Диапазоны электромагнитного излучения
Электромагнитные волны (описание) Радиоволны.Разделяют как это указано выше на сверхдлинные, длинные, короткие и ультракороткие (в диапазоне длинн волн от многих километров до миллиметра). Ультракороткие радиоволны также принято разделять на метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и микрометровые (субмиллиметровые). Волны с длиной λ < 1 м (ν >300 МГц) принято также называть микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ). Из-за больших значений λ распространение радиоволн можно рассматривать без учёта атомистического строения среды. Исключение составляют только самые короткие радиоволны, примыкающие к инфракрасному участку спектра. В радиодиапазоне слабо сказываются и квантовые свойства излучения, хотя их всё же приходится учитывать, в частности, при описании квантовых генераторов и усилителей сантиметрового и миллиметрового диапазонов, а также молекулярных стандартов частоты и времени, при охлаждении аппаратуры до температур в несколько кельвинов. Радиоволны возникают например при протекании по проводникам переменного тока соответствующей частоты. И наоборот, проходящая в пространстве электромагнитная волна возбуждает в проводнике соответствующий ей переменный ток. Это свойство используется в радиотехнике при конструировании антенн. Инфракрасное излучение. Электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длинной волны λ=0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ порядка 1 — 2 мм). Сейчас весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:
- коротковолновая область: λ = 0,74—2,5 мкм;
- средневолновая область: λ = 2,5—50 мкм;
- длинноволновая область: λ = 50—2000 мкм;
Последнее время длинноволновую окраину этого диапазона выделяют в отдельный, независимый диапазон электромагнитных волн — терагерцовое излучение. Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения от источника полностью поглощающего и не отражающего электромагнитные волны (или абсолютно черного тела) при относительно невысоких температурах лежит в основном именно в этом диапазоне. Инфракрасное излучение испускают возбуждённые атомы или ионы. Видимое излучение.Электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают участок спектра с длиной волны приблизительно от 380 (фиолетовый) до 740 нм (красный). Такие волны занимают частотный диапазон от 400 до 790 терагерц (терагерц — 10 12 Гц). Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называется видимым светом, или просто светом. Наибольшую чувствительность к свету человеческий глаз имеет в области 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра. В спектре содержатся не все цвета, которые различает человеческий мозг. Таких оттенков, как розовый или маджента, нет в спектре видимого излучения, они образуются от смешения других цветов. Видимое излучение также попадает в «оптическое окно», область спектра электромагнитного излучения, практически не поглощаемая земной атмосферой. Чистый воздух рассеивает голубой свет несколько сильнее, чем свет с большими длинами волн (в красную сторону спектра), поэтому полуденное небо выглядит голубым. Многие виды животных способны видеть излучение, не видимое человеческому глазу, то есть не входящему в видимый диапазон. Например, пчёлы и многие другие насекомые видят свет в ультрафиолетовом диапазоне, что помогает им находить нектар на цветах. Растения, опыляемые насекомыми, оказываются в более выгодном положении с точки зрения продолжения рода, если они ярки именно в ультрафиолетовом спектре. Птицы также способны видеть ультрафиолетовое излучение (300—400 нм), а некоторые виды имеют даже метки на оперении для привлечения партнёра, видимые только в ультрафиолете. Ультрафиоле́товое излуче́ние (ультрафиолет, УФ, UV) — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между фиолетовой границей видимого излучения и рентгеновским излучением (380 — 10 нм, 7,9×1014 — 3×1016 Гц). Диапазон условно делят на ближний (380—200 нм) и дальний, или вакуумный (200-10 нм) ультрафиолет, последний так назван, поскольку интенсивно поглощается атмосферой и исследуется только вакуумными приборами. Изображение Солнца в ультрафиолетовом спектре в искусственных цветах. Ионизирующее электромагнитное излучение. К этой группе традиционно относят рентгеновское и гамма-излучение, хотя, строго говоря, ионизировать атомы может и ультрафиолетовое излучение, и даже видимый свет. Границы областей рентгеновского и гамма-излучения могут быть определены лишь весьма условно. Для общей ориентировки можно принять, что энергия рентгеновских квантов лежит в пределах 20 эВ — 0,1 МэВ, а энергия гамма-квантов — больше 0,1 МэВ. В узком смысле гамма-излучение испускается ядром, а рентгеновское — атомной электронной оболочкой при выбивании электрона с низколежащих орбит, хотя эта классификация неприменима к жёсткому излучению, генерируемому без участия атомов и ядер (например, синхротронному или тормозному излучению). Полученная с помощью электромагнитных волн геоинформация воспринимается датчиками (или иными словами, приемниками электромагнитных сигналов) далее обрабатывается на ЭВМ (и иногда вручную) и образует данные дистанционного зондирования земли.
