X-ışınları elektromanyetik dalgaların bir ölçeğidir. Elektromanyetik dalga ölçeği

Slayt 18

AlıcılarKızılötesi Uzay Teleskobu "Spitzer"

85 cm çapındaki ana ayna berilyumdan yapılmıştır ve aynanın kendi kızılötesi radyasyonunu azaltmak için 5,5 K'ye soğutulmuştur. Teleskop, Ağustos 2003'te NASA'nın Dört Büyük Gözlemevi programı kapsamında fırlatıldı: Compton Gama-ışını Gözlemevi (1991–2000, 20 keV-30 GeV), bkz. 100 MeV Gama-Işını Gökyüzü, Chandra X-ışını Gözlemevi "(1999, 100 eV-10 keV), Hubble Uzay Teleskobu (1990, 100–2100 nm), Spitzer Kızılötesi Teleskobu (2003, 3–180 μm). Spitzer teleskopunun ömrünün yaklaşık 5 yıl olması bekleniyor. Teleskop, adını 1946'da, ilk uydunun fırlatılmasından çok önce, "Dünya Dışı Gözlemevinin Astronomisinin Avantajları" makalesini yayınlayan ve 30 yıl sonra NASA'yı ikna eden astrofizikçi Lyman Spitzer'in (1914-97) onuruna aldı. ve Amerikan Kongresi bir Hubble uzay teleskobu geliştirmeye başlayacak."

Slayt 19

Karasal Uygulama:Gece Görüş Cihazı

Cihaz, zayıf görünür veya kızılötesi ışığın önemli ölçüde (100 ila 50 bin kez) güçlendirilmesine olanak tanıyan bir elektron-optik dönüştürücüye (EOC) dayanmaktadır. Lens, fotokatot üzerinde, fotoçoğaltıcıda olduğu gibi elektronların dışarı fırladığı bir görüntü oluşturur. Daha sonra, yüksek voltajla (10-20 kV) hızlandırılırlar, elektron optiği (özel olarak seçilmiş bir konfigürasyonun elektromanyetik alanı) tarafından odaklanırlar ve televizyona benzer bir floresan ekranın üzerine düşerler. Üzerinde görüntü göz mercekleri aracılığıyla izlenir. Fotoelektronların hızlanması, düşük ışık koşullarında bir görüntü elde etmek için kelimenin tam anlamıyla her kuantum ışığın kullanılmasını mümkün kılar, ancak tamamen karanlıkta bir arka ışık gerekir. Bir gözlemcinin varlığının ortaya çıkmaması için bu amaçla yakın IR spot ışığı (760–3000 nm) kullanılır.

Slayt 20

Orta IR aralığında (8–14 µm) nesnelerin kendi termal radyasyonunu algılayan cihazlar da vardır. Bu tür cihazlara termal görüntüleme cihazları denir; çevredeki arka planla termal kontrastları nedeniyle bir kişiyi, hayvanı veya ısınan motoru fark etmenizi sağlar.

Slayt 21

Radyatör

Elektrikli ısıtıcının tükettiği enerjinin tamamı sonuçta ısıya dönüşür. Isının önemli bir kısmı, sıcak yüzeyle temas eden, genişleyen ve yükselen hava tarafından taşınır, böylece esas olarak tavan ısıtılır. Bunu önlemek için ısıtıcılar, sıcak havayı örneğin kişinin ayaklarına yönlendiren ve odadaki havanın karışmasına yardımcı olan fanlarla donatılmıştır. Ancak ısıyı çevredeki nesnelere aktarmanın başka bir yolu daha var: Bir ısıtıcıdan gelen kızılötesi radyasyon. Yüzey ne kadar sıcaksa ve alanı ne kadar büyük olursa o kadar güçlü olur. Alanı arttırmak için radyatörler düz yapılır. Ancak yüzey sıcaklığı yüksek olamaz. Diğer ısıtıcı modelleri, birkaç yüz dereceye kadar ısıtılan bir spiral (kırmızı ısı) ve yönlendirilmiş bir kızılötesi radyasyon akışı oluşturan içbükey bir metal reflektör kullanır.

Slayt 22

röntgen

1. Kaynaklar, Başvuru

Slayt 23

2. Vurgulama yeni tip Wilhelm Roentgen bunlara X-ışınları adını verdi. Bu isim altında Rusya hariç tüm dünyada bilinmektedir. Uzaydaki X-ışınlarının en karakteristik kaynağı, nötron yıldızları ve kara deliklerin etrafındaki birikim disklerinin sıcak iç bölgeleridir. Ayrıca güneş koronası X-ışını aralığında parlıyor, 1-2 milyon dereceye kadar ısıtılıyor, ancak Güneş'in yüzeyinde sadece 6 bin derece civarında. Ancak x-ışınları aşırı sıcaklıklar olmadan da elde edilebilir. Tıbbi bir X-ışını makinesinin yayma tüpünde, elektronlar birkaç kilovoltluk bir voltajla hızlandırılır ve metal bir ekrana çarparak frenleme sırasında X-ışınları yayar. Vücut dokuları x ışınlarını farklı şekillerde emer, bu da iç organların yapısını incelemeyi mümkün kılar. X-ışınları atmosfere nüfuz etmez; kozmik X-ışını kaynakları yalnızca yörüngeden gözlemlenir. Sert x-ışınları sintilasyon sensörleri ile kaydedilir. X-ışını kuantumu emildiğinde, kısa bir süre için içlerinde fotoçoğaltıcılar tarafından yakalanan bir parıltı belirir. Yumuşak X-ışınları, su yüzeyindeki çakıl taşları gibi, ışınların bir dereceden daha az bir açıyla yansıtıldığı eğik geliş açısına sahip metal aynalar tarafından odaklanır.

Slayt 24

KaynaklarGökadamızın merkezi bölgesindeki X-ışını kaynakları

Chandra X-ışını teleskopu tarafından elde edilen galaktik merkezin yakın çevresine ait görüntünün bir parçası. Nötron yıldızları ve kara delikler gibi kompakt nesnelerin etrafındaki birikim diskleri gibi görünen bir dizi parlak kaynak görülebiliyor.

Slayt 25

Yengeç Bulutsusu'ndaki pulsarın mahallesi

Yengeç Bulutsusu - kalıntı süpernova 1054'te bir salgın gözlendi. Bulutsunun kendisi uzaya dağılmış bir yıldızın kabuğudur ve çekirdeği çökerek yaklaşık 20 km çapında süper yoğun, dönen bir nötron yıldızı oluşturmuştur. Bu nötron yıldızının dönüşü, radyo aralığındaki radyasyonundaki kesinlikle periyodik dalgalanmalarla izlenir. Ancak pulsar aynı zamanda görünür ve X-ışını aralıklarında da ışın yayıyor. X-ışınlarında, Chandra teleskopu pulsarın etrafındaki birikim diskini ve düzlemine dik olan küçük jetleri görüntülemeyi başardı (bkz. süper kütleli bir kara deliğin etrafındaki birikim diski).

Slayt 26

X-ışınlarında güneş çıkıntıları

Güneş'in görünür yüzeyi, görünür radyasyon aralığına karşılık gelen yaklaşık 6 bin dereceye kadar ısıtılır. Ancak Güneş'i çevreleyen korona bir milyon dereceden fazla bir sıcaklığa ısıtılır ve bu nedenle spektrumun X-ışını aralığında parlar. Bu görüntü, 11 yıllık bir süreye göre değişen maksimum güneş aktivitesi sırasında çekilmiştir. Güneş'in yüzeyi pratikte X-ışınları yaymaz ve bu nedenle siyah görünür. Solar minimum sırasında Güneş'ten gelen X-ışını emisyonu önemli ölçüde azalır. Görüntü, 1991'den 2001'e kadar faaliyet gösteren, Solar-A olarak da bilinen Japonya'nın Yohkoh ("Sunbeam") uydusu tarafından çekildi.

Slayt 27

AlıcılarChandra X-ışını teleskopu

NASA'nın dört "Büyük Gözlemevi"nden biri olup, adını yıldızların yapısı ve evrimi teorisinde uzman olan, Nobel Ödülü sahibi (1983) Hintli-Amerikalı astrofizikçi Subramanian Chandrasekhar'dan (1910-95) almıştır. Gözlemevinin ana cihazı, hiperbolik olanlara dönüşen, iç içe geçmiş dört eğik geliş parabolik ayna (diyagrama bakınız) içeren, 1,2 m çapında eğik gelişli bir X-ışını teleskopudur. Gözlemevi 1999 yılında yörüngeye fırlatıldı ve yumuşak X-ışını aralığında (100 eV-10 keV) çalışıyor. Chandra'nın birçok keşfi arasında Yengeç Bulutsusu'ndaki bir pulsarın etrafındaki birikim diskinin ilk görüntüsü de yer alıyor.

Slayt 28

Karasal Uygulama

Yumuşak x-ışını radyasyonu kaynağı olarak hizmet veren bir elektron tüpü. Kapalı bir termos içindeki iki elektrot arasına 10-100 kV'luk bir voltaj uygulanır. Bu voltajın etkisi altında elektronlar 10-100 keV enerjiye kadar hızlandırılır. Yolculuğun sonunda cilalı metal bir yüzeye çarpıp sert bir şekilde fren yaparak enerjinin önemli bir kısmını X-ışını ve ultraviyole aralığında radyasyon şeklinde yayarlar.

