenová terapia sa vykonáva hlavne pri povrchových nádoroch a pri niektorých ďalších ochoreniach vrátane kožných.
Biologické účinky
Röntgenové žiarenie je ionizujúce. Ovplyvňuje tkanivá živých organizmov a môže spôsobiť chorobu z ožiarenia, popáleniny z ožiarenia a zhubné nádory. Z tohto dôvodu je potrebné pri práci s röntgenovým žiarením prijať ochranné opatrenia. Predpokladá sa, že poškodenie je priamo úmerné absorbovanej dávke žiarenia. Röntgenové žiarenie je mutagénny faktor.záver:
Elektromagnetické žiarenie je zmena stavu elektromagnetického poľa (poruchy), ktorá sa môže šíriť v priestore.Používaním kvantová elektrodynamika Elektromagnetické žiarenie možno považovať nielen za elektromagnetické vlnenie, ale aj za tok fotónov, teda častíc reprezentujúcich elementárnu kvantovú excitáciu elektromagnetického poľa. Samotné vlny sú charakterizované takými charakteristikami, ako je dĺžka (alebo frekvencia), polarizácia a amplitúda. Navyše, čím kratšia je vlnová dĺžka, tým silnejšie sú vlastnosti častíc. Tieto vlastnosti sa obzvlášť zreteľne prejavujú vo fenoméne fotoelektrického javu (vyrážanie elektrónov z povrchu kovu pod vplyvom svetla), ktorý objavil v roku 1887 G. Hertz.
Tento dualizmus potvrdzuje Planckov vzorec ε = hν. Tento vzorec spája energiu fotónu, čo je kvantová charakteristika, a frekvenciu kmitov, ktorá je vlnovou charakteristikou.
V závislosti od frekvenčného rozsahu sa uvoľňuje niekoľko druhov elektromagnetického žiarenia. Hoci hranice medzi týmito typmi sú celkom ľubovoľné, pretože rýchlosť šírenia vĺn vo vákuu je rovnaká (rovná sa 299 792 458 m/s), preto je frekvencia kmitov nepriamo úmerná dĺžke elektromagnetickej vlny.
Druhy elektromagnetického žiarenia sa líšia spôsobom, akým sa vyrábajú:
Napriek tomu fyzické rozdiely, vo všetkých zdrojoch elektromagnetického žiarenia, či už rádioaktívna látka, žiarovka alebo televízny vysielač, toto žiarenie je vybudené pohybom so zrýchlením elektrické náboje. Existujú dva hlavné typy zdrojov . V „mikroskopických“ zdrojoch Nabité častice preskakujú z jednej energetickej úrovne na druhú v rámci atómov alebo molekúl. Emitory tohto typu vyžarujú gama, röntgenové, ultrafialové, viditeľné a infračervené a v niektorých prípadoch aj žiarenie s väčšou vlnovou dĺžkou (príkladom toho je čiara v spektre vodíka zodpovedajúca vlnovej dĺžke 21 cm, ktorá hrá dôležitá úloha v rádioastronómii). Zdroje druhého typu možno zavolať makroskopické . V nich voľné elektróny vodiče vykonávajú synchrónne periodické kmity.
Spôsoby registrácie sa líšia:
Viditeľné svetlo je vnímané okom. Infračervené žiarenie je prevažne tepelné žiarenie. Zaznamenáva sa tepelnými metódami, čiastočne aj fotoelektrickými a fotografickými metódami. Ultrafialové žiarenie je chemicky a biologicky aktívne. Spôsobuje fotoelektrický efekt, fluorescenciu a fosforescenciu (žiaru) množstva látok. Zaznamenáva sa fotografickými a fotoelektrickými metódami.
Tie isté médiá ich tiež absorbujú a odrážajú odlišne:
Žiarenia rôznych vlnových dĺžok sa navzájom veľmi líšia v absorpcii hmotou. Krátkovlnné žiarenie (röntgenové a najmä g-lúče) je absorbované slabo. Látky, ktoré sú nepriehľadné pre optické vlny, sú pre tieto žiarenia transparentné. Od vlnovej dĺžky závisí aj koeficient odrazu elektromagnetických vĺn.
Vykresliť rozdielny vplyv na biologických objektoch pri rovnakej intenzite žiarenia:
Dopady odlišné typyžiarenie na ľudskom tele je iné: gama a röntgenové žiarenie prenikajú do nej, čo spôsobuje poškodenie tkaniva, viditeľné svetlo spôsobuje zrakový vnem v oku, infračervené žiarenie dopadá na ľudské telo, zahrieva ho a rádiové vlny a nízkofrekvenčné elektromagnetické oscilácie Ľudské telo a nie sú vôbec cítiť. Napriek týmto zjavným rozdielom sú v podstate všetky tieto typy žiarenia rôzne strany jeden fenomén.
