Виды электромагнитных излучений
Ранее на уроках мы с вами изучили радиоволны и видимое излучение (свет). На сегодняшнем уроке мы познакомимся с остальными видами излучений.
Электромагнитная волна
1. Радиоволны
Радиоволны – это электромагнитные волны с длиной волны λ=10-3—103 м., а частотный диапазон их ν = 105—1011 Гц.
Получают радиоволны с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.
Свойства:
Радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами, проявляют свойства дифракции и интерференции.
Применение: Радиосвязь, телевидение, радиолокация.
2. Инфракрасное излучение
ИК-излучение было открыто в 1800 г. английским физиком и астрономом Вильямом Гершелем. Частота этого излучения меньше частоты красного света.
Электромагнитное излучение с частотой в диапазоне от 3·1011—4·1014 Гц, называется инфракрасным излучением.
Его испускает любое нагретое тело даже в том случает, когда оно не светится.
Например, батарее, поэтому ИК-излучение иногда называют тепловым. (Тепловое излучение – это излучение нагретых тел)
ИК – излучение - электромагнитное излучение, занимающее на шкале электромагнитных волн область между красными лучами и радиоизлучением, чему соответствует диапазон длин волн от ~ 760 нм до ~ 2 мм.
Солнечное излучение включает в себя также э/м волны, частоты которых ниже или выше видимого диапазона.
Источники ИК-излучения: Солнце (50% его полного излучения), лампы накаливания с вольфрамовой нитью (70–80% их излучения), угольная электрическая дуга, и, вообще, любое нагретое тело; излучается атомами и молекулами вещества.
Человек излучает электромагнитные волны λ»9·10-6 м.
Свойства:
1.Проходит через некоторые непрозрачные тела, также сквозь дождь, дымку, снег.
2. Производит химическое действие на фотопластинки.
3. Поглощаясь веществом, нагревает его.
4 .Вызывает внутренний фотоэффект у германия.
5. Невидимо.
6. Способно к явлениям интерференции и дифракции.
Применение:
- Получают изображения предметов в темноте, приборах ночного видения (ночные бинокли), тумане.
- Используют в криминалистике, в физиотерапии.
- в промышленности для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины, фруктов.
3. Свет (видимое излучение)
Свет – то поток электромагнитных волн с длиной волны λ=8·10-7—4·10-7 м.
Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая человеческим глазом (от красного до фиолетового):
Диапазон длин волн: λ=8·10-7—4·10-7 м.
Частотный диапазон: ν=4·1014—8·1014 Гц.
Источники:
1. Естественные
2. Искусственные
3. Электромагнитные волны излучаются при ускоренном движении заряженных частиц.
Свойства:
1. Отражение
2. преломление
3. воздействие на глаз
4. дисперсия
5. интерференция
6. дифракция
7. поглощение
8. излучение
Применение:
Во всей повседневной жизни
4. Ультрафиолетовое излучение
Ультрафиолетовое излучение - электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между фиолетовыми лучами и рентгеновским излучением, чему соответствует диапазон длин волн 10-8—4·10-7 м
УФ-излучение было открыто в 1801 г. при влиянии волн различной длины на активность химических веществ. Хлорид серебра распадается не только под действием видимого излучения (это явление используется в фотографии), но также под действием ультрафиолета.
Частота УФ-излучения гораздо выше, чем у видимого. Она находится в пределах от 8·1014—3·1016 Гц.
Распространенным источником УФ-излучения (кроме Солнца) является кварцевая лампа.
Благодаря бактерицидным свойствам УФ свет нашел применение в медицине и при так называемых косметических операциях (облучение послеоперационных рубцов).
Заметную долю ультрафиолетового излучения содержит излучение накаленных до 3000 К твердых тел. Мощным источником этого излучения является также любая высокотемпературная плазма. Для различных применений ультрафиолетового излучения используются специальные ртутные и другие газоразрядные лампы.
Озоновый слой, окружающий Землю, защищает нас от избытка УФ света.
Таким образом, к основным свойствам УФ-излучения можно отнести:
Свойства:
1. Невидимо
2. Высокая химическая активность
3. Большая проникающая способность
4. Убивает микроорганизмы
5. В небольших дозах благотворно влияет на организм человека (загар)
7. В больших дозах оказывает отрицательное биологическое воздействие: изменения в развитии клеток и обмене веществ, действие на глаза.
Применение: В медицине, в промышленности
5. Рентгеновское излучение
РЕНТГЕН, ВИЛЬГЕЛЬМ КОНРАД (1845–1923)
Родился 27 марта 1845 в Леннепе, небольшом городке близ Ремшейда в Пруссии, единственный ребенок в семье преуспевающего торговца текстильными товарами Фридриха Конрада Рентгена и Шарлотты Констанцы.
1895 г. Рентген открыл коротковолновое электромагнитное излучение. За открытие рентгеновских лучей Рентгену в 1901 году была присуждена первая Нобелевская премия по физике, причём нобелевский комитет подчёркивал практическую важность его открытия.
Первое опубликованное сообщение Рентгена об его исследованиях в конце 1895 года вызвало огромный интерес и в научных кругах, и у широкой публики. «Вскоре мы обнаружили, – писал Рентген, – что все тела прозрачны для этих лучей, хотя и в весьма различной степени». Эксперименты Рентгена были немедленно подтверждены другими учеными.
Так, открыв неизвестное ранее излучение, Рентген внес существенный вклад в ту революцию в физике в начале 20 в., а также революционизировал методы медицинской диагностики.