Slayt 29

röntgen

Görüntü, insan vücudundaki dokuların x-ışını radyasyonuna karşı eşit olmayan geçirgenliği nedeniyle elde edilir. Normal bir kamerada mercek, nesneden yansıyan ışığı kırar ve onu görüntünün oluştuğu filme odaklar. Ancak X ışınlarının odaklanması çok zordur. Bu nedenle, bir X-ışını makinesinin çalışması, negatifin fotoğraf kağıdı üzerine yerleştirildiği ve fotoğrafın temasla basılmasına daha çok benzer. kısa zaman aydınlatılmış. Sadece bu durumda olumsuz rol şu kişiler tarafından oynanır: insan vücudu Fotoğraf kağıdının rolü, X ışınlarına duyarlı özel bir fotoğraf filmidir ve ışık kaynağı yerine bir X-ışını tüpü alınır.

Slayt 30

Radyo radyasyonu ve mikrodalgalar

Başvuru

Slayt 31

Radyo emisyon aralığı gama radyasyonunun tersidir ve aynı zamanda uzun dalgalardan ve düşük frekanslardan olmak üzere bir tarafta da sınırsızdır. Mühendisler bunu birçok bölüme ayırıyor. En kısa radyo dalgaları kablosuz veri iletimi için kullanılır (İnternet, cep telefonu ve uydu telefonu); metre, desimetre ve ultra kısa dalgalar (VHF) yerel televizyon ve radyo istasyonlarını işgal ediyor; kısa dalgalar (HF) küresel radyo iletişimi için kullanılır - iyonosferden yansıtılırlar ve Dünya'yı çevreleyebilirler; Bölgesel radyo yayınlarında orta ve uzun dalgalar kullanılmaktadır. 1 km'den binlerce kilometreye kadar olan ultra uzun dalgalar (ELW) tuzlu suya nüfuz eder ve denizaltılarla iletişimin yanı sıra mineral aramak için kullanılır. Radyo dalgalarının enerjisi son derece düşüktür, ancak metal bir antendeki elektronların zayıf titreşimlerini harekete geçirirler. Bu titreşimler daha sonra güçlendirilir ve kaydedilir. Atmosfer, 1 mm'den 30 m'ye kadar uzunlukta radyo dalgaları yayar. Galaktik çekirdeklerin, nötron yıldızlarının ve diğer gezegen sistemlerinin gözlemlenmesini mümkün kılar ancak radyo astronomisinin en etkileyici başarısı, rekor kıran ayrıntılı görüntülerdir. kozmik kaynaklarçözünürlüğü bir ark saniyenin on binde birini aşan.

Slayt 32

Mikrodalga

Mikrodalgalar, kızılötesine bitişik bir radyo emisyon alt bandıdır. Radyo aralığında en yüksek frekansa sahip olduğundan ultra yüksek frekanslı (mikrodalga) radyasyon olarak da adlandırılır. Mikrodalga aralığı gökbilimcilerin ilgisini çekmektedir çünkü Büyük Patlama zamanından kalan kalıntı radyasyonu tespit etmektedir (diğer adı mikrodalgadır) uzay arka planı). 13,7 milyar yıl önce, Evrenin sıcak maddesinin kendi termal radyasyonuna karşı şeffaf hale gelmesiyle yayılmıştır. Evren genişledikçe CMB soğudu ve bugün sıcaklığı 2,7 K. CMB radyasyonu Dünya'ya her yönden geliyor. Günümüzde astrofizikçiler mikrodalga aralığındaki gökyüzü parıltısındaki homojensizliklerle ilgileniyorlar. Kozmolojik teorilerin doğruluğunu test etmek amacıyla erken Evren'de gökada kümelerinin nasıl oluşmaya başladığını belirlemek için kullanılırlar. Ancak Dünya'da mikrodalgalar, kahvaltıyı ısıtmak ve cep telefonuyla konuşmak gibi sıradan işler için kullanılıyor. Atmosfer mikrodalgalara karşı şeffaftır. Uydularla iletişim kurmak için kullanılabilirler. Mikrodalga ışınlarını kullanarak enerjinin uzak mesafelere iletilmesine yönelik projeler de bulunmaktadır.

Slayt 33

KaynaklarRadyo aralığındaki Yengeç Bulutsusu

ABD Ulusal Radyo Astronomi Gözlemevi'nin (NRAO) gözlemlerine dayanan bu görüntüden, Yengeç Bulutsusu'ndaki manyetik alanların doğası hakkında fikir sahibi olunabilir. Yengeç Bulutsusu en iyi incelenen süpernova kalıntısıdır. Bu görüntü radyo aralığında nasıl göründüğünü gösterir. Radyo emisyonu, manyetik alanda hareket eden hızlı elektronlar tarafından üretilir. Alan, elektronları dönmeye, yani daha hızlı hareket etmeye zorlar ve hızlandırılmış hareketle yükler elektromanyetik dalgalar yayar.

Slayt 34

Evrendeki madde dağılımının bilgisayar modeli

Başlangıçta, Evrendeki maddenin dağılımı neredeyse tamamen tekdüzeydi. Ancak yine de milyonlarca ve milyarlarca yıl boyunca küçük (muhtemelen kuantum) yoğunluk dalgalanmaları, maddenin parçalanmasına yol açtı. Galaksilerin uzaydaki dağılımına ilişkin gözlemsel araştırmalardan da benzer sonuçlar elde edilmiştir. Yüzbinlerce galaksi için gökyüzündeki koordinatlar ve kırmızıya kaymalar belirlenerek galaksilere olan mesafeler hesaplanır. Şekil, Evrenin evriminin bilgisayar simülasyonunun sonucunu göstermektedir. 10 milyar parçacığın karşılıklı çekim etkisi altındaki hareketi 15 milyar yıl üzerinden hesaplandı. Sonuç olarak, belli belirsiz bir süngeri andıran gözenekli bir yapı oluştu. Galaksi kümeleri düğümlerinde ve kenarlarında yoğunlaşmıştır ve aralarında neredeyse hiçbir nesnenin bulunmadığı geniş çöller vardır - gökbilimciler bunlara boşluklar (İngiliz boşluğundan - boşluk) diyorlar.

Slayt 35

Doğru, hesaplamalar ve gözlemler arasında iyi bir uyum elde etmek ancak görünür (elektromanyetik spektrumda parlak) maddenin Evrenin toplam kütlesinin yalnızca yaklaşık %5'ini oluşturduğunu varsayarsak mümkündür. Geri kalanını ise yalnızca yerçekimiyle ortaya çıkan ve doğası henüz belirlenemeyen karanlık madde ve karanlık enerji oluşturuyor. Onların çalışması modern astrofiziğin en acil sorunlarından biridir.

Slayt 36

Kuasar: aktif galaktik çekirdek

Kuasarın radyo görüntüsü, yüksek yoğunluklu radyo emisyonu alanlarını kırmızı renkte gösteriyor: merkezde aktif galaktik çekirdek var ve her iki yanında da iki jet var. Galaksinin kendisi pratikte radyo dalgaları yaymıyor. Galaksinin merkezindeki süper kütleli kara deliğe çok fazla madde biriktiğinde, büyük miktarda enerji açığa çıkar. Bu enerji, maddenin bir kısmını ışık hızına yakın hızlara kadar hızlandırır ve onu, göreceli plazma jetleriyle, birikim diskinin eksenine dik iki zıt yönde fırlatır. Bu jetler galaksiler arası ortamla çarpışıp yavaşladığında, onlara giren parçacıklar radyo dalgaları yayar.

Slayt 37

Radyo galaksisi: radyo parlaklığı kontur haritası

Kontur haritaları tipik olarak tek bir dalga boyunda, özellikle radyo dalga boyu aralığında alınan görüntüleri temsil etmek için kullanılır. Yapım prensibine göre yatay çizgilere benzerler. topografik harita sadece ufkun üzerinde sabit yüksekliğe sahip noktalar yerine, gökyüzündeki kaynağın radyo parlaklığıyla aynı olan noktaları birbirine bağlarlar. Görünür dışındaki radyasyon aralıklarındaki uzay nesnelerini görüntülemek, çeşitli teknikler. Çoğu zaman bunlar yapay renkler ve kontur haritalarıdır. Yapay renkler kullanarak, insan gözünün ışığa duyarlı reseptörlerinin görünür aralıktaki belirli renklere değil de diğer frekanslara duyarlı olması durumunda bir nesnenin nasıl görüneceğini gösterebilirsiniz. elektromanyetik spektrum.

Slayt 38

AlıcılarMicrowave Orbiter WMAP

Mikrodalga arka plan çalışması, yer tabanlı radyo teleskoplarıyla başlatıldı, 1983'te Prognoz-9 uydusundaki Sovyet Relikt-1 cihazı ve 1989'da Amerikan COBE (Kozmik Arka Plan Kaşifi) uydusu ile devam etti, ancak en ayrıntılı harita mikrodalga arka plan dağılımının gök küresi 2003 yılında WMAP (Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Probu) probunu üretti. Elde edilen veriler galaksi oluşumu ve Evrenin evrimi modellerine önemli kısıtlamalar getiriyor. Uzay arka planı mikrodalga radyasyonu Kozmik mikrodalga arka plan ışınımı olarak da adlandırılan bu ışınım, gökyüzündeki her yönde neredeyse aynı olan radyo gürültüsü yaratır. Ancak yine de yoğunlukta çok küçük değişiklikler var - yaklaşık yüzde binde biri. Bunlar, gelecekteki galaksi kümeleri için tohum görevi gören genç Evrendeki madde yoğunluğundaki homojensizliklerin izleridir.

