Шкала электромагнитных колебаний

Шкала электромагнитных колебаний

Читайте также:

  1. Абсолютна шкала
  2. Биологическое действие электромагнитных излучений
  3. Биологическое действие электромагнитных полей радиочастот
  4. Взаимодействие электромагнитных волн с атмосферой и различными веществами на поверхности Земли
  5. Воздействие электромагнитных полей на организм человека
  6. Е) наводки от внешних электромагнитных полей.
  7. Излучение и прием электромагнитных волн.
  8. Источники внешних электромагнитных влияний. Опасные и мешающие влияния на цепи связи.
  9. Краткие сведения о квантовых электромагнитных излучениях
  10. Лекция 15. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Фазовая и групповая скорости электромагнитных волн. Нормальная и аномаль­ная дисперсии. Электронная теория дисперсии.
  11. Лекция № 21. Влияние на человека электромагнитных полей и (неионизирующих) излучений
  12. Линии передачи электромагнитных волн СВЧ-диапазона

По мере развития науки и техники были обнаружены различные виды излучений: радиоволны, видимый свет, рентгеновские лучи, гамма- излучение. Все эти излучения имеют одну и ту же природу. Они являются электромагнитными волнами. Разнообразие свойств этих излучений обусловлено их частотой (или длиной волны). Между отдельными видами излучений нет резкой границы, один вид излучения плавно переходит в другой. Различие свойств становится заметным только в том случае, когда длины волн различаются на несколько порядков.

Для систематизации всех видов излучений составлена единая шкала электромагнитных волн:

Шкала электромаг­нитных волн это непрерывная после­довательность частот (длин волн) электромагнитных излучений. Разбиение шкалы ЭМВ на диапазоны весьма условное.

Известные электромагнитные волны охватывают огромный диапазон длин волн от 10 4 до 10 -10 м . По способу получения можно выделить следующие области длин волн:

1. Низкочастотные волныболее 100 км (10 5 м). Источник излучения — генераторы переменного тока

2. Радиоволны от 10 5 м до 1 мм. Источник излучения — открытый колебательный контур (антенна) Выделяются области радиоволн:

ДВ длинные волны — более 10 3 м,

СВ средние — от 10 3 до 100 м,

КВ короткие — от 100 м до 10 м,

УКВ ультракороткие — от 10 м до 1 мм;

3 Инфракрасное излучении (ИК) 10 –3 -10 –6 м. Область ультракоротких радиоволн смыкается с участком инфракрасных лучей. Граница между ними условная и определяется способом их получения: ультракороткие радиоволны получают с помощью генераторов (радиотехнические методы), а инфракрасные лучи излучаются нагретыми телами в результате атомных переходов с одного энергетического уровня на другой.

4. Видимый свет 770-390 нм Источник излучения – электронные переходы в атомах. Порядок цветов в видимой части спектра, начиная с длинноволновой области КОЖЗГСФ. Излучаются в результате атомных переходов с одного энергетического уровня на другой.

5. Ультрафиолетовое излучение (УФ) от 400 нм до 1 нм. Ультрафиолетовые лучи получают с помощью тлеющего разряда, обычно в парах ртути. Излучаются в результате атомных переходов с одного энергетического уровня на другой.

6. Рентгеновские лучи от 1 нм до 0,01 нм. Излучаются в результате атомных переходов с одного внутреннего энергетического уровня на другой.

7. За рентгеновскими лучами идет область гамма-лучей (γ)с длинами волн менее 0,1 нм. Излучаются при ядерных реакциях .

Область рентгеновских и гамма-лучей частично перекрывается, и различать эти волны можно не по свойствам, а по методу получения: рентгеновские лучи возникают в специальных трубках, а гамма-лучи испускаются при радиоактивном распаде ядер некоторых элементов.

По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению веществом. Коэффициент отражения веществом электромагнитных волн также зависит от длины волны.

Электромагнитные волны отражаются и преломляются согласно законам отражения и преломления.

Для электромагнитных волн можно наблюдать волновые явления — интерференции, дифракции, поляризации, дисперсии.

| следующая лекция ==>
Принципы радиосвязи | Интерференция света

Дата добавления: 2014-01-06 ; Просмотров: 15653 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Сегодня мы расскажем, что такое электромагнитные колебания, как их открыли и почему они настолько важны в жизни людей.

Мрамор и свет

Как ни странно, история изучения фотонов света началась в Древней Греции. Любопытство ученых ушедших эпох заставляло их задавать вопросы:

  1. Что такое материя?
  2. Почему дерево отличается от камня?
  3. Как живые существа видят?
  4. Чем солнце отличается от луны?