15.03.2016 366.42 Кб 84 лекции Финансы и фин рынок.docx
15.03.2016 662.02 Кб 86 Лекции.doc
15.03.2016 466.43 Кб 32 ЛЕКЦИЯ 2 CТРОЕНИЕ АТОМА 8.02.15.doc
15.03.2016 312.32 Кб 52 Лекция 1 водные ресурсы.doc
15.03.2016 41.68 Кб 19 Лекция 1.1..docx
15.03.2016 40.27 Mб 422 Лекция 1.doc
15.03.2016 240.13 Кб 54 Лекция 2 Водное Хозяйство.doc
15.03.2016 181.76 Кб 83 Лекция 3 ВХК.doc
15.03.2016 212.99 Кб 14 лекция 4(нач с ссудного капитала).doc
09.04.2015 33.3 Mб 116 Лекция 4,5.docx Сантехника.docx
15.03.2016 340.48 Кб 168 ЛЕКЦИЯ ЛИПИДЫ 5.05.13 для студентов ЭПП.doc
Ограничение
Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:
2. Радиоволны
Радиоволны – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью света (300 000 км/сек). Кстати, свет также относится к электромагнитным волнам, что и определяет их весьма схожие свойства (отражение, преломление, затухание и т.п.). Радиоволны переносят через пространство энергию, излучаемую генератором электромагнитных колебаний. Рождаются они при изменении электрического поля, например, когда через проводник проходит переменный электрический ток или когда через пространство проскакивают искры, т.е. ряд быстро следующих друг за другом импульсов тока. Электромагнитное излучение характеризуется частотой, длиной волны и мощностью переносимой энергии. Частота электромагнитных волн показывает, сколько раз в секунду изменяется в излучателе направление электрического тока и, следовательно, сколько раз в секунду изменяется в каждой точке пространства величина электрического и магнитного полей. Измеряется частота в герцах (Гц) – единицах названных именем великого немецкого ученого Генриха Рудольфа Герца. 1 Гц – это одно колебание в секунду, 1 мегагерц (МГц) – миллион колебаний в секунду. Зная, что скорость движения электромагнитных волн равна скорости света, можно определить расстояние между точками пространства, где электрическое (или магнитное) поле находится в одинаковой фазе. Это расстояние называется длиной волны.
волна спектр электродинамика радиосвязь ионосфера
3. Инфракрасное и световое излучения
Инфракрасное, световое, включая ультрафиолетовое, излучения составляют оптическую область спектра электромагнитных волн в широком смысле этого слова. Близость участков спектра перечисленных волн обусловило сходство методов и приборов, применяющихся для их исследования и практического применения. Исторически для этих целей применяли линзы, дифракционные решетки, призмы, диафрагмы, оптически активные вещества, входящие в состав различных оптических приборов (интерферометров, поляризаторов, модуляторов и пр.).
С другой стороны излучение оптической области спектра имеет общие закономерности прохождения различных сред, которые могут быть получены с помощью геометрической оптики, широко используемой для расчетов и построения, как оптических приборов, так и каналов распространения оптических сигналов.
Оптический спектр занимает диапазон длин электромагнитных волн в интервале от 210 -6 м= 2мкм до 10 -8 м=10нм (по частоте от1.510 14 гц до 310 16 гц). Верхняя граница оптического диапазона определяется длинноволновой границей инфракрасного диапазона, а нижняя коротковолновой границей ультрафиолета.
Ширина оптического диапазона по частоте составляет примерно 18 октав, из которых на оптический диапазон приходится примерно одна октава(
); на ультрафиолет — 5 октав (
), на инфракрасное излучение — 11 октав (
).
В оптической части спектра становятся существенными явления, обусловленные атомистическим строением вещества. По этой причине наряду с волновыми свойствами оптического излучения проявляются квантовые свойства.