Pripravil študent 11.C triedy Humanitárneho gymnázia Narva Golubev Sergey
Stupnica elektromagnetických vĺn je súvislý sled frekvencií a dĺžok elektromagnetického žiarenia, ktorý predstavuje striedavé magnetické pole šíriace sa v priestore. Teória elektromagnetických javov Jamesa Maxwella umožnila zistiť, že v prírode existujú elektromagnetické vlny rôznych dĺžok.
Experimentálne práce nemeckého vedca G. Hertza a ruského vedca P. N. Lebedeva potvrdili Maxwellovu teóriu a dokázali, že svetelné žiarenie sú veľmi krátke elektromagnetické vlny vytvárané prírodnými vibrátormi – atómami a molekulami.
Podľa toho, ako vznikajú elektromagnetické vlny, sa delia do niekoľkých frekvenčných rozsahov (alebo vlnových dĺžok). Medzi susediacimi rozsahmi nie sú jasné hranice. Rozsahy vĺn rôzne druhy sa navzájom prekrývajú, preto vlny takýchto dĺžok možno získať dvoma spôsobmi.
Medzi jednotlivými žiareniami nie je zásadný rozdiel, keďže všetky predstavujú elektromagnetické vlny generované nabitými časticami. Ale v závislosti od vlnovej dĺžky, ktorú majú rôzne vlastnosti: napr. penetrácia, viditeľnosť, odrazivosť atď.
Tieto rozdiely sú určené všeobecný vzorŠkály elektromagnetických vĺn: Keď sa vlnová dĺžka znižuje, vlnové vlastnosti svetla, ako je interferencia, difrakcia a polarizácia, sa stávajú slabšími, zatiaľ čo kvantové vlastnosti svetla spojené s vlastnosťami častíc sa stávajú silnejšími.
Stupnica elektromagnetického žiarenia
Hlavná divízia
| frekvencia Hz) | Vlnová dĺžka (m) | Názov rozsahu | Základné metódy generovania | Oblasť použitia |
| Do 10 | Viac ako 310 | Nízkofrekvenčné oscilácie | Generátory striedavého prúdu (umelé vibrátory) | elektrotechnika |
| 10 | 3 10 | Rádiové vlny | Rádiofrekvenčné generátory Mikrovlnné generátory | Rádiotechnika, Rádiokomunikácie, Televízia, Radar |
| 10 | 3 10 | Infra červená radiácia | Žiarenie molekúl a atómov pod tepelnými a elektrickými vplyvmi | Termálne a fotografické skleníky Oko, fotografia Fotovoltaický život na Zemi |
| 3,8 10 | 8 10 | Svetelné vlny (viditeľné svetlo) | To isté | To isté |
| 7,5 10 | 4 10 | Ultrafialové žiarenie | Žiarenie atómov pod vplyvom zrýchlených elektrónov | Fotografia Fotoelektrická medicína |
| 3 10 | 10 | Röntgenové žiarenie | To isté | To isté |
| 3 10 | 10 | Röntgenové a alfa žiarenie | Atómové procesy pod vplyvom zrýchlených nabitých častíc (vznikajú v dôsledku zmeny stavov elektrónov na vnútorných obaloch atómu alebo v dôsledku prudkého spomalenia elektrónov a iných nabitých častíc) | Fotografia Ionizačná medicína a metalurgia |
| 10 | 3 10 | Alfa žiarenie | Excitácia atómových jadier a elementárnych častíc ako výsledok rôznych interakcií: Rádioaktívny rozpad jadrové procesy kozmické procesy | Metóda ionizácie označených atómov |
Podrobné členenie
| Frekvencie, Hz (vlnová dĺžka, m) | Názov skupiny vĺn (alebo frekvencií) | Hlavné spôsoby výroby a použitia |
| Infračervené lúče | ||
| 6 10 – 3,75 10 (2 10 – 8 10) | Decamicronic (zavrieť) | Žiarenie z vyhrievaných telies (oblúkové lampy atď.) |
| mikrón (priemer) | Používa sa v infračervenej spektroskopii | |
| vzdialený | Pri fotení v tme | |
| 3 ,75 10 – 7,5 10 (8 10 – 4 10) | Svetelné lúče (viditeľné svetlo) | |
| Ultrafialové lúče | ||
| 7,5 10 – 3 10 (4 10 – 10) | Stredný | Žiarenie zo Slnka, ortuťové výbojky atď. |
| Vzdialený (vákuum) | Používa sa v medicíne, ultrafialová mikroskopia | |