Но инструменты древнего мира были весьма примитивными. Человеку приходилось опираться на собственные чувства, а выводы делать исключительно с помощью абстрактных умозаключений. Один ученый заметил, что мраморные плиты, на которые ступают много ног, со временем изменяют форму. Ступени на всех общественных зданиях, например, храмах, форумах, стадионах приходилось периодически менять. А значит, каждая нога уносит какую-то частицу камня с собой. Понимание, что вещество состоит из мельчайших частиц, привело к такому понятию, как «электромагнитные колебания».

Читайте также:  Секс после операции простаты

Электричество и компас

В 1820 году датский ученый Эрстед обнаружил, что магнит меняет положение полюсов рядом с включенным в сеть проводником. Компас люди использовали веками, электричество было недавним открытием. Наличие связи между ними стало на тот момент сенсацией. Опыты продолжил Фарадей. Этот ученый не только доказал тесную связь между магнитными и электрическими полями, но еще и установил: ток вызывает оба поля. Таким образом, было выяснено, что электромагнитные колебания генерируются движущимися зарядами.

Свойства электромагнитных волн

Еще позже, в начале двадцатого века, ученым пришлось признать: кванты электромагнитного поля одновременно и волны, и частицы. Как материальные объекты, они обладают массой и передают импульс. Но фотоны – необычные частицы. Масса покоя у них отсутствует. То есть фотоны существуют исключительно в движении сквозь пространство. Как только их поглощает вещество, они теряют свою индивидуальность.

Как волны, электромагнитные колебания имеют следующие свойства:

Наиболее часто встречающийся пример фотонов – свет.

Свет и цвет

Обычно при слове «свет» люди представляют потоки солнечных лучей. На взгляд человека они лишены цвета. Но длина волны и период электромагнитных колебаний задают оттенок. Почему же тогда лампа или солнце кажутся белыми? Этот эффект обусловлен смешением фотонов из всего спектра излучения источника. Когда электромагнитное излучение генерирует энергосберегающая лампа, свет человеку кажется «теплым» или «холодным», но белым. А на самом деле смесь газов испускает целый спектр фотонов с разной длиной волны.

Шкала волн: от Рентгена до радио

В зависимости от длины волны все электромагнитные волны разделены на несколько областей. Шкала электромагнитных колебаний включает в порядке уменьшения длины волны:

  1. Радиоволны. Именно они передают нам звуки музыки, новости и фильмы. Речь идет не об интернет-каналах, а о традиционных радио и телевидении.
  2. Терагерцовое (или микроволновое) излучение. До недавнего времени этот диапазон не выделялся из радиоволн. Генераторов терагерцовых волн просто не было. Но сейчас они существуют и приносят пользу: сканеры в аэропортах и на вокзалах используют именно этот диапазон. Такое излучение не вредно для человека, и оно хорошо выделяет железные объекты в сумках и пакетах путешественников.
  3. Инфракрасное (или тепловое) излучение. Любое тепло переносится этими волнами. Костер, свеча, солнце, люди – это генераторы. Некоторые пустынные животные обладают инфракрасным зрением. Как правило, это ночные хищники, способные выделить более теплые тела живых существ на фоне остывших камней и песка.
  4. Видимый спектр. Все цвета радуги, которые способен воспринимать человеческий глаз, относятся к данной области. На всей шкале видимый спектр занимает очень маленькую долю. Непонятно, почему эволюционный механизм присвоил нам способность видеть именно так.
  5. Ультрафиолетовые волны. Загар человек получает именно благодаря им. Они полезны, ибо смертельно опасны: ультрафиолет эффективно убивает бактерии и микроорганизмы. А вот недостаток ультрафиолетовых лучей (например, у народов Севера) может вызвать серьезные проблемы со здоровьем.
  6. Рентгеновские волны. Излучаются либо при торможении очень быстрых электронов, либо при «выбивании» электрона с внутренней оболочки большого атома. Полезны для исследования структуры вещества.
  7. Гамма-лучи. Производятся при ядерной реакции.

Электромагнитные волны дальше ультрафиолетового диапазона вредны для человека. Однако есть гипотеза, что без них жизнь не смогла бы зародиться.

Рамки и горизонты

Не стоит думать, что раз есть шкала, в ней все четко и понятно. Границы диапазонов размыты. Например, рентгеновское излучение от гамма-лучей отличается только источником происхождения, а частоты спектров сильно перекрываются. Видимый спектр называется так потому, что эти длины волн способен воспринимать человеческий глаз. Но ведь все люди разные. Некоторые видят чуть больше красного, кто-то – фиолетового. Видимый спектр – это усредненная величина. Как и все человеческое, это понятие не лишено погрешностей.