Самым большим естественным излучателем инфракрасной радиации является солнце. Его инфракрасные, ультрафиолетовые и видимые световые лучи представляют собой разновидности электромагнитного излучения. В целом же электромагнитное излучение включает: гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовый спектр, видимый глазом свет, инфракрасный спектр и радиоволны. Уникальность систем инфракрасного прогревания заключается в использовании инфракрасного теплового излучения, которое глубоко проникает в ткани тела человека.
Инфракрасное излучение — это тепловое излучение, которое в той или иной степени генерируют все нагретые тела (солнце, песок на пляже и т. д.). Еще до появления инфракрасных саун человек начал использовать инфракрасные волны различной длины во всевозможных бытовых агрегатах. Напомним, что простейшими искусственными излучателями света инфракрасного диапазона являются обыкновенные бытовые лампы накаливания.
Еще их называют короткими (ИК-А), средними (ИК-B) и длинными волнами (ИК-С). Самые длинные волны длинноволнового диапазона (от 15 – 40мкм) применяются бытовых инфракрасных обогревателях типа УФО, для обогрева в доме или на улице.
В следующем за инфракрасным радиоволновом спектре СВЧ находятся волны, использующиеся в «микроволновках». Инфракрасное излучение является непрерывно действующим на человека фактором окружающей среды. Наше тело постоянно излучает и поглощает инфракрасные лучи. Любой нагретый объект выделяет инфракрасные волны. На этом основано действие различных устройств, например: приборов ночного видения, инфракрасных микроскопов, телескопов, и конечно, инфракрасных излучателей.
Что такое радиоволны световое излучение электромагнитное излучение
Видимый свет – лишь малая часть огромного мира электромагнитных волн . Эти волны порождаются атомами всех химических элементов. Электромагнитное излучение переносится посредством фотонов – частиц, которые являются минимальным количеством излучения.
Фотоны несутся со скоростью света, эти частицы не имеют массы. Фотону, как частице, присуща некоторая энергия. С другой стороны, каждому фотону можно приписать длину волны или частоту соответствующего излучения. Любая из трех названных величин однозначно задает характеристику фотона. Мы с Вами в дальнейшем поговорим на языке длин волн.
Конечно, усмотреть в луче света волну нельзя. Но давайте оттолкнемся от чего-нибудь более обыденного. Речная волна. Он движется с некоторой скоростью, а вместе с ней движутся все изменения в уровне воды: гребни и впадины, расстояние между которыми одинаково. Как мы уже сказали световая волна, как любая электромагнитная, движется со скорость света, . Вместе с электромагнитной волной движутся перепады напряжений электрических и магнитных полей, изначально порожденных неким атомом. Поэтому, проявив фантазию, можно и в свет представить волной, но только на языке физики и математики.
Какими же бывают электромагнитные волны?
Их свойства различны. И зависят эти свойства от длины волны излучения. Длина волны света очень мала, и привычные для нас единицы измерения не подойдут. Часто в отношение к электромагнитному излучению используют единицу, называемую Ангстремом . В физике ангстрем сокращенно обозначается буквой А с кружочком вверху. Мы на этих страницах обойдемся без кружочка, так как о силе тока, измеряемой в Амперах, которые действительно обозначаются буквой А без всяких кружочков, говорить не станем. Один Ангстрем равен десятимиллионной доле миллиметра.
Все многообразие длин волн электромагнитного излучения разделили на шесть видов, самым привычным из которых для нас является видимый свет.
Диапазон длин волн видимого света заключен фиолетовый цвет) ый цвет). Самой важной характеристикой видимого излучения является, разумеется, его видимость для человеческого глаза. Наверное, не случайно именно видимые лучи электромагнитного излучения земная атмосфера пропускает лучше всего. Наверное, не случайно и то, что и Солнце наиболее активно излучает в видимых лучах. Неслучайность, конечно, заключается в том, что наш глаз эволюция сделала таким.
Самыми ощутимыми для глаза являются желто-зеленые лучи. Специальное покрытие на объективах фотоаппаратов и видеокамер, которое Вы наверняка замечали по сиреневому блеску, как раз призвано пропускать внутрь аппаратуры желто-зеленый свет и отражать не столь ощутимые для глаза лучи. Поэтому нам блеск объектива и кажется некоторой смесью красного и фиолетового. Дальше мы увидим, что видимый свет является лишь малой частичкой всего электромагнитного спектра.
Небезызвестный Вильям Гершель, проводя измерения энергии различных лучей видимого света, случайно обнаружил, что используемые им термометры нагреваются и за границей красного конца спектра. Ученый сделал вывод, что существуют некоторые лучи, продолжающие спектр за красным светом. Эти лучи он назвал инфракрасными . Еще их называют тепловыми, так как инфракрасные лучи излучает любое нагретое тело, даже если оно не светится для глаза. Диапазон инфракрасных волн заключен . это уже полмиллиметра. Итак, диапазон тепловых лучей гораздо шире, чем видимый спектр.
Земная атмосфера пропускает совсем небольшую часть инфракрасного излучения. Оно поглощается молекулами воздуха, и особенно в этом преуспевает углекислый газ. Этот же газ повинен в том, что тепло не столь охотно покидает нашу планету. Световое излучение нагревает поверхность, та излучает тепло, которому обратно в космос выйти не удается. Такой эффект называют парниковым. В космосе углекислого газа немного, поэтому тепловые лучи с небольшими потерями проходят сквозь пылевые облака. Именно благодаря инфракрасному излучению в нашей стране была получена первая фотография центра Галактики, который закрыт от Земли газопылевыми облаками.
Еще б`ольшую длину имеют радиоволны , благодаря которым есть радио « Маяк », канал ОРТ и многообразие сотовых телефонов. Все электромагнитное излучение, длина волны которого больше полумиллиметра, относится к радиоволнам. Это – длинноволновый конец электромагнитного спектра.
Радиоволны в значительной степени без проблем проходят сквозь земную атмосферу, и лишь некоторые из радиоволн, которые называют короткими, отражаются от ионизованного слоя земной атмосферы. Благодаря этому отражению возможна связь между радиостанциями, расположенными на противоположных точках планеты.
Радиоволны несильно поглощаются средой, поэтому изучение Вселенной в радиодиапазоне очень информативно для астрономов.
Излучение, длина волны которого короче, чем у видимых лучей фиолетового цвета, называют ультрафиолетовым . Это излучение, по большей части, вредно для живых организмов, однако по той же большей части ультрафиолет не проходит сквозь атмосферу Земли. Виной тому небезызвестный озоновый слой, который активно поглощает небезопасные лучи.
Та часть ультрафиолета, которая примыкает к видимым лучам, доходит до поверхности и вызывает у нас с Вами загар. У чернокожих этот загар генетически врожден, ведь загар – защитная реакция кожи на ультрафиолет.
Ультрафиолет, как Вы, наверное, догадываетесь, щедро и во все стороны «разбрасывается» Солнцем. Но как уже говорилось, Солнце сильнее всего излучает в видимых лучах. Напротив, горячие голубые мощный источник ультрафиолетового излучения. Именно это излучение нагревает и ионизует излучающие туманности, благодаря чему мы их и видим. Ультрафиолет, тем самым, легко поглощается газовой средой и из далеких областей Галактики и Вселенной почти к нам не доходит, если на пути лучей есть газопылевые преграды.
Ультрафиолетом считают электромагнитные волны с длиной волны .
Физик Рентген открыл еще более коротковолновое излучение. Недолго думая, эти лучи назвали в честь самого Рентгена. Обладая хорошей проницающей способностью, рентгеновское излучение нашло применение в медицине и кристаллографии. Как Вы, наверное, наслышаны, рентгеновские лучи опять-таки вредны живым организмам. И атмосфера Земли из-за их проницательности, упомянутой только что, им не помеха. Нас выручает магнитосфера Земли. 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 много энергии, которая и излучается в рентгеновском диапазоне (здесь – подробнее). Мощные вспышки на Солнце также являются источниками рентгеновского излучения.
Длины волн лучей Рентгена заключены .
Самые короткие волны (меньше 0,1 А) у гамма-лучей . Это самый опасный вид радиоактивности, самое опасное электромагнитное излучение. Энергия фотонов гамма-лучей очень высока, и их излучение происходит при некоторых процессах внутри ядер атомов. Примером такого процесса может быть аннигиляция – взаимоуничтожение частицы и античастицы с превращением их массы в энергию. Регистрируемые, время от времени, таинственные гамма-вспышки на небе пока никак не объяснены астрономами. Ясно, что энергия явления, производящего вспышки, просто грандиозна. По некоторым подсчетам, на секунды, которые длится такая вспышка, она излучает больше энергии, чем вся остальная Вселенная.