| röntgenové lúče | ||
| 1,5 10 – 5 10 (2 10 – 6 10) | Ultra mäkké | Získava sa v röntgenových trubiciach a iných zariadeniach, kde |
| mäkké | Elektrónové brzdenie. | |
| ťažké | Používa sa v medicíne na štúdium štruktúry hmoty, pri zisťovaní chýb | |
| Gama žiarenie | ||
| 3 10 – 3 10 (10 – 3 10) | Nastať kedy rádioaktívne rozpady jadrách, pri spomaľovaní elektrónov a iných interakciách elementárne častice. Používa sa pri detekcii chýb alfa, pri štúdiu vlastností látok. | |
| Nízkofrekvenčné vlny | ||
| 3 10 – 3 10 (10 – 3 10) | Infra-nízke frekvencie | Generátory špeciálnych konštrukcií |
| Nízke frekvencie | ||
| Priemyselné frekvencie | Generátory striedavého prúdu. Väčšina elektrické spotrebiče a motory sú poháňané striedavý prúd frekvencia 50-60 Hz. | |
| Zvukové frekvencie | Zvukové generátory. Používajú sa v elektroakustike (mikrofóny, reproduktory), kinematografii a rozhlasovom vysielaní. | |
| Rádiové vlny | ||
| 3 10 – 3 10 (10 – 10) | Dlhé | Elektrické oscilačné generátory |
| 3 10 – 3 10 (10 – 10) | priemer | Rôzne prevedenia. Používa sa v telegrafii |
| 3 10 – 3 10 (10 – 10) | krátky | Radary atď. |
| 3 10 – 3 10 (10 – 1) | Ultra krátke | Metrové a decimetrové vlny |
| 3 10 – 3 10 (1 – 10) | decimeter | Používa sa na štúdium vlastností látok. |
| 3 10 – 3 10 (10 – 10) | centimeter | Získavajú sa v magnetrónových generátoroch klitorisu a maseroch. |
| 3 10 – 3 10 (10 – 10) | milimeter | Používa sa v radaroch, |
| 3 10 – 6 10 (10 – 5 10) | Submilimeter (prechodný) | Rádiová spektroskopia, rádioastronómia. |
Ďalšie informácie o niektorých žiareniach
Infra červená radiácia
Oblasť spektra za jeho červeným okrajom prvýkrát experimentálne študovali v roku 1880 Angličania
Astronóm William Herschel (1738-1822). Herschel umiestnil teplomer so sčernenou guľôčkou na červený koniec spektra a objavil zvýšenie teploty. Teplomerovú guľu zahrievalo okom neviditeľné žiarenie. Toto žiarenie sa nazývalo infračervené.
Infračervené žiarenie sú elektromagnetické vlny, ktoré vyžaruje každé zahriate teleso, aj keď nežiari.
Infračervené vlny sú tiež tepelné vlny, pretože Mnohé zdroje týchto vĺn spôsobujú citeľné zahrievanie okolitých telies.
Viditeľné svetlo
(červená až fialová svetelná vlna)
Človek dostáva všetky informácie o svete okolo seba prostredníctvom videnia.
Svetlo je predpokladom pre rozvoj zelených rastlín; nevyhnutná podmienka pre existenciu života na Zemi.
Ultrafialové žiarenie
1801 – nemčina vedec Johann Ritter (1776-1810) zistil, že za fialovým okrajom je oblasť vytvorená okom neviditeľná lúčmi. Tieto lúče ovplyvňujú niektorých chemické zlúčeniny.
V malých dávkach sú ultrafialové lúče liečivé. Ultrafialové svetlo podporuje rast a posilnenie tela.
Tvorí ochranné pigmenty v koži (opálenie, vitamín D), pôsobí baktericídne a pôsobí na centrálny nervový systém.
IN veľké množstvá Tieto lúče sú škodlivé: sietnica oka je zničená, preto musíte nosiť ochranné okuliare (slnečné okuliare). Koža je tiež zničená.
Ultrafialové žiarenie dopadá na Zem, pretože... nie je dostatočne absorbovaný vrchné vrstvy atmosféru.
Röntgenové žiarenie
Otváracia doba: november 1895 Wilhelm Roentgen (1845-1923) robil experiment s elektrický výboj v plynoch. Aplikácia je pestrá: medicína (diagnostika + liečba chorôb), fyzika, chémia, biológia, technika, súdne lekárstvo, dejiny umenia.
Gama žiarenie
Vlastnosť: výrazná korpuskulárne vlastnosti.