Читайте также:  Противовирусные препараты от вич

Есть у глаза свойство спектральной чувствительности. Максимум лежит в области зеленого цвета, а края шкалы воспринимаются хуже. Поэтому края радуги кажутся размытыми, нечеткими. Капли воды во время дождя преломляют электромагнитное излучение всех длин волн, что испускает Солнце. Но человек видит только маленький отрезок этой шкалы. Тем более удивительно, что научное знание преодолело эти границы. Телескопы на орбите Земли видят инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-волны, которые испускают далекие галактики, черные дыры и квазары.

Шкала электромагнитных волн или излучений представляет собой ряд диапазонов электромагнитных волн, которые распределяются в соответствии с частотой. Распространяющиеся в пространстве периодически изменяющиеся вихревые электрическое и магнитное поля представляют собой электромагнитные колебания.

Общее понятие

Свойства электромагнитных колебаний открыты в начале XIX века английским ученым Д. К. Максвеллом. Физик считал, что электромагнитные волны перпендикулярны направлению распространения волны, ее скорости. Но электромагнитное поле существует отдельно от указанных выше двух. Магнитное и электрическое поля, взаимодействуя друг с другом, действуют на заряженные частицы поверхности волнового фронта, создают поле, существующее независимо, обладающее собственными свойствами.

Электромагнитные волны могут распространяться в разных средах, в том числе и в вакууме. Само поле — материя, которая распространяется в среде. Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме равна скорости света, т. е. 3*10 в 8 степени м/с. Значение не затухает, проходя через пространство, постоянно.

Шкала электромагнитных излучений показывает, как один качественный вид излучений переходит в другой по мере того, как изменяются взаимосвязанные количественные показатели частоты, длины волны. Один из видов диапазонов излучений — видимый свет.

Дополнительные цвета спектра

Спектр видимого света содержит как основные, так и дополнительные цвета. Каким образом можно получить дополнительные цвета? Их получение основано на опыте И. Ньютона, который в 1671 году, используя призму, разложил белый луч солнечного света на спектр: последовательно расположенные красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый цвета.

Дополнительные цвета спектра получаются разными способами:

  1. Если разделить спектр на две части (красно-оранжево-желтую и зелено-сине-фиолетовую), две смеси из трех первых и трех вторых дадут два цвета. Особенность последних такова, что если собрать их вместе линзой, снова получается белый.
  2. Если физически закрыть в спектре один цвет, затем собрать линзой оставшиеся цвета, полученный цвет будет дополнительным по отношению к закрытому. Например, если закрыть зеленый, соберется красный, закрывая желтый — фиолетовый. Красный цвет будет дополнительным к зеленому, а фиолетовый — к желтому.

Замкнув последовательность цветов спектра в круг, получим схему, называемую спектральным кругом.

Первичные дополнительные цвета:

  • красный и зеленый;
  • желтый и фиолетовый;
  • синий и оранжевый.

Таблица 1. Дополнительные цвета.

Выделенная часть Красная Оранжевая Желтая Желто-зеленая Зеленая Голубовато-зеленая
Цвет смеси оставшихся лучей Голубовато-зеленый Голубой Синий Фиолетовый Пурпурный Красный

При смешении дополнительных цветов, что доказано опытным путем, чистый цвет получить уже невозможно — любая примесь дополнительного цвета к основному снижает насыщенность.

Спектр солнечного излучения

Солнце — источник жизни на планете, источник излучения, солнечного света, несущего энергию.

В электромагнитный спектр солнечного света включаются три разных вида волн:

  • ультрафиолетовое излучение;
  • видимый свет;
  • инфракрасное излучение.

Первый последовательный вид обладает наиболее низкими частотами и относительно длинной волной, последний — высокими частотами и короткой волной.

Видимая часть спектра

Д. К. Максвелл сделал вывод, что видимый свет — один из видов электромагнитных излучений, спектр видимого солнечного света состоит из семи цветов. Человек может увидеть, как в призме, преломляясь, свет распадается на семь цветов, может любоваться преломленным в каплях дождя светом, глядя на радугу.

Цвета распределены на шкале в соответствии с частотой и на шкале занимают маленький отрезок, умещаются в сравнительно небольшом диапазоне, но это все, что можно увидеть глазами. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, с меньшими и большими значениями, уже недоступны человеческому зрению.

В радуге один цвет постепенно переходит в другой согласно определенной последовательности, отображающей распределение цветов при разделении луча видимого света белого цвета. Свойства цвета (красного, синего, желтого) определяются свойствами длины соответствующих волн.

Видимая часть солнечного спектра — часть спектра, которая при воздействии на орган зрения вызывает зрительные ощущения. Наиболее сильные отзывы в человеческом глазу вызывает желто-зеленый луч, остальные менее чувствительны. Лучи, видимые глазу, обладают длиной волны в пределах 400–760 нм. Глазу доступны некоторые более длинноволновые и более коротковолновые лучи при их достаточной интенсивности.