Гамма-излучение не пропускается к Земле ее магнитосферой.
Итак, электромагнитный спектр очень пестр. Из всего этого многообразия человек воспринимает тепло и видимый свет. Коротковолновые виды излучений пагубно влияют на человека, но самих излучений он не чувствует. Атмосфера и магнитосфера Земли пропускают к поверхности видимый свет, малую часть инфракрасного и ультрафиолетового излучений, а также часть радиоволн.
Свойства электромагнитного излучения зависят от его длины волны. Напомним, что чем больше длина волны, тем меньше частота излучения. Поэтому то, что принято называть «длинноволновым», называют иногда и «низкочастотным». Это одно и то же. Третьим синонимом служит показатель энергии. Чем выше частота излучения, тем больше его энергия. С повышением энергии связано вредное влияние излучения на живые организмы. Люди тоже живые, но значительно сильнее своими знаниями. О том, с помощью чего люди изучают электромагнитное излучение, читайте в следующем разделе
Виды электромагнитных излучений (радиоволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма излучения).
Квантовая теория света и ее доказательства. Характеристики фотона.
КватоваятеориябыласозданаПланком.Поэтойтеориисветизлучаетсяипоглощаетсяввидеотдельныхпорцийэнергии–фотонов(эточастицасвета)иликвантов(эточастицаизлучения).Величинапорции:E=hν,Дж.h=6.63*10-34ДДжс–постояннаяПланкаν—частотаизлученияДоказательствомквантовойтеорииявляютсявсеситуации,когдасветвзаимодействуетсчастицамивещества:*фотохимическоедействиесвета–излучениевызываетхимическиереакции,т.е.квантывзаимодействуютсмолекуламивещества(фотосинтез,фотография-пленочная)*люминесценция–освещение,вспышканаповерхностивеществаприпопаданиинанеголюбогоизлучения*фотоэффект–поддействиемсветаввеществеобразуетсясвободныезаряды*световоедавление–светоказываетдавлениенаповерхностьприотраженииотнее(солнечныйветер)Характеристикифотона:1)основнаяхарактеристикафотона–этоегоэнергияE=hν=hc/λ2)скоростьраспространениясветовыхчастицравнаскоростисветаυ=c/nυ=cυcc=3*108м/с3)частота:ν=1/Т=υ/λ,Гц.4)массафотона:mф=E/с2c=3*108м/с Е-энергияфотона5)импульс:Р=mф*с
- Внешний и внутренний фотоэффект. Уравнение Эйнштейна. Красная граница фотоэффекта.
Различаютвнешнийивнутреннийфотоэффект.Внутреннийфотоэффект-этообразованиесвободныхзарядоввполупроводникахподдействиемэлектромагнитногоизлучения(света).Внешнийфотоэффект-этовылетэлектроновсповерхностивещества(металла)поддействиемизлучения(света).УравнениеЭйнштейнадляфотоэффекта.Е
изл.=Авых.+Екин.Е
изл.=hν=hc/λ—энергияизлучения(фотона)Екин=meVe2—кинетическаяэнергияэлектрона,вылетевшегоизвеществаблагодаряфотоэффектуАвых.-работавыходаэлектронаизвеществаАвых.=Е*φφ-потенциалработывыхода(вольт)е=1,6*10-19Кл-зарядэлектрона1э=1,6*10-19ДжЭнергияфотонаЕизл,падающегонаповерхностьвещества,расходуетсянасовершениеэлектрономработывыходаАвых.иприобретениеэлектрономкинетическойэнергииЕкин.Условияпрохожденияфотоэффекта
- ЭнергияизлучениябольшелиборавнаработевыходаEизл≥Aвых
- Частотаизлучениябольшелиборавначастотекраснойграницыфотоэффектаνизл≥νкраснойграницы
- Длина волны излучения меньше либо равна длине волны красной границы фотоэффекта λизл≥λкрасной границы
Краснаяграницафотоэффекта—этоминимальнаячастота,илисоответствующаядлиннаволны,прикоторойначинаетсяфотоэффект.hν=A,откудаνкраснойграницы=νmin=A/hνmin=νкр.гр.—частотакраснойграницыфотоэффектаилиминимальнаячастотаприкоторойначинаетсяфотоэффект