Slayt 39

Gökyüzü İncelemeleri

Uyarılmamış bir hidrojen atomunun enerjisi, proton ve elektronun spinlerinin göreceli yönüne bağlıdır. Paralel olduklarında enerji biraz daha yüksektir. Bu tür atomlar kendiliğinden antiparalel dönüşlere sahip bir duruma dönüşebilir ve çok küçük bir enerji fazlasını alıp götüren bir kuantum radyo emisyonu yayabilir. Bu, ortalama olarak her 11 milyon yılda bir tek bir atomun başına gelir. Ancak hidrojenin Evrendeki devasa dağılımı, gaz bulutlarını bu frekansta gözlemlemeyi mümkün kılıyor. Ünlü 21,1 cm'lik spektral çizgi, uzaydaki nötr atomik hidrojeni gözlemlemenin başka bir yoludur. Çizgi, hidrojen atomunun ana enerji seviyesinin sözde aşırı ince bölünmesi nedeniyle ortaya çıkar.

Slayt 40

73,5 cm'de radyo gökyüzü, 408 MHz (Bonn)

Araştırmayı oluşturmak için dünyanın en büyük tam dönen radyo teleskoplarından biri olan 100 metrelik Bonn radyo teleskopu kullanıldı. Bu, tüm gökyüzü araştırmaları arasında en uzun dalga boyuna sahip olanıdır. Galakside önemli sayıda kaynağın gözlendiği bir dalga boyunda gerçekleştirildi. Ayrıca dalga boyu seçimi teknik nedenlerle belirlendi.

Slayt 41

Karasal Uygulama

Mikrodalga fırın Yiyeceklerin mikrodalgada (mikrodalga) kurutulması, buzunun çözülmesi, pişirilmesi ve ısıtılması bu şekilde gerçekleşir. Ayrıca alternatif elektrik akımları yüksek frekanslı akımları harekete geçirir. Bu akımlar hareketli yüklü parçacıkların bulunduğu maddelerde meydana gelebilir. Ancak keskin ve ince metal nesneler mikrodalga fırına yerleştirilemez (bu özellikle gümüş ve altınla kaplı metal süslemeli tabaklar için geçerlidir). Plakanın kenarı boyunca ince bir altın kaplama halkası bile, fırında elektromanyetik dalgayı oluşturan cihaza (magnetron, klistron) zarar verecek güçlü bir elektrik deşarjına neden olabilir. Mikrodalga fırının temel avantajı, zamanla yiyeceğin yalnızca yüzeyden değil tüm hacim boyunca ısıtılmasıdır. Daha uzun bir dalga boyuna sahip olan mikrodalga radyasyonu, ürünlerin yüzeyinin altında kızılötesi radyasyondan daha derine nüfuz eder. Gıdanın içinde elektromanyetik titreşimler, hareketi esas olarak gıdanın ısınmasına neden olan su moleküllerinin dönme seviyelerini harekete geçirir.

Slayt 42

Cep telefonu

GSM standardında bir baz istasyonu aynı anda en fazla 8 telefon görüşmesini destekleyebilir. Toplu olaylar ve doğal afetler sırasında arayanların sayısı hızla artıyor, bu da baz istasyonlarının aşırı yüklenmesine ve hizmetin kesintiye uğramasına neden oluyor. hücresel iletişim. Bu gibi durumlar için cep telefonu operatörleri, yoğun insan kalabalığının olduğu bölgelere hızlı bir şekilde dağıtım yapabilecek mobil baz istasyonlarına sahiptir. sorusu olası zarar cep telefonlarından yayılan mikrodalga radyasyonu. Konuşma sırasında verici kişinin kafasının çok yakınındadır. Tekrarlanan çalışmalar henüz güvenilir bir şekilde kaydedilemedi olumsuz etki Cep telefonlarından kaynaklanan radyo emisyonlarının sağlığa etkisi. Zayıf mikrodalga radyasyonunun vücut dokusu üzerindeki etkileri tamamen göz ardı edilemese de ciddi endişe gerektirecek bir neden yoktur. Hücresel telefonun çalışma prensibi, abone ile baz istasyonlarından biri arasındaki iletişim için bir radyo kanalının (mikrodalga aralığında) kullanılmasına dayanmaktadır. Bilgi, baz istasyonları arasında kural olarak dijital kablo ağları aracılığıyla iletilir. Baz istasyonunun menzili (hücrenin boyutu) birkaç on metreden birkaç bin metreye kadardır. Bu, manzaraya ve bir hücrede çok fazla aktif abone olmayacak şekilde seçilen sinyal gücüne bağlıdır.

Slayt 43

TV

Bir televizyon istasyonunun vericisi sürekli olarak kesin olarak sabit bir frekansta bir radyo sinyali yayınlar; buna taşıyıcı frekans denir. TV'nin alıcı devresi buna göre ayarlanmıştır - içinde istenen frekansta bir rezonans ortaya çıkar ve zayıf elektromanyetik salınımları almasına izin verir. Görüntü hakkındaki bilgiler salınımların genliği ile iletilir: büyük genlik yüksek parlaklık anlamına gelir, düşük genlik ise görüntünün karanlık bir alanı anlamına gelir. Bu prensibe genlik modülasyonu denir. Ses, radyo istasyonları (FM istasyonları hariç) tarafından benzer şekilde iletilir. Geçiş ile dijital televizyon görüntü kodlama kuralları değişir, ancak taşıyıcı frekansının ve modülasyonunun prensibi aynı kalır. Televizyon görüntüleri metre ve desimetre dalgaları üzerinden iletilir. Her kare, parlaklığın belirli bir şekilde değiştiği çizgilere bölünmüştür.

Slayt 44

Uydu anteni

Mikrodalga ve VHF aralıklarında sabit bir uydudan sinyal almak için parabolik anten. Çalışma prensibi radyo teleskopununkiyle aynıdır ancak çanağın hareket ettirilmesine gerek yoktur. Kurulum sırasında dünyevi yapılara göre her zaman tek bir yerde kalan uyduya yönlendirilir. Bu, uydunun Dünya ekvatorunun yaklaşık 36 bin km yukarısında sabit bir yörüngeye yerleştirilmesiyle elde ediliyor. Bu yörünge boyunca dönüş süresi, Dünya'nın yıldızlara göre kendi ekseni etrafında dönme süresine tam olarak eşittir - 23 saat 56 dakika 4 saniye. Çanağın boyutu uydu vericisinin gücüne ve radyasyon düzenine bağlıdır. Her uydunun, sinyallerinin 50-100 cm çapındaki bir çanak tarafından alındığı bir ana servis alanı ve sinyalin hızla zayıfladığı ve onu almak için 2-3 m'ye kadar bir anten gerektirebileceği bir çevresel alanı vardır.

Slayt 45

Görünür aralık

Karasal Uygulama

Slayt 46

Görünür ışığın aralığı tüm spektrumda en dar olanıdır. İçindeki dalga boyu iki kattan daha az değişir. Görünür ışık, güneş spektrumundaki maksimum radyasyonu oluşturur. Evrim sırasında gözlerimiz ışığa uyum sağladı ve spektrumun yalnızca bu dar kısmındaki radyasyonu algılayabildi. 20. yüzyılın ortalarına kadar neredeyse tüm astronomik gözlemler görünür ışıkta gerçekleştiriliyordu. Uzaydaki görünür ışığın ana kaynağı, yüzeyi birkaç bin dereceye kadar ısıtılan ve dolayısıyla ışık yayan yıldızlardır. Dünya üzerinde floresan lambalar ve yarı iletken LED'ler gibi termal olmayan ışık kaynakları da kullanılmaktadır. Aynalar ve mercekler, sönük kozmik kaynaklardan gelen ışığı toplamak için kullanılır. Görünür ışığın alıcıları gözün retinası, fotoğraf filmi, dijital kameralarda kullanılan yarı iletken kristaller (CCD matrisleri), fotoseller ve fotoçoğaltıcılardır. Alıcıların çalışma prensibi, görünür ışık kuantumunun enerjisinin, tetiklenmeye yeterli olduğu gerçeğine dayanmaktadır. kimyasal reaksiyonözel olarak seçilmiş bir maddede veya maddeden serbest bir elektronu yok eder. Daha sonra reaksiyon ürünlerinin konsantrasyonuna veya salınan yük miktarına bağlı olarak alınan ışık miktarı belirlenir.

Slayt 47

Kaynaklar

20. yüzyılın sonlarının en parlak kuyruklu yıldızlarından biri. 1995 yılında henüz Jüpiter'in yörüngesinin ötesindeyken keşfedildi. Bu, yeni bir kuyruklu yıldızın keşfi için rekor bir mesafedir. 1 Nisan 1997'de günberi noktasını geçti ve Mayıs ayının sonunda maksimum parlaklığına (yaklaşık sıfır büyüklük) ulaştı.

Hale-Bopp Kuyruklu Yıldızı Toplamda, kuyruklu yıldız 18,5 ay boyunca çıplak gözle görülebildi; bu, büyük kuyruklu yıldızın 1811 yılında kırdığı önceki rekorun iki katıydı. Resimde kuyruklu yıldızın toz ve gaz olmak üzere iki kuyruğu gösterilmektedir. Güneş radyasyonunun basıncı onları Güneş'ten uzaklaştırır.