Читайте также:  Осложнения после эпидуральной анестезии при родах

Свет важен для человека. Раздражая орган зрения, свет активизирует обмен веществ, улучшает самочувствие, вдохновляет, способствует повышению работоспособности. Можно заметить, что недостаточное освещение приводит к снижению активности, на предприятиях приводит к ошибкам, производственным травмам.

Шкала электромагнитных излучений

Отличаясь друг от друга количественно, электромагнитные волны определенным образом могут быть получены с использованием приборов. Существуют естественные и искусственные источники явления. Помимо приборов и источников волн на Земле, электромагнитные волны излучаются и космическими объектами.

Низкочастотные волны, радиоволны, инфракрасное световое излучение, оптическое излучение, рентгеновские спектры, невидимые излучения гамма — различные участки условной шкалы, показывающей области λ — области длин волн.

Таблица спектра электромагнитных излучений

Название Частота Длина волн Источники, Космические источники
Низкочастотные излучения более 10000м 0-30 кГц Генератор переменного тока, домашняя и офисная электротехника, ЛЭП и др. Магнитное поле Земли
Радиоволны 1мм-10000м 30кГц-300ГГц Переменный ток в колебательном контуре, полупроводниковые приборы Солнце, планеты и малые тела Солнечной системы, облака межзвездного газа, реликтовое излучение на ранней стадии расширения Вселенной, квазары
Инфракрасное световое излучение 1мм-780нм 300ГГц-429ТГц Тепловые источники, лазер, ртутно-кварцевая лампа Солнце, межзвездная и околозвездная пыль, реликтовое излучение на ранней стадии расширения Вселенной, планеты, малые тела Солнечной системы
Видимое излучение световое 780-380нм 429-750ТГц Лампа накаливания, пламя, молния, лазер Солнце, другие звезды (с температурой 10-100 тысяч градусов)
Ультрафиолетовое излучение 380-10нм 7,5*1000000000000000-3*100000000000000000Гц Углеродная дуга Солнце, горячие Звезды, высокотемпературная плазма
Рентгеновское излучение 10-5*10в-3 степени нм 3*100000000000000000-6*100000000000000000000Гц Рентгеновская трубка Солнце, нейтронные звезды и, возможно, черные дыры, шаровые звездные скопления, к внегалактическим источникам – квазары, отдаленные галактики и их скопления.
Гамма-излучение менее 5*10 в 3 степени нм более 6*100000000000000000000 Гц Атомные ядра, Кобальт-60 Солнце, фоновое Космическое излучение, некоторые пульсары (нейтронные звезды), сверхновые звезды, Млечный Путь, области галактического центра, многих галактик и квазаров

Чувствительность человеческого глаза
Одно из главных свойств электромагнитных волн является степень их поглощения веществом. Различие можно обнаружить между длинноволновыми и коротковолновыми излучениями. Первые поглощаются с гораздо большей интенсивностью, чем коротковолновые, однако обладают дополнительным свойством: при поглощении обнаруживают свойства частиц.

Преобразуя энергию, идущую от источника видимого светового диапазона, в зрительной системе человек получает сигналы из окружающей среды. Свет попадает на сетчатку глаза, возбуждает фоторецепторы, от которых сигнал передается в нейронные связи коры головного мозга, находящиеся в затылочной доле коры больших полушарий. В головном мозге в результате подобных преобразований формируется зрительный образ.

Развиваясь эволюционно, человеческий глаз сформировался наилучшим образом для восприятия солнечного света. В результате зрительный орган современного человека улавливает электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 400–750 нм (видимое излучение). От более низковолновых излучений (ультрафиолета) глаз защищен областью хрусталика с низкой прозрачностью.

Определение спектральных границ чувствительности глаза

Зная законы преломления света, можно опытным путем определить спектральную чувствительность глаза. Основной инструмент — дифракционная решетка с определенным периодом.

Луч света, проходя через решетку, попадает на сетчатку. Глаз играет роль линзы, собирающей лучи в пучок, результат зависит от угла луча. Опыт доказывает, что чувствительность человеческого глаза совпадает с диапазоном видимого света по шкале.

Электромагнитная природа света

На заре изучения природы света до открытия электромагнитных световых волн существовали различные мнения. Так, история открытия гласит, что из рассуждений И. Ньютона развилась теория о свете как о потоке частиц, квантов, об электрических колебаниях, а из рассуждений Х. Гюйгенса — волновая теория света.
Согласно квантовой теории, от источников энергии атомов последняя передается веществу, то же происходит и с энергией квантов. Волны светового спектра излучений обладают квантовыми свойствами.

Электромагнитная природа света была доказана и описана при помощи формул Д. К. Максвеллом.

Теоретическое исследование природы электромагнитных излучений принесло несомненную пользу человечеству. Явление стало применяться в медицине, быту, радиовещании и многих других областях.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector