3) Преломление;
78. Метод измерения толщины образца, при котором ультразвуковые колебания изменяемой частоты излучаются в исследуемый материал, называется:
2) магнитострикционный метод.
3) резонансный метод.++
4) теневой метод.
79. При контроле резонансным методом основной резонанс наблюдается при толщине образца, равной:
1) ½ длины волны ультразвука;++
2) длине волны ультразвука;
3) ¼ длины волны ультразвука;
4) удвоенной длине волны ультразвука.
80. Метод контроля, в котором ультразвук, излучаемый одним преобразователем, проходит сквозь объект контроля и регистрируется другим преобразователем на противоположной стороне объекта, называется:
1) метод поверхностных волн;
2) метод углового пучка;
3) теневой метод;++
4) метод прямого пучка.
81. Сдвиговые волны чаще всего применяются для:
1) обнаружения дефектов в сварных швах и трубах;++
2) обнаружения дефектов в тонких листах;
3) дефектоскопии клеевых соединений в сотовых панелях;
4) измерения толщин.
82. В какой из приведеных пар сред доля прошедшей энергии максимальна
(промежуточные слои отсутствуют )?
83. В какой среде скорость ультразвука является наименьшей?
4) нержавеющая сталь.
84. В каком материале скорость распространения ультразвука будет наибольшей?
85. Для каких видов волн скорость распространения ультразвука в стали является максимальной?
1) продольные волны;++
2) Сдвиговые волны;
3) Поверхностные волны;
4) скорость распространения ультразвука одинакова для всех видов волн.
86. Волны Лэмба могут быть использованы для испытаний:
4) тонких листов.++
87. Упругие колебания низких (до 20 кГц) частот используются при контроле:
2) импедансным методом;
3) методом свободных колебаний;
88. При использовании эхо-импульсного метода толщину измеряют по:
1) времени прохождения ультразвукового импульса удвоенной толщины объекта и известной скорости звука в нем;++
2) собственной частоте объекта и известной скорости звука в нем;
3) коэффициенту отражения ультразвукового импульса от объекта;
4) длине ультразвуковой волны.
89. Способ контроля, использующий два направленных в одну сторону и расположенных на одной линии на постоянном расстоянии друг от друга преобразователя поперечных волн с одинаковыми углами наклона, называется:
1) дифракционно-временным способом;
2) способом тандема++
3) дельта способом;
4) способом дуэт.
90. Способ контроля, основанный на излучении в сварной шов наклонным преобразователем поперечной волны и приеме другим преобразователем отраженной от дефекта трансформированной продольной волны, называется:
1) дифракционно-временным способом;
2) способом тандем;
3) дельта способом;++
4) способом дуэт.
91. При контроле прямым контактным преобразователем глубину залегания h отражателя в материале со скоростью звука с определяют по времени t задержки эхосигнала относительно начала цикла по формуле:
92. При контроле наклонным преобразователем поперечными волнами для расчета глубины залегания дефекта по времени прихода эхосигнала необходимо знать:
1) время задержки сигнала в призме преобразователя;
2) угол ввода луча;
3) скорость поперечной волны в материале объекта контроля;
93. Факторами, ухудшающими условия ультразвукового контроля, являются:
1) грубозернистая структура материала;
2) кривизна поверхности объекта контроля;
3) шероховатость поверхности объекта контроля;
94. С увеличением затухания материала и толщины изделия рабочую частоту контроля:
3) на выбор частоты эти параметры не влияют;
4) выбор частоты определяется другими факторами.
95. С увеличением частоты ультразвука требования к чистоте обработки поверхности ввода объекта контроля:
3) требования зависят в основном от материала изделия;
4) требования не зависят от чистоты обработки.
96. В стандартных образцах предприятия (СОП) для настройки аппаратуры при работе продольными волнами используют преимущественно отражатели типа:
1) бокового отверстия;
2) плоскодонного отверстия;++
4) прямоугольного паза.
97. Угловым отражателем называют:
1) отражатель, образованный сквозным цилиндрическим отверстием и плоскостью, причем ось отверстия перпендикулярна этой плоскости;
2) отражатель в виде плоского кругового сегмента, плоскость которого перпендикулярна грани образца;
3) отражатель, образованный взаимно перпендикулярными плоскостями;++
4) ни один из перечисленных.
98. Систему кривых, отображающих зависимость амплитуды эхосигнала от диаметра дискового отражателя, расстояния до него, диаметра пьезоэлемента и частоты ультразвука, называют:
1) SKH диаграммой;
3) АРД диаграммой;++
4) разверткой типа Р.
99. АРД диаграмму используют для:
1) измерения глубины залегания выявленных дефектов:
2) оценки размеров выявленных дефектов;++
3) оценки затухания ультразвука;
4) измерения длины волны.
100. Какое утверждение является правильным в соответствии с ГОСТ 17102?
1) дефект — несплошность в материале изделия;
2) дефект — это каждое отдельное несоответствие ОК требованиям, установленным нормативной документацией;++
3) дефект — всякое отклонение качества изделия;
4) дефект — всякое отклонение свойств изделия от установленных требований, ухудшающее его качество.
101. Крупный дефект округлой формы, характерный в основном для отливок, называется:
3) шлаковым включением;
102. Нарушение сплошности в виде разрыва металла называют:
4) шлаковым включением.
103. Группа мелких округлых газовых пузырьков в материале называется:
2) шлаковым включением;
104. Дефект в виде инородного материала (например, шлака) называется:
105. Неоднородность химического состава материала, вызывающее скачкообразное изменение его акустических свойств, называется:
106. Несплавлением (непроваром) называют:
1) множественное включение мелких пор.
2) включения инородного материала, например шлака.
3) зоны отсутствия сплавления между основным и наплавленным металлом в корне или по кромке шва;++
4) заполненные газом пузыри округлой формы.
107. Несплошности делятся на компактные и протяженные в зависимости от величины следующей характеристики:
3) условной протяженности;++
108. Дефект в виде разницы между фактическим заполнением металлом сварного шва и требуемым его заполнением называется:
3) горячей трещиной;
109. Дефект в виде отсутствия связи между металлом сварного шва и основным металлом или между очередными слоями сварного шва называют:
4) горячей трещиной.
110. Дефект в виде углубления по линии сплавления сварного шва с основным металлом называют:
3) подрезом зоны сплавления;++
4) горячей трещиной.
111. Обнаруживаемые эхо-методом дефекты должны иметь линейный размер составляющий по крайней мере:
1) половину длины волны.++
2) длину волны излучения.
4) несколько длин волн.
112. Эквивалентная площадь дефекта это:
1) площадь реального дефекта измеренная при его вскрытии;
2) площадь плоскодонного отверстия ,дающего такую же максимальную амплитуду эхо- сигнала , что и реальный дефект;
3) площадь плоскодонного отверстия, дающего такую же максимальную амплитуду эхо- сигнала и залегающего на той же глубине и в том же материале, что и реальный дефект;++
4) площадь модели несплошности без учета ее координат.
113. Компактным дефектом называют дефект, условная протяженность
Lд которого соотносится с условной протяженностью ненаправленного отражателя Lо , расположенного на той же глубине, что и дефект:
114. Коэффициент формы Кф дефекта измеряют при включении преобразователей по:
1) совмещенной схеме;
4) совмещенной и тандем-схеме.