Pri prechode vzniká gama žiarenie atómové jadrá z jedného energetický stav do iného, nižšieho, podobne ako sa to deje v atóme. Zdrojom gama lúčov môže byť rádioaktívne jadrá, alebo jadrá bombardované napríklad časticami alfa.
Pri znižovaní vlnovej dĺžky sa objavujú výrazné kvalitatívne rozdiely v elektromagnetických vlnách. Žiarenia rôznych vlnových dĺžok sa navzájom líšia v spôsobe výroby a v spôsobe registrácie, teda v charaktere interakcie s látkami.
Skutočnosť, že na svete neexistujú vlny všetkých frekvencií bez výnimky (od ν = 0 Hz do ν = ∞ Hz) má objektívne dôvody. To sú oni svetelné vlny majú nielen vlnové, ale aj korpuskulárne vlastnosti, čo ukladá určité obmedzenia na ich dĺžku.
Obmedzenia vlnovej dĺžky
Podľa kvantová teória, dochádza k emisii elektromagnetického žiarenia vo forme častí energie - kvánt. Energia kvánt súvisí s ich frekvenciou.
Vzorec obsahuje Planckovu konštantu - h = 6,62 · 10 - 34 J · s, a h = h 2 π = 1,05 · 10 - 34 J · s je Planckova konštanta s čiarou.
Zo vzorca môžeme usúdiť, že je nemožné, aby existovala nekonečná frekvencia, pretože neexistujú žiadne kvantá s nekonečným množstvom energie. Tiež tento výraz obmedzuje aj nízke frekvencie, keďže kvantová energia má minimum možný význam W 0 teda existuje minimálna frekvencia, pod ktorú vlna nemôže mať.
Poznámka 1
Je dôležité poznamenať, že zatiaľ neexistuje jasný dôkaz o nižšej hranici energie fotónov. V stabilných elektromagnetických vlnách medzi zemského povrchu a ionosféra má minimálnu frekvenciu približne 8 Hz.
Stupnica elektromagnetických vĺn
Dnes je známych niekoľko typov elektromagnetických vĺn. Ich hlavné charakteristiky sú uvedené v tabuľke:
Vlnová stupnica naznačuje, že každý rozsah má svoje vlastné individuálne charakteristiky. Čím vyššia je frekvencia, tým výraznejšie sú korpuskulárne vlastnosti žiarenia.
Vlny sa v rôznych častiach spektra elektromagnetického žiarenia vytvárajú rôzne. Na štúdium každého typu vĺn existujú špeciálne odvetvia fyziky. Rozdiely medzi časťami spektra nie sú až také veľké fyzickej povahy je toľko vĺn, koľko je v spôsoboch ich prijímania a prijímania. Spravidla nie je medzi nimi možný ostrý prechod, pretože hranice sú ľubovoľné.
Definícia 1
Optika študuje tzv optický rozsah elektromagnetických vĺn– časť spektra vrátane fragmentov zón infračerveného a ultrafialového žiarenia, ktorá je prístupná ľudskému oku.
Definícia 2
Kvantá, ktoré sú prítomné vo viditeľnej časti žiarenia, sa nazývajú fotóny.
Vlny celého spektra elektromagnetického žiarenia majú vlnové aj kvantové vlastnosti určité vlastnosti však môžu prevládať v závislosti od vlnovej dĺžky. Preto, aby ste ich študovali, musíte použiť rôzne metódy. Praktické využitie pri rôzne skupiny vlny sa tiež líšia v závislosti od dĺžky.
Špecifiká rôznych typov elektromagnetických vĺn
Optický rozsah je charakterizovaný slabá interakcia svetlo a hmota, ako aj to, že sa v nej plnia zákony geometrická optika.
Poznámka 2
Pre frekvencie pod optickým rozsahom už neplatia zákony geometrickej optiky a vysokofrekvenčné elektromagnetické pole látku buď prenikne, alebo ju zničí.
Viditeľné svetlo je veľmi dôležité pre všetok život na Zemi, najmä pre procesy fotosyntézy. Rádiové vlny sa aktívne používajú v televízii, radarových procesoch, rádiovej komunikácii, pretože sú to najdlhšie vlnové dĺžky v spektre, ktoré možno ľahko generovať pomocou oscilačného obvodu (kombinácia indukčnosti a kapacity). Rádiové vlny môžu byť emitované atómami a molekulami, čo je vlastnosť, ktorá má aplikácie v rádioastronómii.
Môžeme sformulovať všeobecné tvrdenie, podľa ktorého zdrojom elektromagnetického vlnenia sú častice v atómoch a jadrách. Nabíjajú sa a pohybujú sa zrýchleným tempom.