Slayt 48

Gezegen Satürn İkinci büyük gezegen güneş sistemi . Sınıfa ait gaz devleri

. Görüntü, 2004 yılından bu yana Satürn sisteminde araştırma yürüten Cassini gezegenlerarası istasyonu tarafından çekildi. 20. yüzyılın sonunda Jüpiter'den Neptün'e kadar tüm dev gezegenlerde halka sistemleri keşfedildi, ancak yalnızca Satürn'de küçük bir amatör teleskopla bile kolayca gözlemlenebilirler.

Slayt 49

Birkaç saatten birkaç aya kadar yaşarlar. Güneş lekelerinin sayısı güneş aktivitesinin bir göstergesi olarak hizmet eder. Güneş lekelerini birkaç gün boyunca gözlemleyerek Güneş'in dönüşünü fark etmek kolaydır. Fotoğraf amatör bir teleskopla çekildi. Güneş'in görünür yüzeyindeki düşük sıcaklık bölgeleri. Sıcaklıkları 4300-4800 K'dir; bu, Güneş yüzeyinin geri kalanından yaklaşık bir buçuk bin derece daha düşüktür. Bu nedenle parlaklıkları 2-4 kat daha düşüktür ve bu da kontrast nedeniyle siyah noktalar izlenimi yaratır. Manyetik alan, konveksiyonu yavaşlattığında ve dolayısıyla Güneş'in üst katmanlarındaki ısının uzaklaştırılmasında lekeler oluşur.

Slayt 50

Alıcılar

Amatör teleskop B modern dünya amatör astronomi büyüleyici ve prestijli bir hobi haline geldi. Lens çapı 50-70 mm olan en basit enstrümanlar, en büyüğü 350-400 mm çapındadır ve prestijli bir araba ile karşılaştırılabilir maliyete sahiptir ve beton bir temel üzerine kalıcı kurulum gerektirir. bir kubbenin altında. İÇİNDE yetenekli ellerde bu tür araçlar daha fazla bilime katkıda bulunabilir.

Slayt 51

Akkor lamba

Vakum içine yerleştirilen bir tungsten bobininin elektrikle ısıtılması nedeniyle görünür ışık ve kızılötesi radyasyon yayar. Radyasyon spektrumu yaklaşık 2000 K sıcaklıkla kara cisme çok yakındır. Bu sıcaklıkta maksimum radyasyon yakın kızılötesi bölgede meydana gelir ve bu nedenle aydınlatma amacıyla faydasız bir şekilde harcanır. Spiral hızla başarısız olduğundan sıcaklığı önemli ölçüde artırmak mümkün değildir. Bu nedenle akkor lambalar ekonomik olmayan bir aydınlatma cihazı olarak ortaya çıkıyor. Floresan lambalar elektriği çok daha verimli bir şekilde ışığa dönüştürür.

Slayt 52

Ultraviyole

Karasal Uygulama

Slayt 53

Elektromanyetik radyasyonun ultraviyole aralığı, görünür spektrumun mor (kısa dalga boyu) ucunun ötesinde yer alır. Güneş'ten gelen ultraviyole ışık atmosferden geçer. Ciltte bronzlaşmaya neden olur ve D vitamini üretimi için gereklidir. Ancak aşırı maruz kalma cilt kanserinin gelişmesine yol açabilir. UV radyasyonu gözlere zararlıdır. Bu nedenle suda ve özellikle dağlarda karda koruyucu gözlük takılması zorunludur. Daha sert UV radyasyonu atmosferde ozon molekülleri ve diğer gazlar tarafından emilir. Yalnızca uzaydan gözlemlenebilir ve bu nedenle vakum ultraviyole olarak adlandırılır. Ultraviyole kuantumun enerjisi biyolojik molekülleri, özellikle DNA ve proteinleri yok etmek için yeterlidir. Mikropları yok etmenin yöntemlerinden biri de buna dayanmaktadır. Dünya atmosferinde ultraviyole radyasyonun önemli bir bölümünü emen ozon olmadığı sürece yaşamın karadaki suyu bırakamayacağına inanılıyor. Ultraviyole ışık, genç, sıcak, büyük yıldızlar gibi sıcaklıkları binlerce ila yüzbinlerce derece arasında değişen nesnelerden yayılır. Bununla birlikte, UV radyasyonu yıldızlararası gaz ve toz tarafından emilir, bu nedenle çoğu zaman kaynakların kendisini değil, onlar tarafından aydınlatılan kozmik bulutları görürüz. UV radyasyonunu toplamak için ayna teleskopları kullanılır ve kayıt için fotomultiplier tüpler kullanılır ve yakın UV'de görünür ışıkta olduğu gibi CCD matrisleri kullanılır.

Slayt 54

Kaynaklar

Parıltı, güneş rüzgârından gelen yüklü parçacıkların Jüpiter'in atmosferindeki moleküllerle çarpışmasıyla ortaya çıkar. Gezegenin manyetik alanının etkisi altındaki parçacıkların çoğu, atmosfere manyetik kutupların yakınında girer. Bu nedenle ışıma nispeten küçük bir alanda meydana gelir. Benzer süreçler Dünya'da ve atmosferi ve manyetik alanı olan diğer gezegenlerde de meydana gelir. Fotoğraf alındı uzay teleskopu"Hubble". Ultraviyole Jüpiter'deki Aurora

Slayt 55

Gökyüzü İncelemeleri

Yörüngedeki ultraviyole gözlemevi tarafından oluşturulan Ekstrem Ultraviyole Gökyüzü (EUVE) Araştırması Ekstrem Ultraviyole Kaşifi Görüntünün çizgi yapısı şuna karşılık gelir: yörünge hareketi uydu ve bireysel bantların parlaklığının homojen olmaması, ekipmanın kalibrasyonundaki değişikliklerle ilişkilidir. Siyah çizgiler gökyüzünde gözlemlenemeyen alanlardır. Bu incelemedeki ayrıntıların az sayıda olması, sert ultraviyole radyasyonun nispeten az sayıda kaynağının bulunmasından ve ayrıca ultraviyole radyasyonun kozmik toz tarafından saçılmasından kaynaklanmaktadır.

Slayt 56

Karasal Uygulama

Bronzlaşma için vücudun ultraviyole yakın ışıkla dozlanmış ışınlanması için Solaryum Kurulumu. Ultraviyole radyasyon hücrelerde melanin pigmentinin salınmasına yol açarak cilt rengini değiştirir

Slayt 57

Para dedektörü

Banknotların orijinalliğini belirlemek için ultraviyole radyasyon kullanılıyor. Özel bir boyaya sahip polimer lifler, ultraviyole kuantayı emen ve daha sonra görünür aralıkta daha az enerjili radyasyon yayan banknotlara preslenir. Ultraviyole ışığın etkisi altında lifler parlamaya başlar ve bu, özgünlüğün işaretlerinden biri olarak hizmet eder. Dedektörün ultraviyole radyasyonu gözle görülemez; çoğu dedektör çalışırken fark edilen mavi parıltı, kullanılan ultraviyole kaynaklarının da görünür aralıkta yayılmasından kaynaklanmaktadır.

Tüm slaytları görüntüle

Elektromanyetik dalgalar dalga boyu λ veya ilgili dalga frekansına göre sınıflandırılır F. Bu parametrelerin yalnızca dalgayı değil aynı zamanda kuantum özelliklerini de karakterize ettiğini unutmayın. elektromanyetik alan. Buna göre ilk durumda elektromanyetik dalga bu derste incelenen klasik yasalarla açıklanmaktadır.

Elektromanyetik dalgaların spektrumu kavramını ele alalım. Elektromanyetik dalgaların spektrumu doğada var olan elektromanyetik dalgaların frekans bandıdır.

Artan frekans sırasına göre elektromanyetik radyasyon spektrumu:

Elektromanyetik spektrumun farklı kısımları, spektrumun bir veya başka kısmına ait dalgaları yayma ve alma biçimleri bakımından farklılık gösterir. Bu nedenle elektromanyetik spektrumun farklı bölümleri arasında keskin sınırlar yoktur, ancak her aralık kendi özellikleri ve doğrusal ölçek ilişkileriyle belirlenen yasalarının yaygınlığı tarafından belirlenir.

Radyo dalgaları klasik elektrodinamik tarafından incelenir. Kızılötesi ışık ve ultraviyole radyasyon hem klasik optik hem de kuantum fiziği tarafından incelenmektedir. X-ışını ve gama radyasyonu kuantum ve nükleer fizikte incelenir.

Elektromanyetik dalgaların spektrumunu daha ayrıntılı olarak ele alalım.

Düşük frekanslı dalgalar

Düşük frekanslı dalgalar, salınım frekansı 100 kHz'i aşmayan elektromanyetik dalgalardır. Elektrik mühendisliğinde geleneksel olarak kullanılan bu frekans aralığıdır. Endüstriyel enerji mühendisliğinde, elektrik enerjisinin hatlar üzerinden iletildiği ve voltajın transformatör cihazları tarafından dönüştürüldüğü 50 Hz frekans kullanılır. Havacılık ve kara taşımacılığında sıklıkla 400 Hz frekans kullanılır ve bu, 50 Hz frekansa kıyasla elektrikli makine ve transformatörlere göre 8 kat ağırlık avantajı sağlar. En yeni nesil anahtarlamalı güç kaynakları dönüşüm frekanslarını kullanır klima birimleri ve onlarca kHz'dir, bu da onları kompakt ve enerji açısından zengin kılar.
Düşük frekans aralığı ile yüksek frekanslar arasındaki temel fark, elektromanyetik dalgaların frekansının kareköküyle orantılı olarak 100 kHz'de 300 bin km/s'den 50 Hz'de yaklaşık 7 bin km/s'ye düşmesidir.