115. Коэффициент формы Кф дефекта информативен:
1) при любой толщине контролируемого изделия;
2) если толщина контролируемого изделия больше 15 мм;
3) если толщина контролируемого изделия меньше 10 мм;
4) если толщина контролируемого изделия больше 40 мм.++
116. Величина отраженной энергии определяется:
1) размерами неоднородности;
2) ориентацией неоднородности;
3) типом неоднородности;
117. При измерении толщин ультразвуковым эхо-методом могут иметь место значительные ошибки, если:
1) частота, при которой производится измерение, колеблется около
основного своего значения;
2) скорость распространения ультразвуковых колебаний
значительно отличается от предполагаемой величины для данного материала;++
3) в качестве контактной жидкости используется вода;
4) ни один из вышеприведенных факторов не приводит к ошибкам.
118. Укажите соотношение между амплитудой эхо-сигналов от моделей
дефектов, расположенных на одной глубине , одинакового размера, но
1) Ац > А с; Ад > Аc;++
119. При оценке размеров дефектов по АРД диаграмме опорный уровень эхо-сигнала соответствует:
1) боковому отверстию;
2) прямоугольному пазу;
3) плоскодонному отражателю;++
120. Если при контроле сварного шва наклонным преобразователем получены индикации, показанные на рисунке, то наиболее вероятным типом дефекта является:
1) точечный дефект;++
2) протяженный дефект с неровной поверхностью;
3) протяженный дефект с гладкой поверхностью;
4) группа дефектов.
121. Какими волнами лучше выявлять трещины, перпендикулярные внутренней поверхности, в том числе в тонкостенных трубах?
1) продольными (прямым ПЭП);
2) поперечными (наклонным ПЭП);
3) волнами Лэмба;
122. Для ультразвукового контроля сварных соединений из ферритных сталей толщиной от 8 мм до 100 мм рекомендуется применять частоты:
123. При оценке допустимости дефекта сварного шва решение принимают с учетом:
1) условной протяженности дефекта;
2) амплитуды эхосигнала;
3) частоты ультразвука;
124. Последовательность этапов выполнения НК конкретного ОК называется:
2) технологической картой;
4) техническим заданием.
125. Техническое задание (спецификация) на НК обычно:
1) утверждается вышестоящей организацией;
2) согласовывается с национальным комитетом по стандартам;
3) согласовывается с заказчиком и содержит ссылки на национальные стандарты или нормы;++
126. Документ, содержащий результаты контроля конкретного объекта контроля, называется:
1) технологической картой;
2) актом контроля;++
127. Составление инструкций относится к компетенции специалиста:
1) первого уровня;
2) второго уровня;
3) третьего уровня;
128. Оценивать результаты контроля и их соответствие стандартам и другим нормативным документам уполномочен специалист:
1) первого уровня;
2) второго уровня;
3) третьего уровня;
129. Отчет (акт) о результатах контроля должен содержать информацию о:
1) типе ультразвукового дефектоскопа, его заводском номере и изготовителе;
2) номинальной частоте, угле ввода и индивидуальном номере ПЭП;
3) данные о использованных СОП;
Какие из электромагнитных волн в приведённой выше таблице имеют минимальную частоту? минимальную длину волны?
Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.
решение вопроса
Связанных вопросов не найдено
Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.
поделиться знаниями или
запомнить страничку
- Все категории
- экономические 43,679
- гуманитарные 33,657
- юридические 17,917
- школьный раздел 612,652
- разное 16,911
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
- Обратная связь
- Правила сайта
Какие волны имеют наименьшую длину. Электромагнитное излучение в различных диапазонах длин волн. Понятие о парниковом эффекте
Спонтанные мутации довольно редки. Частоту мутаций увеличивают мутагены. К самым мощным мутагенам относятся некоторые виды излучений. В 1927 году Герман Мюллер, экспериментировавший с дрозофилой, и Л. Дж. Стэдлер, экспериментировавший с кукурузой, независимо друг от друга обнаружили, что если подвергнуть организмы действию излучения, то частота мутаций увеличится. Мюллер разработал метод обнаружения новых рецессивных летальных мутаций, сцепленных с полом, то есть мутаций на Х-хромосоме, которые детальны для имеющей такую Х-хромосому зиготы. Свой метод он использовал для определения мутагенного воздействия излучения.
Различные виды излучения составляют так называемый «электромагнитный спектр». Существует инверсная инверсия между длиной волны и частотой, при которой чем меньше длина волны, тем больше ее частота и, следовательно, энергия будет. Конечно, наш глаз имеет пределы, поэтому мы можем воспринимать только очень ограниченный диапазон электромагнитного спектра в диапазоне от 400 до 700 нанометров, называемый «видимым полем». Это не фиксированное правило, но высокая индикация: у конкретных субъектов может быть несколько более широкое или немного более широкое поле, чем приведенные выше значения, например, для восприятия длин волн 300 нм.
Следует несколько слов сказать о различных видах излучения. Самый известный вид — электромагнитное, к которому причисляют и обычный свет. Это излучение состоит из небольших частичек энергии (фотонов), которые ведут себя как одновременно движущиеся электрическая и магнитная волны:
Каждая волна обладает определенной длиной; чем короче длина волны, тем больше энергия излучения. Электромагнитный спектр включает в себя видимый свет с длиной волн приблизительно от 400 (фиолетовый) до 800 (красный) нанометров:
Поле видимости включает в себя все ощутимые цвета человеческого глаза между красным и фиолетовым. Максимальная чувствительность глаз совпадает с зеленью. Однако, как сказано, есть длины волн, намного превосходящие или меньшие, чем у видимого поля. Большие длины волн, расположенные за красным спектром видимого спектра, соответствуют «инфракрасному излучению», «микроволнам» и «радиоволнам», разделенным на короткие волны, средние волны и длинные волны. Все эти излучения характеризуются низкой частотой и, следовательно, более низким переносом энергии, чем видимое поле.
Ультрафиолетовый свет обладает несколько меньшей, а инфракрасный — большей длиной волны. Инфракрасные волны и микроволны могут нагревать вещество, как, например, в микроволновых печах и тепловых лампах. Теле- и радиосигналы переносятся электромагнитными волнами с еще большей длиной волны. Они обладают достаточной энергией, чтобы заставлять электроны двигаться по электронным схемам наших теле- и радиоприемников.
Нижние длины волн, расположенные за пределами фиолетовой области видимого спектра, соответствуют «ультрафиолетовому излучению», «рентгеновским лучам» и «гамма и космическим лучам», которые закрывают нижнюю часть спектра. Эти излучения характеризуются высокой частотой и, следовательно, большей энергией.
Ультрафиолетовое излучение и риски для здоровья
Подведем итог сказанному в следующей таблице. Для считывания символов частоты и длины волны с учетом следующих международных сокращений. Напротив, частота той же волны такова, что за одну секунду она составляет около 428 млрд. Колебаний. В отношении рисков, связанных с воздействием солнца, давайте теперь сосредоточимся на ультрафиолетовом излучении, которое, как мы видели, находится за пределами видимого поля.
Видимый свет имеет достаточно энергии, поглощаемой электронами разного рода молекул. Мы видим свет, потому что определенные пигменты в наших глазах воспринимают электромагнитные волны такой длины. Цвет зависит от молекул, которые поглощают электромагнитные волны одной длины и отражают волны другой длины. (Растения, например, имеют зеленый цвет, потому что пигмент хлорофилл поглощает волны красного и синего цветов, энергия которых используется для метаболизма растений; волны зеленого цвета он отражает.) Получив дополнительную энергию, молекула может вступить в разного рода химические процессы. Ультрафиолетовые волны обладают большей энергией, чем видимый свет, поэтому они вызывают серьезные химические повреждения, включая мутации. Однако основная часть ультрафиолетовых лучей никогда не достигает поверхности планеты, так как ее поглощает защитный озоновый слой атмосферы. Серьезную озабоченность вызвало открытие, что сверхзвуковые самолеты и фторуглеводо-роды в аэрозольных баллончиках разрушают озон и что это произошло со значительной частью озонового слоя Земли. Причем уменьшение озонового слоя способно привести к гораздо худшим последствиям, нежели повышенная частота рака кожи у людей. Сейчас использование фторуглеводородов крайне ограничено и контролируется международными соглашениями.
Фактически, хотя длины волн более 700 нанометров не создают проблем со здоровьем, более низкие длины волн могут оказаться очень вредными для кожи. Раньше считалось неправильным и долгое время могло быть вредно только излучение ниже 300 нанометров, например, появление опухолей. Фактически, вся область ультрафиолетового излучения должна быть адекватно защищена.
Давайте теперь посмотрим, как защитить себя от рисков, связанных с воздействием солнца. Ответственный ходок заботится о солнце, ограничивая воздействие ультрафиолетового излучения. Стоит вспомнить несколько пунктов. Поэтому совершенно неверно думать, что загар моря формируется быстрее в море: на самом деле происходит обратное. Кроме того, присутствие снега, воды или светлой породы отражает дальнейшее излучение, усиливая еще больший эффект. Следует также отметить, что количество излучения, достигающего земли, зависит от того, насколько высока солнце на горизонте; поэтому самыми тяжелыми моментами являются центральные часы дня в летние месяцы.
Электромагнитное излучение с длиной волны от 10 -8 до 10 -11 м называется рентгеновским. Гамма-излучение — электромагнитное излучение с еще меньшей длиной волны. Его источником служат ядра некоторых элементов. Энергия рентгеновских волн настолько велика, что они выбивают электроны из атома или молекулы, превращая атом или молекулу в положительно заряженный ион. Поэтому это излучение называют также ионизирующим. Оно приводит к серьезным последствиям. Свободные электроны проносятся по всей клетке, вышибая электроны из других атомов, и поглощаются другими атомами. Ионы способны вступать в различные химические реакции. Рентгеновские лучи бывают «жесткими» и «мягкими», в зависимости от энергии и последствий.
В этих часовых поясах особенно важно защитить себя. Ранним утром и на закате риск намного меньше того факта, что солнечная радиация должна проходить через более толстые атмосферы и, таким образом, работать как «фильтр». Важно помнить о применении солнечных защитников, повторяя приложение каждые 2 — 3 часа, чтобы обеспечить его эффективность.
Облака, состоящие из водяного пара, отражают солнечную радиацию, даже позволяя ей проходить через ее часть. Однако воздействие ультрафиолетового излучения остается высоким с очень чистым и сухим воздухом, поэтому с синим небом. Это условие, которое происходит легко в горах северной Италии, когда течения находятся на севере. В этих случаях воздух может быть сжат сжатием, что дает приятное ощущение, что даже в этой ситуации не возникает ожог.
Корпускулярное излучение, или радиация, отличается от электромагнитного. Оно состоит из субатомных частиц с очень большой энергией, которые испускаются радиоактивными атомами. Бета-частицы — это высокоэнергетичные электроны; альфа-частицы — группа из двух протонов и двух нейтронов. В повседневной жизни мало кому приходится сталкиваться с большой радиацией, кроме ученых, исследующих радиоактивные вещества в лабораториях, но все мы постоянно подвержены воздействию фонового излучения. Во-первых, существует небольшое излучение радиоактивных элементов Земли. Во-вторых до поверхности Земли доходит часть космического излучения, представляющего собой потоки электромагнитных волн и частиц в космическом пространстве. Данные табл. 14.1 показывают количество фонового излучения, которое обычно получает человек за год. Для сравнения приведены дозы излучений от искусственных источников — от терапевтических и диагностических приборов до атомных электростанций и люминесцентных циферблатов.
Даже те, у кого есть оливковое масло, следует использовать соответствующие солнцезащитные средства. Пока вы остаетесь на солнце, шапки все еще должны быть приняты. Это не тот случай, когда в выходные дни происходят серьезные повреждения, такие как эритема и ожоги. Поэтому дневные экскурсии требуют особого внимания, зная, как защитить.
Повторим пункт 5: колпачки всегда должны применяться. Покраснение кожи является признаком повреждения: возвращение к солнцу без защиты означает дальнейшее усугубление ситуации. Вспомним, что находиться вблизи большой отражающей поверхности, такой как снежное поле, подвергается ультрафиолетовому облучению в два раза больше, чем обычно.
Таблица 14.1 Примерные дозы излучений
За исключением медицинских приборов для рентгеноскопии, искусственное излучение относительно невелико и сравнимо с естественным.
Объявление: По разделу составлена презентация “Всеволновая астрономия” – может использоваться как составляющая часть комбинированного занятия в качестве пособия с применением телекоммуникационных технологий для занятий по программе элективного курса “Астрономия в цифрах и образах”, а также на занятиях по астрономии и физики.
Инфракрасные излучения испускаются любым «горячим» телом и, обратно, где они поглощаются телом, приводят к развитию тепла; Эти тепловые свойства являются общими для всего электромагнитного излучения, но более чувствительны к инфракрасному излучению, которое также называют тепловым излучением. Инфракрасное излучение связано с переходами между колебательными энергетическими уровнями молекул. Чтобы составить эффективный способ исследования молекулярных структур и сетчатые ссылки. Инфракрасное излучение также используется для различных технических применений.
В процессе подготовки презентации по данной теме принимала участие Монастырёва Альвина, ученица 11-го класса, в качестве выполнения творческого задания по данному разделу. По разделу составлены тесты для проверки степени усвоения изучаемого материала.
Цель: обобщение, углубление и систематизация материала о диапазонах электромагнитных излучений и формирование представления “Всеволновая астрономия”.
Развитие инфракрасных технологий позволило применять многочисленные применения в различных областях, включая физику атмосферы и метеорологию, экологию, геологию и океанографию для изучения наземных ресурсов, медицина для ранней диагностики некоторых опухолей, опознавательных знаков и борьбы с преступностью, а также многочисленных военных применений. Поэтому необходимо проводить инфракрасные наблюдения с очень сухих и холодных участков, чтобы уменьшить содержание водяного пара, присутствующего на вертикальной поверхности участка.
– Обобщение и углубление астрофизических понятий о методах астрономии и способах регистрации электромагнитного излучения космических тел;
– Аналитическое изучение истории создания представлений о всеволновой астрономии;
– Формирования представления о способах и методах изучения небесных тел и явлений;
– Формирование представлений о взаимосвязи наук о природе и развитие логического мышления.
По этой причине инфракрасные наблюдатели расположены в высоких горах или в районах пустынного климата; даже в этих местах можно делать инфракрасные наблюдения только в так называемых атмосферных окнах: спектральные области вдали от длин волн переходов водяного пара. Чтобы делать наблюдения в полосах, отличных от этих окон, вы должны принести телескоп на большую часть атмосферного водяного пара, устанавливая его на плоскости, стратосферном шаре, ракете или спутник. Инфракрасные телескопы имеют некоторые особенности, которые отличает их от оптических телескопов.
Оборудование: Фотографии небесных тел и систем телескопов, презентация «Всеволновая астрономия» и тест «Шкала электромагнитного спектра».
Презентация используется как составляющая часть занятия, для закрепления и проверки степени усвоения новой информации – тест.
Историческая справка: шкала электромагнитного спектра и оптические телескопы.
Чем выше длина волны, тем больше потребность в больших телескопах для достижения разумных угловых разрешений. К счастью, самая широкая длина волны наблюдения позволяет использовать зеркала с более высокой шероховатостью поверхности и меньшей точностью, чем в оптическом корпусе.
Инфракрасное излучение приведено в следующих примерах: космический космический фон; Межзвездные пылевые зерна в молекулярных облаках и протопланетных объектах. Выброс инфракрасных линий распространен в межзвездной среде, где возникают энергетические переходы атомов, ионов и молекул, возбуждаемые столкновениями или ударными волнами. Плотность межзвездной среды чрезвычайно низка: атом возбуждается при столкновении имеет все время, чтобы упасть либо радиационный, перед прохождением последующего столкновения, излучающие линии должны быть достигнуты в лабораторной плотности не наблюдается.
Вселенная насыщена светом. Свет – это так называемый видимый диапазон, который воспринимается нами с помощью органа зрения – глаза. Свет, как известно, представляет собой электромагнитные волны. Понятие “свет” используется в оптике в более широком смысле. Сюда включают электромагнитные волны не только видимого, но и смежных диапазонов. Ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение образуют так называемую оптическую область спектра. Выделение такой области обусловлено не только близостью соответствующих участков спектра, но и общностью методов и приборов, используемых для их исследования.
Инфракрасные наблюдения объектов солнечной системы. Объекты солнечной системы нагреваются солнечным излучением при температуре, которая зависит от их расстояния от Солнца и их альбедо. Огромное поле — изучение состава планетарных атмосфер с помощью инфракрасной спектроскопии. Наблюдалось присутствие метана, этана и аммиака в атмосферах гигантских планет, а также изучение движений и структуры облаков, а также сезонные изменения атмосферного давления и температуры.
Аналогичным образом изучен состав пород и порошков, образующих планетарные кольца и фасцию астероидов. Ядра гигантских молекулярных облаков — места, где формируются новые звезды; в видимом, они глубоко затушеваны облаками пыли: инфракрасные наблюдения являются единственным средством исследования этих регионов.
Для измерения длин волн в оптическом диапазоне используются единицы длины 1 нанометр (нм) и 1 микрометр (мкм): 1 нм = 10 –9 м = 10 –7 см = 10 –3 мкм.
Специалисты часто используют более мелкие единицы: микрометр (1 мкм = 10 -6 м) или ангстрем (1Å=10 -10 м). Например, длина волны жёлтого света приблизительно равна 5800Å. Оптический спектр ограничен с одной стороны рентгеновскими лучами, а с другой – микроволновым диапазоном радиоизлучения.
Межзвездная пыль широко распространена по всей плоскости нашей Галактики, и ее коэффициент поглощения сильно уменьшается по мере увеличения длины волны. Для, например, видимый свет, идущий от далекой звезды в плоскости нашей Галактики также ослабляется на 20 величин, в то время как 2 μ м длина волны излучения той же звезды только ослабляется в 8 раз: наблюдения в я. поэтому у них есть замечательная способность исследовать объекты, сильно затененные пылью. Межзвездный порошок нагревается звездным светом при температурах между 5 и 50 К: ожидается, что тот же абсорбирующий порошок в видимой области является источником излучения в дальней инфракрасной области спектра.
Видимый свет занимает диапазон приблизительно от 400 нм до 780 нм или от 0,40 мкм до 0,78 мкм. Из всех видов космического электромагнитного излучения к поверхности Земли сквозь ее атмосферу проходят, практически не ослабевая, только видимый свет, близкое (коротковолновое) инфракрасное излучение и часть спектра радиоволн.
Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. Квантовые и волновые свойства в этом случае не исключают, а дополняют друг друга. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко – при больших. И наоборот, квантовые свойства ярче проявляются при больших частотах и менее ярко – при малых. Чем меньше длина волны, тем ярче проявляются квантовые свойства, а чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства.
Результаты показали, что порошок распределен очень нерегулярно в нитевидных облаках. Собранные данные также показали, что в диффузной межзвездной пыли сосуществуют несколько компонентов: нормальные зерна диаметром 0, 1 мкм, состоящие из силикатов, графита или аморфного углерода; «Микрогранулы» размером порядка 50 Å и полициклические ароматические молекулы.
Галактика, содержащая межзвездный порошок, является сильным инфракрасным источником. Подавляющее большинство этих объектов состоят из эволюционирующих спиралей с большим количеством межзвездного порошка. Сильная инфракрасная яркость является показателем текущих процессов звездообразования. Было обнаружено явление звездообразования: короткие периоды быстрого интенсивного образования звезд в сочетании с очень высокой инфракрасной яркостью. Крайний — это переход доминирующего режима теплового к нетепловому излучению.
XVII век по праву называют “золотым веком оптики”. В это время были открыты новые свойства света, изобретены телескоп и микроскоп. Было доказано, что свет и радиоволны представляют собой поперечные колебания электрического и магнитного поля. Волны отличаются одна от другой амплитудой и длиной . Амплитуда – мера интенсивности света. Длина волны λ есть расстояние между двумя последовательными максимумами или минимумами. В настоящее время установлено, что весь диапазон видимого и невидимого света простирается как в область очень коротких длин волн, так и в область очень длинных радиоволн – в несколько километров – это так называемая шкала электромагнитных волн (Слайд 2). Свет коротких волн создаёт ощущение фиолетового цвета, более длинные волны кажутся красными. Глаз чувствителен к очень небольшому диапазону длин волн – от 4 · 10 -7 м фиолетовой области до 7 · 10 -7 м в красной области. Самыми ощутимыми для глаза являются желто-зеленые лучи (Слайд 3 ).
Далеко. является спектральной областью, в которой Вселенная особенно прозрачна, а затем можно наблюдать более старые и более старые источники. Поэтому ожидается, что инфракрасное излучение из всех эволюционных фаз Вселенной будет иметь сильное излучение. Большое значение имеет наблюдение излучения космического фона при 2, 7 К: излучение черного тела, исходящее из плазменной фазы, пересеченной Вселенной в первые миллионы лет после большого взрыва. Наблюдение этого излучения является одной из основ стандартной космологической теории большого взрыва.
До 1609 года изучение небесных тел проводилось невооружённым глазом. В 1609 году Г.Галилей впервые применил оптический телескоп для исследования небесных тел и сделал ряд открытий: (Слайд 4). Но первые телескопы Галилея были далеки от совершенства: первая труба телескопа давала всего лишь трёхкратное увеличение (Слайд 5). После усовершенствования телескопа Галилей имел трубу с 30-кратным увеличением.
Задача телескопа – «уловить » слабый световой поток от звёзд (Слайд 6–7). Чтобы уловить свет далёких звёзд, необходимо было увеличить площадь зрачка – в этом заключалась первоначальная задача телескопа. Поэтому телескоп можно охарактеризовать такой величиной, как «входное отверстие » для света звёзд – объектив , характеристикой которого является диаметр (D). Объектив – та часть телескопа, которая «смотрит» на объект. Ту часть телескопа, к которой прикладывается глаз наблюдателя, называют окуляром (от слова «око»). Объектив строит изображение объекта (Луны, планет) или участков звёздного неба в фокальной плоскости. Окуляр, выполняющий роль лупы, позволяет приблизиться к изображению этого объекта и рассматривать его под большим углом, чем сам объект. Следующее важное свойство телескопа – увеличить угол , под которым мы наблюдаем небесное тело. Увеличение (n x) телескопа зависит от фокусного расстояния объектива (F) и фокусного расстояния используемого окуляра(f): ð n x = F/f. Или его можно определить как отношение угловых расстояний: ð n x = ρ /β , где ρ – угловое расстояние, на котором находятся, например, две звезды, рассматриваемые в телескоп и β – то же самое расстояние между звёздами при наблюдении невооружённым глазом.
В настоящее время на вооружении астрономов имеются оптические телескопы с диаметром объектива более 10 м (Слайды 8–10 ) и разрабатываются проекты более крупных телескопов ( Слайд 11). Земная атмосфера очень сильно поглощает излучение, поэтому вынос телескопа за пределы атмосферы (Слайды 12) позволил расширить возможности оптических телескопов. Создание космических телескопов стало возможным только после 1957 г.
Инфракрасное излучение и радиоволны небесных тел.
В 1800 году первооткрыватель планеты Уран и признанный отец звездной астрономии сэр Уильям Гершель заметил, что солнечный свет, пройдя через цветной фильтр, меняет свою нагревающую способность. Он разложил солнечные лучи в спектр с помощью стеклянной призмы и поместил в каждую цветовую зону одинаковые термометры (Слайд 13 ). Столбик термометра, освещенного красными лучами, поднялся выше остальных, а самым низким оказалось показание термометра, освещенного фиолетовым светом. Для контроля Гершель поставил градусники и по обе стороны границ видимого светового поля. К его изумлению, максимально нагрелся термометр в темной зоне вблизи красного участка. Гершель понял, что обнаружил невидимые глазу лучи, и вскоре установил, что они отражаются и преломляются подобно видимому свету. Он назвал это излучение калорифическим, то есть тепловым; позднее его переименовали в инфракрасное (infra по латыни означает “ниже”). Инфракрасные лучи испускает любое нагретое тело, даже если оно не светится для глаза. Человек, например, излучает электромагнитные волны λ = 9 Ÿ 10 -6 м.
Диапазон инфракрасных волн заключен между 7 000 Å и 5 000 000 Å. 5 000 000 Å – это уже полмиллиметра.
Итак, диапазон тепловых лучей гораздо шире, чем видимый спектр. Земная атмосфера пропускает небольшую часть инфракрасного излучения. Наблюдения в ИК-лучах можно выполнять при помощи наземных телескопов, установленных высоко в горах, со стратостатов и даже с высотных самолётов. С развитием космической техники телескопы стали размещать на спутниках.
Началом инфракрасной астрономии считается первый обзор неба, проведенный в ИК-диапазоне международной космической обсерваторией “IRAS ” (InfraRed Astronomical Survey). Обсерватория вышла на околоземную орбиту в 1983 г. и проработал на орбите год (Земля и Вселенная, 1994, № 1). За это время учёным удалось многое узнать об инфракрасной Вселенной и о Солнечной системе, частности, были открыты шесть новых комет и пылевой диск вокруг Веги. Существенно большими возможностями обладала запущенная в 1989 г. на околоземную орбиту американская космическая обсерватория “COBE ” (Cоsmic Background Explorer) (Слайд 14). С ее помощью удалось, получить четкое ИК-изображение всего Млечного Пути (Слайд 15–16) и построить модель галактического диска, измерив, в частности, расстояние от плоскости Галактики до Солнца (около 40 св. лет).
Еще большую длину имеют радиоволны. Это – длинноволновый конец электромагнитного спектра (Слайд 17) . Радиоволны, как и видимый свет, представляют собой электромагнитные колебания, но длина волны у них неизмеримо больше, чем у световых волн. Радиоастрономы обычно работают в диапазоне длин волн от нескольких миллиметров до 15–20 м . Радиоволны в значительной степени проходят сквозь земную атмосферу, и лишь некоторые из них, которые называют короткими, отражаются от ионизованного слоя земной атмосферы. Многие объекты Вселенной, включая Солнце, планеты, туманности, галактики, и в особенности такие необычные объекты, как, например, пульсары и квазары, излучают радиоволны. Но от изобретения радио до открытия космического радиоизлучения прошло несколько десятилетий. Причина в том, что радиоизлучение космических объектов исключительно слабое, поэтому для его исследования необходимы очень чувствительные приборы и огромные приёмные антенны (Слайд18).
Впервые космическое радиоизлучение обнаружил в 1931 г. американский инженер Карл Янский. Поэтому для выражения спектральной плотности потока излучения в радиоастрономии применяется внесистемная единица Янский, 1 Ян = 10 -26 Вт/(м 2 Гц). В 1933 г. Янский установил, что это радиоизлучение исходит от Млечного Пути. На это открытие обратил внимание американский радиоинженер Гроут Рёбер. Рёбер составил первую радиокарту неба и обнаружил, что излучает весь Млечный Путь, но наиболее сильно – его центральная часть. Радиоизлучение Солнца в сантиметровом диапазоне было открыто в 1942–1943 годах. Однако планомерное развитие радиоастрономии началось после Второй Мировой войны. Открытие небесных источников радиоизлучения привело к тому, что в конце 40 – начале 50-х годах началось строительство и установка в астрономических обсерваториях радиотелескопов для приема радиоизлучения небесных объектов.
Радиотелескопы состоят из антенны и чувствительного радиоприемника с усилителем Доходящее до Земли радиоизлучение подавляющего большинства небесных тел настолько мало, что для его приема необходимы антенны с полезной площадью в тысячи и десятки тысяч квадратных метров (Слайд 19).
Разрешающая способность, или, разрешение телескопа – это его способность разделить сигналы от двух близких по направлению источников. Минимальный угол (в радианах) между такими источниками определяется отношением длины волны излучения к диаметру телескопа: Р = λ/D. Если антенна диаметром 300 м используется для наблюдения на волне длиной 1 м, то ее разрешение составляет около 1/300 радиана или 11 угловых минут. Это заметно хуже, чем у глаза (около 1 угловой минуты) и намного хуже, чем у крупных оптических телескопов (менее 1 угловой секунды). Для увеличения разрешающей способности стремятся использовать антенны большого диаметра на короткой длине волны. Чтобы существенно увеличить угловое разрешение, радиоастрономы используют интерферометры. Простой радиоинтерферометр состоит из двух радиотелескопов, удаленных на некоторое расстояние. Разрешающая сила такой системы определяется уже не диаметром антенны каждого телескопа, а расстоянием между ними, которое называется базой радиоинтерферометра.
Часто для ее улучшения один объект наблюдают синхронно целой системой радиотелескопов, содержащей несколько десятков антенн, разнесенных иногда на тысячи километров (Слайд 20–22). Некоторые известные радиотелескопы являются также радиолокаторами, например 305-метровый телескоп в Аресибо (Слайд 18). Другие радиотелескопы используют как радары, посылая мощный сигнал и принимая отраженный от объекта импульс. Это позволяет точно определять расстояние до планет и астероидов, измерять их скорость и даже строить карту поверхности.
Радиоастрономические исследования позволяют: а) изучать космические объекты, исследование которых другими методами дает весьма ограниченные сведенья об их физической природе; б) проводить ряд наблюдений днем и в плохую погоду, а также ориентироваться по радиоисточникам; в) радиолокационными методами можно уточнить расстояния до Луны, планет и Солнца, а также исследовать метеоры.
Радиотелескопы бывают ультрафиолетовые, рентгеновские, инфракрасные, гамма телескопы. С соответствующими приемниками их могут запускать на орбитальные станции за пределы земной атмосферы. Они улавливают излучение и передают данные для обработки на Землю. Данные обрабатываются электронно-вычислительными машинами, которые могут выводить результаты на видеоэкран, хранить и строить изображения в условных цветах
Астрономы считают, что в течение последней четверти века радиоастрономия дала для познания Вселенной не меньше, чем классическая астрономия за все предыдущие столетия. В этом диапазоне было обнаружено доказательство расширения Вселенной по обнаружению реликтового излучения.
Внеатмосферная астрономия.
Огромный объём информации о космосе целиком остаётся за пределами земной атмосферы. Большая часть инфракрасного и ультрафиолетового диапазона, а также рентгеновские и гамма-лучи космического происхождения недоступны для наблюдений с поверхности Земли. Для того чтобы изучать Вселенную в этих лучах, необходимо вынести наблюдательные приборы в космос. Наблюдения астрономических объектов с помощью приборов, поднятых за пределы земной атмосферы на борту геофизических ракет или искусственных спутников, называют внеатмосферными наблюдениями.
Излучение, длина волны которого короче видимых лучей фиолетового цвета, называют ультрафиолетовым . Ультрафиолетом считают электромагнитные волны с длиной волны от 100 Å до 7 000 Å. Это излучение вредно для живых организмов, но оно не проходит сквозь атмосферу Земли. Озоновый слой активно поглощает небезопасные лучи. Диапазон ультрафиолетового излучения находится на электромагнитном спектре излучений на частотах между видимым светом и диапазоном рентгеновских и гамма-лучей. Человеческий глаз не видит ультрафиолетовое излучение, т.к. роговая оболочка глаза и глазная линза поглощают ультрафиолет. Источником ультрафиолетового излучения в галактиках являются газовые облака, внутри которых находятся недавно родившиеся массивные звезды, излучающие преимущественно в ультрафиолетовой области спектра. Ультрафиолетовые фотографии небесных объектов делаются в космосе при помощи специальных телескопов. Примером такого телескопа является 50-сантиметровое зеркало космического телескопа “Галекс” (Слайд 23), созданного для сканирования неба в поисках источников ультрафиолетового излучения. Миссия “Галекс” имеет две основные цели: изучение образования и жизни звезд во Вселенной и изучение галактик в ультрафиолетовом диапазоне. Для изучения белых карликов, имеющих температуру поверхности порядка 100 000 К, требуются наблюдения в ультрафиолетовом и мягком рентгеновском диапазонах.
За один раз “Галекс” охватывает область неба диаметром 1,2 градуса. Это – два угловых диаметра полной Луны (Слайд 24). Осмотр тысяч соседних галактик чувствительными ультрафиолетовыми “глазами” телескопа позволил определить три десятка галактик, которые сильно светятся в ультрафиолете (Слайд 25) , и имеют большое сходство с юными галактиками, образованными всего несколько миллиардов лет тому назад. Это значит, что образование галактик продолжается и теперь. Это сенсационное открытие заставит заново пересмотреть все модели эволюции Вселенной.
В конце XIX в. немецкий физик Вильгельм Рентген открыл невидимые лучи, названные в его честь рентгеновскими. Длины волн лучей Рентгена заключены между 0,1 Å и 100 Å. Но рентгеновские лучи вредны живым организмам. Они обладают большой проникающей способностью и атмосфера Земли им не помеха. Защищает Землю магнитосфера. Она задерживает многие опасные излучения космоса. В астрономии рентгеновские лучи чаще всего вспоминаются в разговорах о черных дырах, нейтронных звездах и пульсарах. При аккреции вещества вблизи магнитных полюсов релятивистской звезды выделяется огромная энергия, которая и излучается в рентгеновском диапазоне. Мощные вспышки на Солнце также являются источниками рентгеновского излучения (Слайды 26–27). Видимая поверхность Солнца разогрета примерно до 6 тысяч градусов, что соответствует видимому диапазону излучения. Однако корона, окружающая Солнце, разогрета до температуры более миллиона градусов и потому светится в рентгеновском диапазоне спектра.
Рентгеновский телескоп “Чандра” (Chandra X-ray Observatory) вышел в космос в 1999 года. Он должен был наблюдать рентгеновские лучи, исходящие из областей, где есть очень высокая энергия, например, в областях звездных взрывов (Слайд 28). Несмотря на то, что сейчас в космос запущено более десятков аппаратов, ведущих наблюдения в рентгеновском диапазоне (включая телескоп Ньютон Европейского космического агентства), Чандра остается крупнейшим и наиболее эффективным.
Для сравнения потока рентгеновского излучения от космических источников также применяется еще одна внесистемная единица – Краб. Это поток излучения в заданном спектральном интервале от одного конкретного источника – Крабовидной туманности, или Краба (Слайд 29). Такой выбор определяется относительной стабильностью этого источника, поскольку, в отличие от подавляющего большинства остальных рентгеновских источников, пульсар в Крабе не входит в двойную систему и у него отсутствуют эффекты, связанные с орбитальным движением, а поэтому отсутствует и выраженная переменность. Кроме того, Краб является одним из ярчайших рентгеновских источников на небе. По этим причинам Краб служит естественным калибровочным источников для приборов, работающих в космосе. Поскольку спектры рентгеновских источников могут существенно отличаться от спектра Краба, то сравнение потоков, выраженных в Крабах, имеет смысл только в том случае, если эти потоки были измерены в одном и том же спектральном диапазоне, например, сравниваются данные одного и того же прибора по разным источникам.
1 Краб составляет примерно 16,4 кэВ/(с см²) .
Самое коротковолновое – это γ – излучение, которое испускают атомные ядра.
Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Гамма излучение было открыто французским ученым Полем Вилларом в 1900 году . Изучая излучение радия в сильном магнитном поле, Виллар обнаружил коротковолновое электромагнитное излучение, не отклоняющееся, как и свет, магнитным полем. Оно было названо гамма – излучением.
Аппарат, на борту которого находятся несколько инструментов для наблюдений в гамма-диапазоне, назван в честь итальянско-американского физика Энрико Ферми, и официально теперь именуется как Космический гамма-телескоп имени Ферми (Слайд 30). В настоящее время наиболее чувствительными приемниками света являются приборы с зарядовой связью (ПЗС – матрицы), позволяющие регистрировать отдельные кванты света (Слайд 33). Они представляют собой сложную систему полупроводников, в которых используется внутренний фотоэффект.
Вывод. Ещё недавно внеатмосферная астрономия была уделом мечтателей. Теперь она превратилась в развивающуюся отрасль науки. Результаты, полученные на космических телескопах, без малейшего преувеличения перевернули многие наши представления о Вселенной. При помощи современных телескопов астрономы наблюдают объекты, находящиеся на расстоянии около 15 млрд. световых лет, т.е. масштабы мира ”выросли” в 5 – 10 15 раз. Космические аппараты позволяют проводить исследования во всех диапазонах длин волн электромагнитного излучения (радио, инфракрасный, оптический, ультрафиолетовый, рентгеновский и γ – лучах) – (Слайд34–35). Поэтому современную астрономию называют всеволновой наукой.
Закрепление изученного материала проводилось в форме самостоятельной и практической работ: решение задач по определению характеристик телескопов и тестирования.
Тест для закрепления.
1. Как собирается информация на современных телескопах?
А) Глазом; Б) Фотоплёнкой; В) ПЗС – матрицей; Г) Плёнкой.
2. Какое из перечисленных электромагнитных излучений имеет наибольшую длину волны?
А) Инфракрасное; Б) Видимое; В) Ультрафиолетовое; Г) Рентгеновское.
3. Термин “всеволновая астрономия” означает:
А) прозрачность земной атмосферы для всех волн электромагнитного излучения, приходящего из космоса;
Б) изучение небесных объектов во всем диапазоне шкалы электромагнитного спектра;
В) изучение невидимых диапазонов электромагнитного спектра у небесных светил.
4. Внесистемная единица, используемая для выражения плотности потока излучения в радиоастрономии:
А) Электрон-вольт; Б) Джоуль; В) 1 Ян.
5. Инфракрасное излучение впервые открыл:
А) Э.Хаббл; Б) Г. Галилей; В) В. Гершель; Г) А. Пензиас.
6. Какой вид электромагнитных волн имеет наименьшую частоту?
А) Рентгеновские; Б) Ультрафиолетовые; В) Инфракрасные; Г) Радиоволны.
7. Внесистемная единица, используемая для выражения плотности рентгеновского излучения от космических источников
А) Кило-ЭлектронВольт; Б) Джоуль; В) 1 Краб.
8. Какова разрешающая способность глаза?
А) 1 угловая секунда; Б) 1 угловая минута; В) 10 угловых минут; Д) 1 градус.
9. Чтобы уменьшить разрешающую силу телескопа, нужно:
А) Увеличить фокусное расстояние окуляра;
Б) Увеличить фокусное расстояние объектива; В) Увеличить диаметр объектива;
Д) Увеличить фокусное расстояние окуляра и диаметр объектива.
10. Исключите одно открытие, которое не было сделано Галилеем:
А) Горы на Луне; Б) Фазы Венеры; В) Атмосфера Венеры; Д) Спутники у Юпитера.
11. Преимуществом космических телескопов перед наземными является то, что…
А) у них меньше Масса;
Б) им не требуются источники энергии;
В) на них не влияют колебания атмосферы; Г) они не страдают от свечения атмосферы.
12. Солнце излучает большую часть электромагнитной энергии в…
А) радио – и ИК-диапазонах;
Б) ИК – и видимом диапазонах;
В) видимом и УФ-диапазонах;
Г) УФ– и рентгеновском диапазонах.
13. Электромагнитное излучение с длиной волны 550 нм в вакууме воспринимается как…
А)радиоволны; Б)инфракрасное излучение; В) видимый свет; Г)ультрафиолетовое излучение.
14. Использование ПЗС на телескопе позволяет увеличить…
А) фокусное расстояние; Б) увеличение; В) контраст изображения; Г) спектральный выход.
15. Некоторые радиоволны не достигают земной поверхности из-за…
А) солнечного ветра; Б) атмосферных явлений; В) недостатка разрешения; Г) ионосферы.
Ответы: 1В, 2А, 3Б, 4В, 5В, 6Г, 7В, 8Б, 9В, 10В, 11Г, 12Б, 13В, 14В, 15Г.
Информативные источники.
- Космос: Загадочный мир Вселенной. – М.: АСТ, 2004.
- Гибилиско С. Астрономия без тайн. – М.– Эксмо, 2008.
- В.Г. Нагнибеда – Радиотелескопы: настоящее и будущее – лекция. – СПбГУ, 2010.
- Саган К. Космос. – М.: 2004.
- Интернет: http://astro.websib.
- Сайт: ru www.galex.caltech.edu .
Электромагнитные волны | теория по физике �� колебания и волны
Вспомним, что волна — это колебания, распространяющиеся в пространстве. Механическая волна представляет собой колебания, распространяющиеся в вещественной среде. Тогда электромагнитная волна — это электромагнитные колебания, которые распространяются в электромагнитном поле.
Как появляются и распространяются электромагнитные волны
Представьте себе неподвижный точечный заряд. Пусть его окружают еще много таких зарядов. Тогда он будет действовать на них с некоторой кулоновской силой (и они на него). А теперь представьте, что заряд сместился. Это приведет к изменению расстояния по отношению к другим зарядам, а, следовательно, и к изменению сил, действующих на них. В результате они тоже сместятся, но с некоторым запаздыванием. При этом начнут смещаться и другие заряды, которые взаимодействовали с ними. Так распространяется электромагнитные взаимодействия.
Теперь представьте, что заряд не просто сместился, а он начал быстро колебаться вдоль одной прямой. Тогда по характеру движения он будет напоминать шарик, подвешенный к пружине. Разница будет только в том, что колебания заряженных частиц происходят с очень высокой частотой.
Вокруг колеблющегося заряда начнет периодически изменяться электрическое поле. Очевидно, что период изменений этого поля, будет равен периоду колебаний заряда. Периодически меняющееся электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле. Это магнитное поле, в свою очередь, будет создавать переменное электрическое поле, но уже на большем расстояние от заряда, и т.д. В результате появления взаимно порождаемых полей в пространстве, окружающем заряд, возникает система взаимно перпендикулярных, периодически меняющихся электрических и магнитных полей. Так образуется электромагнитная волна, которая распространяется от колеблющегося заряда во все стороны.
Электромагнитная волна не похожа на те возмущения вещественной среды, которые вызывают механические волны. Посмотрите на рисунок. На нем изображены векторы напряженности → E и магнитной индукции → B в различных точках пространства, лежащих на оси Oz, в фиксированный момент времени. Никаких гребней и впадин среды при этом не появляется.
В каждой точке пространства электрические и магнитные пол меняются во времени периодически. Чем дальше расположена точка от заряда, тем позднее ее достигнут колебания полей. Следовательно, на разных расстояниях от заряда колебания происходят с различными фазами. Колебания векторов → E и → B в любой точке совпадают по фазе.
Длина электромагнитной волны — расстояние между двумя ближайшими точками, в которых колебания происходят в одинаковых фазах.
Длина электромагнитной волны обозначается как λ. Единица измерения — м (метр).
Обратите внимание на рисунок выше. Векторы магнитной индукции и напряженности поля, являющиеся периодически изменяющимися величинами, в любой момент времени перпендикулярны направлению распространения волны. Следовательно, электромагнитная волна — поперечная волна.
Условия возникновения электромагнитных волн
Электромагнитные волны излучаются только колеблющимися заряженными частицами. При этом важно, чтобы скорость их движения постоянно менялась, т.е. чтобы они двигались с ускорением.
Наличие ускорения — главное условие возникновения электромагнитных волн.
Электромагнитное поле может излучаться не только колеблющимся зарядом, но и заряженной частицей, перемещающейся с постоянно меняющейся скоростью. Интенсивность электромагнитного излучения тем больше, чем больше ускорение, с которым движется заряд.
Представим заряд, движущийся с постоянной скоростью. Тогда создаваемые им электрическое и магнитное поля будут сопровождать его как шлейф. Только при ускорении заряда поля «отрываются» от частицы и начинают самостоятельное существование в форме электромагнитных волн.
Впервые существование электромагнитных волн предположил Максвелл, который посчитал, что они должны распространяться со скоростью света. Но экспериментально они были обнаружены лишь спустя 10 лет после смерти ученого. Их открыл Герц. Он же подтвердил, что скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света: c = 300 000 км/с.
Плотность потока электромагнитного излучения
Излученные электромагнитные волны несут с собой энергию. Рассмотрим поверхность площадью S, через которую электромагнитные волны переносят энергию.
На рисунке выше прямые линии указывают направления распространения электромагнитных волн. Это лучи — линии, перпендикулярные поверхностям, во всех точках которых колебания происходят в одинаковых фазах. Такие поверхности называются волновыми поверхностями.
Плотность потока электромагнитного излучения, или интенсивность волны — отношение электромагнитной энергии ΔW, проходящей за время Δt через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади S на время Δt.
Плотность потока электромагнитного излучения обозначается как I. Единица измерения — Вт/м 2 (ватт на квадратный метр). Поэтому плотность потока электромагнитного излучения фактически представляет собой мощность электромагнитного излучения, проходящего через единицу площади поверхности.
Численно плотность потока электромагнитного излучения определяется формулой:
Выразим I через плотность электромагнитной энергии и скорость ее распространения с. Выберем поверхность площадью S, перпендикулярную лучам, и построим на ней как на основании цилиндр с образующей cΔt (см. рисунок ниже).
Объем цилиндра: ΔV = ScΔt. Энергия электромагнитного поля внутри цилиндра равна произведению плотности энергии на объем: ΔW = w cΔtS. Вся эта энергия за время Δt пройдет через правое основание цилиндра. Поэтому получаем:
I = w c Δ t S S Δ t . . = w c
Следовательно, плотность потока электромагнитного излучения равна произведению плотности электромагнитной энергии на скорость ее распространения.
Плотность электромагнитной энергии — энергия электромагнитного излучения в единице объема. Обозначается как w. Единица измерения — Дж/м 3 .