V roku 1800 študoval W. Herschel v praxi infračervenú oblasť spektra. Položil teplomer bližšie k červenému koncu spektra a videl, že teplota začala stúpať, čo znamená, že teplomer sa zahrieval okom neviditeľným žiarením. Infračervené žiarenie je možné premeniť na viditeľná časť dosah pomocou špeciálnych zariadení (napríklad prístroje na nočné videnie sú založené na tejto vlastnosti). Akékoľvek vyhrievané teleso je zdrojom infračerveného žiarenia.
Ultrafialové žiarenie objavil I. Ritter. Našiel neviditeľné lúče za fialovou časťou spektra a zistil, že môžu ovplyvňovať určité chemické zlúčeniny a zabíjať určité druhy baktérií. Táto vlastnosť našla široké uplatnenie v medicíne. Ako súčasť slnečných lúčov pôsobí ultrafialové žiarenie na ľudskú pokožku, čo spôsobuje jej stmavnutie (opálenie).
V. Roentgen v roku 1895 objavil ďalší typ žiarenia, ktorý bol neskôr pomenovaný na jeho počesť. Röntgenové lúče sú pre oko neviditeľné a môžu prechádzať cez hrubé vrstvy nepriehľadná látka bez výraznej absorpcie. Môžu tiež ovplyvniť fotografický film a spôsobiť žiaru niektorých typov kryštálov. Röntgenové žiarenie má široké využitie v oblasti lekárskej diagnostiky a jeho schopnosť ovplyvňovať živé organizmy je veľmi významná.
Definícia 3
Gama žiarenie sa nazýva žiarenie, ktoré vzniká pri excitácii atómových jadier a interakcii elementárnych častíc.
Gama žiarenie má najkratšiu vlnovú dĺžku, preto sú jeho korpuskulárne vlastnosti najvýraznejšie. Zvyčajne sa považuje za prúd gama kvánt. Dochádza k prekrývaniu röntgenových a gama vĺn v oblasti dĺžok 10 - 10 - 10 - 14 m.
Príklad 1
podmienka: vysvetliť, čo funguje ako žiarič pre rôzne typy elektromagnetických vĺn.
Riešenie
Elektromagnetické vlny vždy vyžarujú pohybujúce sa nabité častice. V atómoch a jadrách sa pohybujú zrýchlene, čo znamená, že práve tu sa bude nachádzať zdroj vĺn. Rádiové vlny vyžarujú molekuly a atómy (jediný typ žiarenia, ktorý je možné znovu vytvoriť umelo). Infračervené - v dôsledku vibrácií atómov v molekulách (prebiehajú tu tepelné vibrácie, ktoré sa zvyšujú so zvyšujúcou sa teplotou). Viditeľné svetlo je vytvárané jednotlivými excitovanými atómami. Ultrafialové svetlo je tiež atómová. Röntgenové lúče vznikajú interakciou elektrónov s vys Kinetická energia s atómovými jadrami, ako aj v dôsledku vlastnej excitácie jadier. Gama lúče sú produkované excitovanými jadrami a vzájomná premena elementárne častice.
Príklad 2
podmienka: vypočítajte frekvencie vĺn vo viditeľnom rozsahu.
Riešenie
Viditeľný rozsah zahŕňa vlny vnímané ľudským okom. Hranice videnia sú individuálne a sú v limite λ = 0,38 - 0,76 m až m.
V optike sa používajú dva hlavné typy frekvencií. Prvý z nich – kruhový – možno definovať ako ω = 2 π T (T je perióda kmitania vlny). Druhý je definovaný ako ν = 1 T.
To znamená, že môžeme spojiť jednu frekvenciu s druhou pomocou nasledujúceho vzťahu:
Keď vieme, že rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn vo vákuu je c = 3 10 8 m s, píšeme:
λ = c T → T = λ c.
V tomto prípade pre hranice viditeľného rozsahu získame:
ν = c λ , ω = 2 π c λ .
Keďže nepoznáme vlnovú dĺžku viditeľného svetla, potom:
v1 = 3 · 108 0, 38 · 10 - 6 = 7, 9 · 1014 (Hz); v2 = 3 · 108 0, 76 · 1016 = 3, 9 · 1014 (Hz); ω1 = 2 · 3, 14 · 7, 9 · 1014 = 5 · 1015 (s - 1); ω2 = 2 · 3, 14 · 3, 9 · 1014 = 2, 4 · 1015 (s - 1).
odpoveď: 3, 9 · 10 14 Hz.
Ak si všimnete chybu v texte, zvýraznite ju a stlačte Ctrl+Enter