Radyo dalgaları

Radyo dalgaları, dalga boyları 1 mm'den büyük (frekans 3 10 11 Hz = 300 GHz'den az) ve 3 km'den az (100 kHz'in üzerinde) olan elektromanyetik dalgalardır.

Radyo dalgaları ikiye ayrılır:

1. Uzun dalgalar 3 km ile 300 m arasındaki uzunluk aralığında (frekans 10 5 Hz - 10 6 Hz = 1 MHz aralığında);

2. Uzunluğu 300 m ila 100 m aralığında olan orta dalgalar (frekans 10 6 Hz -3*10 6 Hz = 3 MHz aralığında);

3. Kısa dalgalar 100m ila 10m dalga boyu aralığında (frekans 310 6 Hz-310 7 Hz=30 MHz aralığında);

4. Ultra kısa dalgalar dalga boyu 10 m'den az (frekans 310 · 7 Hz = 30 MHz'den büyük).

Ultra kısa dalgalar ise şu şekilde ayrılır:

A) metre dalgaları;

B) santimetre dalgalar;

B) milimetre dalgaları;

Dalga boyu 1 m'den (frekansı 300 MHz'den az) küçük olan dalgalara mikrodalga veya ultra yüksek frekanslı dalgalar (mikrodalga dalgaları) adı verilir.

Radyo aralığının dalga boylarının atomların boyutuna kıyasla büyük olması nedeniyle, radyo dalgalarının yayılımı ortamın atomik yapısı dikkate alınmadan düşünülebilir; Maxwell'in teorisini oluştururken alışılmış olduğu gibi fenomenolojik olarak. Radyo dalgalarının kuantum özellikleri, yalnızca spektrumun kızılötesi kısmına bitişik en kısa dalgalar için ve sözde yayılım sırasında ortaya çıkar. atomların ve moleküllerin içindeki elektron salınımlarının zamanıyla karşılaştırılabilecek, 10 -12 saniye - 10 -15 saniye civarında bir süreye sahip ultra kısa darbeler.
Radyo dalgaları ile yüksek frekanslar arasındaki temel fark, dalga taşıyıcının (eter) 1 mm'ye (2,7°K) eşit dalga boyu ile bu ortamda yayılan elektromanyetik dalga arasındaki farklı termodinamik ilişkidir.

Radyo dalgası radyasyonunun biyolojik etkileri

Radar teknolojisinde güçlü radyo dalgası radyasyonunun kullanılmasına ilişkin korkunç fedakarlık deneyimi, radyo dalgalarının dalga boyuna (frekansa) bağlı olarak spesifik etkisini gösterdi.

İnsan vücudu üzerindeki yıkıcı etki, protein yapılarında geri dönüşü olmayan olayların meydana geldiği en yüksek radyasyon gücü kadar ortalama değildir. Örneğin, bir mikrodalga fırının (mikrodalga) magnetronundan gelen 1 kW tutarındaki sürekli radyasyonun gücü, yalnızca fırının küçük kapalı (korumalı) hacmindeki yiyecekleri etkiler ve yakındaki bir kişi için neredeyse güvenlidir. 1000:1 görev döngüsüne (tekrar periyodunun darbe süresine oranı) ve buna göre 1 MW darbe gücüne sahip kısa darbeler tarafından yayılan 1 kW ortalama güce sahip bir radar istasyonunun (radar) gücü, Vericiden yüzlerce metreye kadar olan mesafe insan sağlığı ve yaşamı açısından oldukça tehlikelidir. İkincisinde elbette radar radyasyonunun yönü de bir rol oynar, bu da ortalama güçten ziyade darbeli gücün yıkıcı etkisini vurgular.

Metre dalgalarına maruz kalma

Darbe gücü bir megavattan (P-16 erken uyarı istasyonu gibi) daha fazla olan ve insan ve hayvanların omurilik uzunluğuyla orantılı olan sayaç radar istasyonlarının (radarlar) puls üreteçleri tarafından yayılan yüksek yoğunluklu sayaç dalgaları, Akson uzunluğunun yanı sıra bu yapıların iletkenliğini de bozarak diensefalik sendroma (HF hastalığı) neden olur. İkincisi, tam veya kısmi (alınan radyasyon dozuna bağlı olarak) bir kişinin uzuvlarının geri dönüşü olmayan felcinin hızlı bir şekilde gelişmesine (birkaç aydan birkaç yıla kadar) ve ayrıca bağırsakların innervasyonunun bozulmasına yol açar. diğer iç organlar.

Desimetre dalgalarının etkisi

Desimetre dalgaları, dalga boyu bakımından akciğerler, karaciğer ve böbrekler gibi insan ve hayvan organlarını kapsayan kan damarlarıyla karşılaştırılabilir. Bu organlarda “iyi huylu” tümörlerin (kistlerin) oluşmasına neden olmalarının nedenlerinden biri de budur. Kan damarlarının yüzeyinde gelişen bu tümörler, normal kan dolaşımının durmasına ve organ fonksiyonlarının bozulmasına yol açar. Bu tür tümörler zamanında cerrahi olarak çıkarılmazsa vücudun ölümü meydana gelir. Tehlikeli yoğunluk seviyelerindeki desimetre dalgaları, P-15 mobil hava savunma radarı gibi radarların magnetronları ve bazı uçakların radarları tarafından yayılır.

Santimetrelik dalgalara maruz kalma

Güçlü santimetre dalgaları, insanlarda ve hayvanlarda lösemi - “kanama” gibi hastalıkların yanı sıra diğer kötü huylu tümör türlerine neden olur. Bu hastalıkların ortaya çıkması için yeterli yoğunluktaki dalgalar, P-35, P-37 santimetre menzilli radarlar ve neredeyse tüm uçak radarları tarafından üretilmektedir.

Kızılötesi, ışık ve ultraviyole radyasyon

Kızılötesi, ışık, ultraviyole radyasyon miktarları elektromanyetik dalga spektrumunun optik bölgesi kelimenin geniş anlamıyla. Bu spektrum, 2.10 -6 m = 2 μm ila 10 -8 m = 10 nm (frekans 1.5.10 14 Hz ila 3.10 16 Hz) aralığındaki elektromanyetik dalga boyları aralığını kaplar. Optik aralığın üst sınırı, kızılötesi aralığın uzun dalga sınırı, alt sınırı ise ultraviyole ışının kısa dalga sınırı tarafından belirlenir (Şekil 2.14).

Listelenen dalgaların spektral bölgelerinin yakınlığı, bunları incelemek için kullanılan yöntem ve araçların benzerliğini belirledi ve pratik uygulama. Tarihsel olarak, çeşitli optik cihazlarda (interferometreler, polarizörler, modülatörler vb.) yer alan mercekler, kırınım ızgaraları, prizmalar, diyaframlar ve optik olarak aktif maddeler bu amaçlar için kullanılmıştır.

Öte yandan spektrumun optik bölgesinden gelen radyasyon genel desenler kullanılarak elde edilebilecek çeşitli ortamlardan geçmek geometrik optik Hem optik cihazların hem de optik sinyal yayılım kanallarının hesaplamaları ve yapımında yaygın olarak kullanılır. Kızılötesi radyasyon birçok eklembacaklı (böcekler, örümcekler vb.) ve sürüngenler (yılanlar, kertenkeleler vb.) tarafından görülebilir. yarı iletken sensörler (kızılötesi fotodiziler) tarafından erişilebilir, ancak Dünya atmosferinin kalınlığı tarafından iletilmez. izin vermiyor Galaksideki tüm yıldızların% 90'ından fazlasını oluşturan kızılötesi yıldızları - "kahverengi cüceler" Dünya'nın yüzeyinden gözlemleyin.

Optik aralığın frekans genişliği yaklaşık 18 oktavdır ve optik aralık yaklaşık olarak bir oktava karşılık gelir (); ultraviyole için - 5 oktav ( ), kızılötesi radyasyon - 11 oktav (

Spektrumun optik kısmında maddenin atomik yapısından kaynaklanan olaylar önem kazanmaktadır. Bu nedenle optik radyasyonun dalga özelliklerinin yanı sıra kuantum özellikleri de ortaya çıkar.

Işık

X-ışını ve gama radyasyonu

X-ışını ve gama radyasyonu alanında radyasyonun kuantum özellikleri ön plana çıkmaktadır.

X-ışını radyasyonu hızlı yüklü parçacıklar (elektronlar, protonlar vb.) yavaşladığında ve ayrıca içeride meydana gelen işlemlerin bir sonucu olarak ortaya çıkar elektronik kabuklar atomlar.

Gama radyasyonu, atom çekirdeğinin içinde meydana gelen olayların bir sonucudur. nükleer reaksiyonlar. X-ışını ve gama radyasyonu arasındaki sınır, geleneksel olarak, belirli bir radyasyon frekansına karşılık gelen enerji kuantumunun değeri ile belirlenir.

X-ışını radyasyonu, 20 eV'den 1 MeV'ye kadar bir kuantum enerjisine karşılık gelen, 50 nm'den 10-3 nm'ye kadar uzunluktaki elektromanyetik dalgalardan oluşur.

Gama radyasyonu, 0,1 MeV'den daha büyük bir kuantum enerjisine karşılık gelen, 10-2 nm'den daha düşük dalga boyuna sahip elektromanyetik dalgalardan oluşur.

Işığın elektromanyetik doğası

Işık, dalga boyları 0,4 µm ila 0,76 µm aralığını kaplayan elektromanyetik dalgaların spektrumunun görünür kısmıdır. Optik radyasyonun her spektral bileşenine belirli bir renk atanabilir. Optik radyasyonun spektral bileşenlerinin rengi, dalga boylarına göre belirlenir. Dalga boyu azaldıkça radyasyonun rengi şu şekilde değişir: kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, camgöbeği, çivit mavisi, mor.

En uzun dalga boyuna karşılık gelen kırmızı ışık, spektrumun kırmızı ucunu tanımlar. Mor ışık - menekşe sınırına karşılık gelir.

Doğal (gün ışığı, güneş ışığı) ışık renkli değildir ve her şeyden gelen elektromanyetik dalgaların üst üste binmesini temsil eder. insanlar tarafından görülebilir spektrum Doğal ışık, uyarılmış atomların elektromanyetik dalga yayması sonucu oluşur. Uyarma doğası farklı olabilir: termal, kimyasal, elektromanyetik vb. Uyarma sonucunda atomlar yaklaşık 10-8 saniye boyunca rastgele elektromanyetik dalgalar yayar. Atomların uyarılmasının enerji spektrumu oldukça geniş olduğundan, elektromanyetik dalgalar görünür spektrumun tamamından yayılır. başlangıç ​​aşaması yönü ve polarizasyonu rastgeledir. Bu nedenle doğal ışık polarize değildir. Bu, karşılıklı dik polarizasyonlara sahip doğal ışığın elektromanyetik dalgalarının spektral bileşenlerinin "yoğunluğunun" aynı olduğu anlamına gelir.

Işık aralığındaki harmonik elektromanyetik dalgalara denir tek renkli. Tek renkli bir ışık dalgası için ana özelliklerden biri yoğunluktur. Işık dalgası yoğunluğu dalga tarafından aktarılan enerji akısı yoğunluğunun (1,25) ortalama değerini temsil eder:

Poynting vektörü nerede?

Dielektrik ve manyetik geçirgenliğe sahip homojen bir ortamda elektrik alan genliğine sahip bir ışık, düzlem, monokromatik dalganın yoğunluğunun (1.30) ve (1.32) dikkate alınarak formül (1.35) kullanılarak hesaplanması şunu verir:

Geleneksel olarak optik olaylar ışınlar kullanılarak değerlendirilir. Optik olayların ışınlar kullanılarak tanımlanmasına denir geometrik-optik. Geometrik optikte geliştirilen ışın yörüngelerini bulma kuralları, pratikte optik olayların analizinde ve çeşitli optik cihazların yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Işık dalgalarının elektromanyetik temsiline dayanarak bir ışın tanımlayalım. Öncelikle ışınlar elektromanyetik dalgaların yayıldığı çizgilerdir. Bu nedenle ışın, her noktasında bir elektromanyetik dalganın ortalama Poynting vektörünün bu çizgiye teğet olarak yönlendirildiği bir çizgidir.

Homojen olarak izotropik ortamlar ortalama Poynting vektörünün yönü normal ile çakışır dalga yüzeyi(eş fazlı yüzey), yani dalga vektörü boyunca.

Böylece, homojen izotropik ortamda ışınlar, elektromanyetik dalganın karşılık gelen dalga cephesine diktir.

Örneğin, noktasal tek renkli bir ışık kaynağından yayılan ışınları düşünün. Geometrik optik açısından bakıldığında, birçok ışın kaynak noktasından radyal yönde yayılır. Işığın elektromanyetik özünün konumundan, kaynak noktasından küresel bir elektromanyetik dalga yayılır. Kaynaktan yeterince uzak bir mesafede, yerel küresel dalganın düz olduğu düşünüldüğünde dalga cephesinin eğriliği ihmal edilebilir. Dalga cephesinin yüzeyini çok sayıda yerel olarak düz bölümlere bölerek, her bölümün merkezinden boyunca bir düzlem dalganın yayıldığı bir normal çizmek mümkündür; geometrik-optik yorumlama ışınında. Dolayısıyla her iki yaklaşım da ele alınan örneğin aynı tanımını verir.

Geometrik optiğin asıl görevi ışının yönünü (yörünge) bulmaktır. Yörünge denklemi çözüldükten sonra bulunur varyasyon problemi sözde minimumunu bulmak İstenilen yörüngelerde eylemler. Bu problemin kesin formülasyonu ve çözümünün ayrıntılarına girmeden, ışınların toplam optik uzunluğu en kısa olan yörüngeler olduğunu varsayabiliriz. Bu ifade Fermat ilkesinin bir sonucudur.

Işın yörüngesini belirlemeye yönelik değişken yaklaşım aynı zamanda homojen olmayan ortamlara da uygulanabilir; kırılma indisinin ortamdaki noktaların koordinatlarının bir fonksiyonu olduğu bu tür ortamlar. Homojen olmayan bir ortamda dalga cephesinin yüzeyinin şeklini bir fonksiyonla tanımlarsak, bu, eikonal denklem olarak bilinen kısmi diferansiyel denklemin çözümüne ve analitik mekanikte Hamilton-Jacobi olarak bulunabilir. denklem:

Bu nedenle, elektromanyetik teorinin geometrik-optik yaklaşımının matematiksel temeli, eikonal denklemi temel alarak veya başka bir şekilde ışınlar üzerindeki elektromanyetik dalgaların alanlarını belirlemek için çeşitli yöntemlerden oluşur. Geometrik-optik yaklaşım, radyo elektroniğinde sözde hesaplamak için pratikte yaygın olarak kullanılmaktadır. yarı optik sistemler.

Sonuç olarak, Maxwell denklemlerini çözerek ve yönleri parçacıkların hareketini tanımlayan Hamilton-Jacobi denklemlerinden belirlenen ışınları kullanarak ışığı hem dalga konumlarından aynı anda tanımlama yeteneğinin, görünenin tezahürlerinden biri olduğunu not ediyoruz. Bilindiği gibi kuantum mekaniğinin mantıksal olarak çelişkili ilkelerinin formüle edilmesine yol açan ışık dualizmi.

Aslında elektromanyetik dalgaların doğasında düalizm yoktur. Max Planck'ın 1900 yılında "Normal Radyasyon Spektrumu Üzerine" adlı klasik çalışmasında gösterdiği gibi, elektromanyetik dalgalar, frekansa sahip bireysel nicemlenmiş salınımlardır. v ve enerji E=hv, Nerede h =sabit, yayında. İkincisi, ölçülerde kararlı bir süreksizlik özelliğine sahip olan süperakışkan bir ortamdır. H- Planck sabiti. Eter aşırı enerjiye maruz kaldığında hv Radyasyon sırasında nicelenmiş bir “girdap” oluşur. Tam olarak aynı fenomen, tüm süperakışkan ortamlarda ve içlerinde fononların oluşumunda - ses radyasyonunun kuantumunda - gözlenir.

Max Planck'ın 1900'deki keşfi ile Heinrich Hertz'in 1887'de keşfettiği fotoelektrik etkinin "kopyala-yapıştır" kombinasyonu nedeniyle, 1921'de Nobel Komitesi ödülü Albert Einstein'a verdi.

1) Bir oktav, tanımı gereği, keyfi bir frekans w ile onun 2w'ye eşit ikinci harmoniği arasındaki frekans aralığıdır.

Elektromanyetik radyasyon ölçeği geleneksel olarak yedi aralık içerir:

1. Düşük frekanslı titreşimler

2. Radyo dalgaları

3. Kızılötesi radyasyon

4. Görünür radyasyon

5. Ultraviyole radyasyon

6. Röntgenler

7. Gama radyasyonu

Bireysel radyasyonlar arasında temel bir fark yoktur. Hepsi yüklü parçacıklar tarafından üretilen elektromanyetik dalgalardır. Elektromanyetik dalgalar sonuçta yüklü parçacıklar üzerindeki etkileriyle tespit edilir. Boşlukta herhangi bir dalga boyundaki radyasyon 300.000 km/s hızla hareket eder. Radyasyon ölçeğinin bireysel bölgeleri arasındaki sınırlar oldukça keyfidir.

Farklı dalga boylarındaki radyasyonlar, üretim yöntemleri (anten radyasyonu, termal radyasyon, hızlı elektronların yavaşlaması sırasında radyasyon vb.) ve kayıt yöntemleri bakımından birbirinden farklılık gösterir.

Listelenen tüm elektromanyetik radyasyon türleri aynı zamanda uzay nesneleri tarafından da üretilir ve roketler, yapay Dünya uyduları ve uzay araçları kullanılarak başarıyla incelenir. Bu öncelikle atmosfer tarafından güçlü bir şekilde emilen X ışınları ve gama radyasyonu için geçerlidir.

Dalga boyu azaldıkça, dalga boylarındaki niceliksel farklılıklar önemli niteliksel farklılıklara yol açar.

Farklı dalga boylarındaki radyasyonların madde tarafından absorbe edilmeleri birbirinden büyük ölçüde farklılık gösterir. Kısa dalga radyasyonu (X ışınları ve özellikle g ışınları) zayıf bir şekilde emilir. Optik dalga boylarına karşı opak olan maddeler bu radyasyonlara karşı şeffaftır. Elektromanyetik dalgaların yansıma katsayısı aynı zamanda dalga boyuna da bağlıdır. Ancak uzun dalga ve kısa dalga radyasyonu arasındaki temel fark, kısa dalga radyasyonunun parçacık özellikleri sergilemesidir.