Пример №1. Плотность потока излучения равна 6 мВт/м 2 . Найти плотность энергии электромагнитной волны.
w = I c . . = 6 · 10 − 3 3 · 10 8 . . = 2 · 10 − 11 ( Д ж м 3 . . )
Точечный источник излучения
Источники излучения электромагнитных волн могут быть весьма разнообразными. Простейшим является точечный источник.
Точечный источник — источник излучения, размеры которого много меньше расстояния, на котором оценивается его действие.
Предполагается, что точечный источник посылает электромагнитные волны по всем направлениям с одинаковой интенсивностью. В действительности таких источников не существует. Но за такие источники излучения можно принять звезды, так как расстояние между ними существенно больше размеров самих звезд.
Энергия, которую переносят электромагнитные волны, с течением времени распределяется по все большей и большей поверхности. Поэтому энергия, передаваемая через поверхность единичной площадки за единицу времени, т. е. плотность потока излучения, уменьшается по мере удаления от источника.
Поместим точечный источник в центр сферы радиусом R. Площадь поверхности сферы S = 4πR 2 . Если считать, что источник по всем направлениям за время Δt излучает суммарную энергию ΔW, получим:
I = Δ W S Δ t . . = Δ W 4 π Δ t . . · 1 R 2 . .
Плотность потока излучения от точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника.
Пример №2. Плотность потока электромагнитного излучения на расстоянии 5 метров от точечного источника составляет 20 мВт/м 2 . Найти плотность потока электромагнитного излучения на расстоянии 10 метров от этого источника.
Расстояние по условию задачи увеличилось вдвое. Так как плотность потока излучения от точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника, при увеличении расстояния вдвое интенсивность излучения уменьшится в 4 раза. То есть, она станет равной 5 мВт/м 2 .
Зависимость плотности потока излучения от частоты
Напряженность электрического поля и магнитная индукция электромагнитной волны пропорциональны ускорению заряда. Ускорение при гармонических колебаниях пропорционально квадрату частоты. Поэтому напряженность электрического поля и магнитная индукция также пропорциональны квадрату частоты:
E ~ a ~ ω 2 , B ~ a ~ ω 2
Плотность энергии электрического поля пропорциональна квадрату напряженности поля. Энергия магнитного поля, как это можно показать, пропорциональна квадрату магнитной индукции. Полная плотность энергии электромагнитного поля равна сумме плотностей энергий электрического и магнитного полей. Поэтому плотность потока излучения I пропорциональна:
Плотность потока излучения пропорциональна четвертой степени частоты. Так, при увеличении частоты колебаний зарядов в 2 раза энергия, излучаемая ими, возрастает в 16 раз. При увеличении частоты в 3 раза, энергия излучения увеличивается в 81 раз, и т.д.
Пример №3. Частота электромагнитной волны уменьшилась в 4 раза. Найти, во сколько раз изменилась плотность потока излучения.
Так как плотность потока излучения пропорциональна четвертой степени частоты, мы можем найти плотность потока излучения путем извлечения корня из числа 4 дважды:
4 √ 4 = √ √ 4 = √ 2 ≈ 1 , 4
Плотность потока излучения уменьшилась в 1,4 раза.
Свойства электромагнитных волн
Современные радиотехнические устройства позволяют провести очень наглядные опыты по наблюдению свойств электромагнитных волн. При этом лучше всего пользоваться волнами сантиметрового диапазона. Эти волны излучаются специальным генератором сверхвысокой частоты (СВЧ). Электрические колебания генератора модулируют звуковой частотой. Принятый сигнал после детектирования подается на громкоговоритель.
| Свойство 1 — Поглощение электромагнитных волн | |
 |
Если расположить рупоры друг против друга и добиться хорошей слышимости звука в громкоговорители, а затем поместить между ними диэлектрик, звук будет менее громким. |
| Свойство 2 — Отражение электромагнитных волн | |
 |
Если диэлектрик заменить металлической пластиной, то звук перестанет быть слышимым. Волны не достигают приемника вследствие отражения. Отражение происходит под углом, равным углу падения, как и в случае световых и механических волн. Чтобы убедиться в этом, рупоры располагают под одинаковыми углами к большому металлическому листу. Звук исчезнет, если убрать лист или повернуть его. |
| Свойство 3 — Преломление электромагнитных волн | |
 |
Электромагнитные волны изменяют свое направление (преломляются) на границе диэлектрика. Это можно обнаружить с помощью большой треугольной призмы из парафина. Рупоры располагают под углом друг к другу, как и при демонстрации отражения. Металлический лист заменяют затем призмой. Убирая призму или поворачивая ее, наблюдают исчезновение звука. |
| Свойство 4 — Поперечность электромагнитных волн | |
 |
Поместим между генератором и приемником решетку из параллельных металлических стержней. Решетку расположим так, чтобы стержни были горизонтальными или вертикальными. При одном из этих положений, когда электрический вектор параллелен стержням, в них возбуждаются токи, в результате чего решетка начинает отражать волны, подобно сплошной металлической пластине. Когда же вектор перпендикулярен стержням, токи в них не возбуждаются и электромагнитная волна проходит через решетку. |
Шкала электромагнитных волн
Электромагнитные волны имеют большое разнообразие. Они классифицируются по длине волны λ или связанной с ней частоте ν. Шкала электромагнитных волн включает в себя:
- радиоволны;
- оптическое излучение;
- ионизирующее излучение.
Укажем частоты и длины указанных волн, а также их подробную классификацию в таблице.
Частоты и длины волн электромагнитного излучения видимого спектра смотрите на рисунке ниже.
Текст: Алиса Никитина, 10.6k ��
Задание ЕГЭ-Ф-ДВ2023-16
Плоская световая волна переходит из воздуха в глицерин (см. рисунок). Что происходит при этом переходе с периодом электромагнитных колебаний в световой волне и с длиной волны? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
- увеличивается
- уменьшается
- не изменяется
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться. 
Алгоритм решения:
1. Вспомнить, как меняется ход светового луча при его переходе из одной оптической среды в другую.
2. Установить, как произошедшие изменения влияют на период электромагнитных колебаний в световой волне.
3. Установить, как эти изменения влияют на длину световой волны.
4. Записать последовательно выбранные цифры.
Решение:
При переходе светового луча из одной оптической среды в другую действует закон преломления света. Он гласит, что падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. А отношение синуса угла α к синусу угла преломления γ есть величина, постоянная для двух данных сред:
Причем показатель преломления есть отношение скорости распространения волн в первой среде к скорости их распространения во второй среде:
А скорость распространения световой волны зависит от периода электромагнитных колебаний и длины этой волны следующим образом:
Также нужно учитывать, что при переходе электромагнитной волны из вакуума в материальную среду частота её не изменяется, а длина волны уменьшается. Период колебаний является величиной, обратной частоте:
Следовательно, период тоже остается неизменной величиной (выбираем ответ 3).
Характер изменения скорости распространения световой волны зависит от того, в какую среду она переходит — в более или менее плотную. Глицерин является оптически более плотной средой. Следовательно, в ней свет распространяется с меньшей скоростью (выбираем ответ 2).
Запишем ответ из последовательности выбранных цифр — 32.
Задание EF17496
В электромагнитной волне, распространяющейся со скоростью → v , происходят колебания векторов напряжённости электрического поля → E и индукции магнитного поля → B . При этих колебаниях векторы → v , → E , → B . имеют взаимную ориентацию:
а) → B ∥ ∥ → E , → B ∥ ∥ → v , → E ∥ ∥ → v
б) → B ⊥ → E , → B ∥ ∥ → v , → E ⊥ → v
в) → B ⊥ → E , → B ⊥ → v , → E ∥ ∥ → v
г) → B ⊥ → E , → B ⊥ → v , → E ⊥ → v
Алгоритм решения