Рентген никогда не помышлял ни о патенте, ни о финансовом вознаграждении. Был удостоен многих наград, в том числе медали Румфорда (Лондонское королевское общество), золотой медали Барнарда за выдающиеся заслуги перед наукой (Колумбийский университет). Почетный член и член-корреспондент научных обществ многих стран.
Он ушел в отставку со своих постов в Мюнхене в 1920 году вскоре после смерти жены.
Умер 10 февраля 1923 от рака.
Открытие рентгеновского излучения приписывается Вильгельму Рентгену. Он был первым, кто опубликовал статью о рентгеновских лучах, которые он назвал икс-лучами (x-ray). Статья Рентгена под названием «О новом типе лучей» была опубликована 28-го декабря 1895 года в журнале Вюрцбургского физико-медицинского общества.
Свой вклад в известность Рентгена внесла также знаменитая фотография руки его жены, которую он опубликовал в своей статье.
Получение X-лучей.
Естественным источником рентгеновского излучения являются некоторые радиоактивные изотопы, Солнце и другие космические объекты
Наиболее распространенным искусственным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, в которой это излучение возникает при торможении испускаемых катодом (в виде вольфрамовой нити) электронов, приобретающих при подлете к аноду, представляющий собой пластинку, установленную под определенным углом к нити, большую скорость.
Бомбардировка анода электронами и вызывает появление электромагнитных волн. При торможении электронов возникают рентгеновские лучи, состоящие из набора разных длин волн.
Рентгеновское излучение можно получать также и на ускорителях заряженных частиц.
Длина рентгеновских лучей зависит от скорости движения электронов, а скорость - от величины анодного электрического напряжения.
λ: 10-9 – 10-11 м (в некоторых источниках диапазон волн иной, т.к. точных границ длин нет)
Частота, с которой излучаются рентгеновские волны, достигает
ν : 3·1016 Гц до 1020 Гц
Длина волн рентгеновских лучей измеряется ангстремами. Ангстрем равен одной стомиллионной доле сантиметра.. 1Å= 10-8 см = 10-10 м.
СВОЙСТВА Х-ЛУЧЕЙ:
- Невидимы
- Интерференция, дифракция на кристаллической решётке
- Вызывают определенное свечение некоторых кристаллов (Эффект люминесценции. Рентгеновские лучи способны вызывать у некоторых веществ свечение (флюоресценцию). Этот эффект используется в медицине при рентгеновской съёмке)
- Большая проникающая способность (Рентгеновские лучи могут проникать сквозь вещество, причём различные вещества по-разному их поглощают.)
- Облучение в больших дозах вызывает лучевую болезнь. (Рентгеновское излучение является ионизирующим. Оно воздействует на ткани живых организмов и может быть причиной лучевой болезни и рака. По причине этого при работе с рентгеновским излучением необходимо соблюдать меры защиты.)
Применение
- В медицине (диагностика заболеваний внутренних органов)
- В промышленности (контроль внутренней структуры различных изделий, сварных швов).
- В научных исследованиях (определение структуры кристаллов, молекул белка и длины волны рентгеновских лучей, которое осуществляется на основе свойства рентгеновских лучей дифрагировать на кристаллической решётке).
6. γ-излучение
Что можно сказать о длине волны данного излучения по сравнению с остальными?
- коротковолновое электромагнитное излучение с длиной волны λ=3,3· 10-11 м и частотой ν=3·1020 Гц и более
Как вы думаете, что является источником γ-излучение?
Источники: атомное ядро (ядерные реакции).
Свойства: Имеет огромную проникающую способность, оказывает сильное биологическое воздействие.
Применение: В медицине, производстве (γ-дефектоскопия).
Из-за малой длины волны волновые свойства гамма-излучения проявляются слабо, и на первый план выступают корпускулярные свойства, в связи с чем его представляют в виде потока гамма-квантов (фотонов). Являясь одним из трех основных видов радиоактивных излучений, гамма-излучение сопровождает распад радиоактивных ядер. Из всех видов радиоактивных излучений гамма-излучение обладает самой большой проникающей способностью. Гамма-излучение возникает не только при радиоактивных распадах ядер, но и при аннигиляции частиц и античастиц, в ядерных реакциях, при торможении быстрых заряженных частиц в веществе (тормозное излучение), при распаде мезонов и входит в состав космического излучения.
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.
Задачи:
1. На опыте было установлено, что показатель преломления воды для крайних
красных лучей в спектре видимого света равен 1,329, а крайних фиолетовых 1,344
Определить скорости распределения красных и фиолетовых лучей в воде. На сколько
скорость распространения красных лучей в воде больше, чем фиолетовых?
2. Скорость распространения в стекле для крайних красных лучей в спектре
видимого света 199*108 км/с, а для крайних фиолетовых 198*108 км/с. Определить
показатели преломления для красных и фиолетовых лучей в стекле.
Домашняя работа:
Контрольные вопросы:
1. Для какого вида излучения свойственно явление дисперсии?
а) инфракрасное; б) видимое; в) рентгеновское.
2. Какой вид излучения по-другому называют «тепловым»?
а) инфракрасное; б) γ-излучение; в) видимое.
3. Самая большая проникающая способность характерна для:
а) рентгеновского излучения; б) ультрафиолетового излучения; в) γ-излучения.
Высокотемпературная плазма является источником:
а) γ-излучения; б) ультрафиолетового излучения; в) инфракрасного излучения.
4. Что общего между радиоволнами, УФ-излучением, ИК-излучением, рентгеновским излучением и γ-излучением?
а) применяются и в медицине, и в промышленности; б) общий источник излучения - Солнце; в) невидимы.