X-ışını radyasyonu

X-ışını radyasyonu- 8*10-6 cm'den 10-10 cm'ye kadar dalga boyuna sahip elektromanyetik dalgalar.

İki tür X-ışını radyasyonu vardır: Bremsstrahlung ve karakteristik.

Fren hızlı elektronların herhangi bir engel, özellikle de metal elektronlar tarafından yavaşlatılması durumunda meydana gelir.

Elektron bremsstrahlung'un sürekli bir spektrumu vardır ve bu, katılar veya sıvılar tarafından üretilen sürekli emisyon spektrumlarından farklıdır.

Karakteristik X-ışını radyasyonuçizgi spektrumu vardır. Karakteristik radyasyon, bir maddede yavaşlayan harici bir hızlı elektronun, iç kabuklardan birinde bulunan bir elektronu maddenin bir atomundan çekmesi sonucu ortaya çıkar. Daha uzaktaki bir elektron boşalan yere hareket ettiğinde bir X-ışını fotonu ortaya çıkar.

Alma cihazı röntgen- X-ışını tüpü.

Bir X-ışını tüpünün şematik gösterimi.

X - X ışınları, K - katot, A - anot (bazen antikatot olarak da adlandırılır), C - ısı emici, Ah- katot ısıtma voltajı, Ua- hızlanma voltajı, W girişi - su soğutma girişi, W çıkışı - su soğutma çıkışı.

Katot 1, termiyonik emisyon nedeniyle elektron yayan bir tungsten sarmaldır. Silindir 3, daha sonra metal elektrot (anot) 2 ile çarpışan elektronların akışına odaklanır. Bu durumda, X ışınları görünür. Anot ve katot arasındaki voltaj onlarca kilovolta ulaşır. Tüpte derin bir vakum yaratılır; içindeki gaz basıncı 10_о mm Hg'yi geçmez. Sanat.

Sıcak katot tarafından yayılan elektronlar hızlandırılır (ivme çok küçük olduğundan X-ışınları yayılmaz) ve anoda çarparlar, burada keskin bir şekilde yavaşlarlar (X-ışınları yayılır: bremsstrahlung olarak adlandırılır)

Aynı zamanda, anotun yapıldığı metal atomlarının iç elektron kabuklarından elektronlar dışarı atılır. Kabuklardaki boş alanlar atomun diğer elektronları tarafından işgal edilir. Bu durumda, anot malzemesinin belirli bir enerji karakteristiğine (karakteristik radyasyon) sahip X-ışını radyasyonu yayılır. )

X-ışınları kısa dalga boyu ve yüksek “sertlik” ile karakterize edilir.

Özellikler:

yüksek nüfuz etme yeteneği;

fotoğraf plakaları üzerindeki etki;

bu ışınların geçtiği maddelerde iyonlaşmaya neden olma yeteneği.

Başvuru:

X-ışını teşhisi. X ışınlarını kullanarak insan vücudunu “aydınlatabilirsiniz”, bunun sonucunda kemiklerin ve modern cihazlarla iç organların görüntüsünü elde edebilirsiniz.

Röntgen tedavisi

Ürünlerdeki kusurların (ray, kaynak vb.) X-ışını radyasyonu kullanılarak tespitine X-ışını kusur tespiti denir.

Malzeme bilimi, kristalografi, kimya ve biyokimyada, X-ışınları, X-ışını kırınımı saçılımını (X-ışını kırınımı) kullanarak atomik seviyedeki maddelerin yapısını aydınlatmak için kullanılır. İyi bilinen bir örnek, DNA yapısının belirlenmesidir.

Havalimanlarında X-ray televizyon introskopları aktif olarak kullanılmakta olup, tehlikeli nesnelerin monitör ekranında görsel olarak tespit edilmesi için el bagajı ve bagaj içeriklerinin görüntülenmesine olanak sağlamaktadır.

Dalga boyu veya ilgili dalga frekansı yalnızca dalgayı değil aynı zamanda elektromanyetik alanın kuantum özelliklerini de karakterize eder. Buna göre ilk durumda elektromanyetik dalga bu derste incelenen klasik yasalarla açıklanmaktadır.

Elektromanyetik dalgaların spektrumu kavramını ele alalım. Elektromanyetik dalgaların spektrumu, doğada var olan elektromanyetik dalgaların frekans bandıdır.

Artan frekans sırasına göre elektromanyetik radyasyon spektrumu:

Anten

1) Düşük frekanslı dalgalar (λ>);

2) Radyo dalgaları();

Atom
3) Kızılötesi radyasyon (m);

4) Işık radyasyonu();

5) X-ışınları();

Atom çekirdeği

6) Gama radyasyonu (λ).

Elektromanyetik spektrumun farklı kısımları, spektrumun bir veya başka kısmına ait dalgaları yayma ve alma biçimleri bakımından farklılık gösterir. Bu nedenle elektromanyetik spektrumun farklı bölümleri arasında keskin sınırlar yoktur, ancak her aralık kendi özellikleri ve doğrusal ölçek ilişkileriyle belirlenen yasalarının yaygınlığı tarafından belirlenir.

Radyo dalgaları klasik elektrodinamik tarafından incelenir. Kızılötesi ışık ve ultraviyole radyasyon hem klasik optik hem de kuantum fiziği tarafından incelenmektedir. X-ışını ve gama radyasyonu kuantum ve nükleer fizikte incelenir.

Kızılötesi radyasyon

Kızılötesi ışınlar, X ışınlarının, ultraviyole veya mikrodalga ışınlarının aksine insan vücudu için kesinlikle güvenlidir. Bazı hayvanlarda (örneğin yuva engerekleri), sıcak kanlı avın yerini vücudunun kızılötesi radyasyonuyla belirlemelerine olanak tanıyan duyu organları bile vardır.

Açılış

Başvuru

Kızılötesi spektrumda, insan vücudu üzerinde gerçekten benzersiz bir etkiye sahip olan, dalga boyları yaklaşık 7 ila 14 mikron (kızılötesi aralığın uzun dalga kısmı olarak adlandırılan kısım) olan bir bölge vardır. yararlı eylem. Kızılötesi radyasyonun bu kısmı, maksimum yaklaşık 10 mikron dalga boyunda olmak üzere insan vücudunun radyasyonuna karşılık gelir. Bu nedenle vücudumuz, dalga boylarına sahip her türlü dış radyasyonu "kendimizin" gibi algılar. Dünyamızdaki en ünlü doğal kızılötesi ışın kaynağı Güneş'tir ve Rusya'daki en ünlü yapay uzun dalga kızılötesi ışın kaynağı da Rus'tur. soba ve her insan kesinlikle kendi yararlı etkisini deneyimlemiştir.

Kızılötesi diyotlar ve fotodiyotlar uzaktan kumandalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. uzaktan kumanda, otomasyon sistemleri, güvenlik sistemleri, bazı cep telefonları vb. Kızılötesi ışınlar görünmez olmaları nedeniyle kişinin dikkatini dağıtmaz.

Kızılötesi yayıcılar endüstride boya yüzeylerini kurutmak için kullanılır. Kızılötesi kurutma yönteminin geleneksel konveksiyon yöntemine göre önemli avantajları vardır. Her şeyden önce bu elbette ekonomik bir etkidir. Kızılötesi kurutma sırasında tüketilen hız ve enerji, geleneksel yöntemlerle aynı göstergelerden daha azdır.

Kızılötesi ışın dedektörleri, kurtarma hizmetleri tarafından, örneğin depremlerden veya diğer doğal ve insan yapımı felaketlerden sonra enkaz altında yaşayan insanları tespit etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Olumlu bir yan etki de sterilizasyondur gıda ürünleri Boyalı yüzeylerin korozyon direncini arttırır.

Gıda endüstrisinde IR radyasyonunun kullanılmasının özel bir özelliği, bir elektromanyetik dalganın tahıl, tahıl, un vb. gibi kılcal gözenekli ürünlere 7 mm'ye kadar derinliğe kadar nüfuz etme olasılığıdır. Bu değer yüzeyin doğasına, yapısına, malzeme özelliklerine ve radyasyonun frekans özelliklerine bağlıdır. Belirli bir frekans aralığındaki bir elektromanyetik dalga, ürün üzerinde yalnızca termal değil aynı zamanda biyolojik bir etkiye de sahiptir ve biyolojik polimerlerdeki (nişasta, protein, lipitler) biyokimyasal dönüşümlerin hızlanmasına yardımcı olur.

Ultraviyole ışınları

Dünyadaki tüm yaşam, güneş radyasyonu spektrumundaki sert ultraviyole ışınların çoğunu emen, dünya atmosferinin ozon tabakası tarafından sert ultraviyole radyasyonun zararlı etkilerinden korunmaktadır. Bu doğal kalkan olmasaydı, Dünya Okyanusu'nun sularından Dünya'daki yaşamın ortaya çıkması pek mümkün olmazdı. Ancak koruyucu önlemlere rağmen ozon tabakası Sert ultraviyole ışınlarının bir kısmı Dünya yüzeyine ulaşarak, özellikle doğal olarak solgunluğa yatkın olan ve güneşte iyi bronzlaşamayan kişilerde cilt kanserine neden olabilir.

Keşif tarihi

Başvuru

Ciltte bronzlaşmaya neden olur ve D vitamini üretimi için gereklidir. Ancak aşırı maruz kalma cilt kanserinin gelişmesine yol açabilir. UV radyasyonu gözlere zararlıdır. Bu nedenle suda ve özellikle dağlarda karda koruyucu gözlük takılması zorunludur.

Belgeleri sahteciliğe karşı korumak için genellikle yalnızca ultraviyole ışık altında görülebilen ultraviyole etiketlerle donatılırlar. Çoğu pasaport ve çeşitli ülkelerin banknotları, ultraviyole ışıkta parlayan boya veya iplik şeklinde güvenlik unsurları içerir.

Birçok mineral, ultraviyole ışıkla aydınlatıldığında görünür ışık yaymaya başlayan maddeler içerir. Her safsızlık kendi yolunda parlar, bu da belirli bir mineralin bileşimini parıltının doğasına göre belirlemeyi mümkün kılar.

X-ışını radyasyonu

Fiş

Hızlanma-yavaşlama sürecinde elektronun kinetik enerjisinin sadece %1'i x-ışını radyasyonuna girer, enerjinin %99'u ısıya dönüşür.

Açılış

Dikkatli bir inceleme, Roentgen'e "güneşin görünür ve ultraviyole ışınlarına ve ışınlara karşı şeffaf olmayan siyah kartonun" olduğunu gösterdi. elektrik arkı, enerjik floresansa neden olan bazı ajanlar tarafından nüfuz edilmiştir. Roentgen, kısaca "X-ışınları" adını verdiği bu "ajan"ın çeşitli maddeler üzerindeki nüfuz gücünü inceledi. Işınların kağıt, ahşap, ebonit ve ince metal katmanlarından serbestçe geçtiğini ancak kurşun tarafından büyük ölçüde geciktirildiğini keşfetti.

Şekil Crookes'un katot ışınıyla yaptığı deney

Daha sonra sansasyonel bir deneyimi anlatıyor: "Elinizi deşarj tüpü ile ekran arasında tutarsanız, elin kendi gölgesinin soluk çizgisinde kemiklerin koyu gölgelerini görebilirsiniz." Bu, insan vücudunun ilk floroskopik incelemesiydi. Roentgen ayrıca ilk röntgen filmlerini de aldı ve bunları broşürüne ekledi. Bu resimler büyük etki yarattı; keşif henüz tamamlanmamıştı ve X-ışını teşhisi yolculuğuna çoktan başlamıştı. İngiliz fizikçi Schuster, "Laboratuvarım, vücudunun farklı yerlerinde iğne olduğundan şüphelenen hastaları getiren doktorlarla doluydu" diye yazdı.

İlk deneylerden sonra Roentgen, X ışınlarının katot ışınlarından farklı olduğunu, yük taşımadıklarını ve manyetik alan tarafından saptırılmadıklarını, ancak katot ışınları tarafından heyecanlandıklarını kesin olarak tespit etti. Roentgen şöyle yazdı: "...X-ışınları katot ışınlarıyla aynı değildir, ancak onlar tarafından deşarj tüpünün cam duvarlarında uyarılırlar" diye yazdı Roentgen.

Şekil İlk X-ışını tüpüyle deney

Ayrıca sadece camda değil metallerde de heyecanlandıklarını tespit etti.

Katot ışınlarının "esirde meydana gelen bir olay olduğu" yönündeki Hertz-Lennard hipotezinden bahseden Roentgen, "bizim ışınlarımız için de benzer şeyleri söyleyebiliriz" diye belirtiyor. Ancak ışınların dalga özelliklerini keşfedemedi; "şimdiye kadar bilinen morötesi, görünür ve kızılötesi ışınlardan farklı davranıyorlar." Roentgen'e göre kimyasal ve ışıldayan etkilerinde, bunlar benzerdir. ultraviyole ışınları. İlk mesajında, bunların eterde boylamsal dalgalar olabileceğine dair sonradan vazgeçtiği varsayımını dile getirdi.

Başvuru

Ürünlerdeki kusurların (ray, kaynak vb.) X-ışını radyasyonu kullanılarak tespitine X-ışını kusur tespiti denir.

İçin kullanılır teknolojik kontrol mikroelektronik ürünler ve elektronik bileşenlerin tasarımındaki ana kusur türlerini ve değişiklikleri tanımlamanıza olanak tanır.

Malzeme biliminde, kristalografide, kimyada ve biyokimyada, X-ışınları, X-ışını kırınım saçılımını kullanarak atomik seviyedeki maddelerin yapısını aydınlatmak için kullanılır.

X ışınları kullanılarak bir maddenin kimyasal bileşimi belirlenebilir. Havaalanlarında X-ray televizyon introskopları aktif olarak kullanılmakta olup, tehlikeli nesnelerin monitör ekranında görsel olarak tespit edilmesi için el bagajı ve bagaj içeriklerinin görüntülenmesine olanak sağlamaktadır.

X-ışını tedavisi, radyasyon tedavisinin terapötik uygulamanın teorisini ve pratiğini kapsayan bir bölümüdür. X-ışını tedavisi esas olarak yüzeysel tümörler ve cilt hastalıkları dahil diğer bazı hastalıklar için gerçekleştirilir.

Biyolojik etkiler

Çözüm:

Kuantum elektrodinamiğinin yardımıyla, elektromanyetik radyasyonu yalnızca elektromanyetik dalgalar olarak değil, aynı zamanda bir foton akışı, yani elektromanyetik alanın temel kuantum uyarımını temsil eden parçacıklar olarak da düşünmek mümkündür. Dalgaların kendileri uzunluk (veya frekans), polarizasyon ve genlik gibi özelliklerle karakterize edilir. Ayrıca dalga boyu ne kadar kısa olursa parçacık özellikleri de o kadar güçlü olur. Bu özellikler, 1887'de G. Hertz tarafından keşfedilen fotoelektrik etki (elektronların ışığın etkisi altında bir metalin yüzeyinden çıkması) olgusunda özellikle açıkça ortaya çıkar.

Bu ikilik Planck'ın ε = hν formülüyle doğrulanmaktadır. Bu formül, bir kuantum özelliği olan foton enerjisi ile bir dalga özelliği olan salınım frekansını birbirine bağlar.

Frekans aralığına bağlı olarak çeşitli türlerde elektromanyetik radyasyon açığa çıkar. Her ne kadar bu türler arasındaki sınırlar oldukça keyfi olsa da, dalgaların boşluktaki yayılma hızı aynı olduğundan (299.792.458 m/s'ye eşit), dolayısıyla salınım frekansı elektromanyetik dalganın uzunluğuyla ters orantılıdır.

Elektromanyetik radyasyon türleri, üretilme şekillerine göre farklılık gösterir:

Aksine fiziksel farklılıklar olsun, tüm elektromanyetik radyasyon kaynaklarında radyoaktif madde Bir akkor lamba veya bir televizyon vericisi, bu radyasyon ivmeyle hareket eden elektrik yükleri tarafından uyarılır. İki ana kaynak türü vardır . "Mikroskobik" kaynaklarda Yüklü parçacıklar atom veya moleküllerde bir enerji seviyesinden diğerine atlarlar. Bu tür yayıcılar gama, x-ışını, ultraviyole, görünür ve kızılötesi ve bazı durumlarda daha da uzun dalga boylu radyasyon yayarlar (ikincisinin bir örneği, hidrojen spektrumunda 21 cm dalga boyuna karşılık gelen çizgidir ve bu çizgi bir dalga boyu oynar). Radyo astronomisinde önemli bir rol). İkinci türün kaynaklarıçağrılabilir makroskobik . İçlerinde iletkenlerin serbest elektronları senkronize periyodik salınımlar gerçekleştirir.

Kayıt yöntemleri farklılık gösterir:

Görünür ışık göz tarafından algılanır. Kızılötesi radyasyon ağırlıklı olarak termal radyasyondur. Termal yöntemlerle ve kısmen fotoelektrik ve fotografik yöntemlerle kaydedilir. Ultraviyole radyasyon kimyasal ve biyolojik olarak aktiftir. Bir takım maddelerin fotoelektrik etkisine, floresansına ve fosforesansına (parlamasına) neden olur. Fotografik ve fotoelektrik yöntemlerle kaydedilir.

Ayrıca aynı medya tarafından farklı şekilde emilir ve yansıtılırlar:

Farklı dalga boylarındaki radyasyonların madde tarafından absorbe edilmeleri birbirinden büyük ölçüde farklılık gösterir. Kısa dalga radyasyonu (X ışınları ve özellikle g ışınları) zayıf bir şekilde emilir. Optik dalga boylarına karşı opak olan maddeler bu radyasyonlara karşı şeffaftır. Elektromanyetik dalgaların yansıma katsayısı aynı zamanda dalga boyuna da bağlıdır.

Aynı radyasyon yoğunluğuna sahip biyolojik nesneler üzerinde farklı etkileri vardır:

Etkiler farklı türler insan vücudundaki radyasyon farklıdır: gama ve x-ışını radyasyonu ona nüfuz ederek doku hasarına neden olur, görünür ışık gözde görsel bir his yaratır, kızılötesi radyasyon, insan vücuduna düşer, onu ısıtır ve radyo dalgaları ve düşük frekanslı elektromanyetik salınımlar insan vücudu ve hiç hissedilmez. Bu bariz farklılıklara rağmen, tüm bu radyasyon türleri aslında aynı olgunun farklı yönleridir.