Главная > Дизайн интерьера > Тема: «Виды излучений. Источники света. Шкала электромагнитных волн. Презентация на тему "шкала электромагнитных излучений"

Тема: «Виды излучений. Источники света. Шкала электромагнитных волн. Презентация на тему "шкала электромагнитных излучений"

Электромагнитные волны классифицируются по длине волны λ или связанной с ней частотой волны f . Отметим также, что эти параметры характеризуют не только волновые, но и квантовые свойства электромагнитного поля. Соответственно в первом случае электромагнитная волна описывается классическими законами, изучаемыми в этом курсе.

Рассмотрим понятие спектра электромагнитных волн. Спектром электромагнитных волн называется полоса частот электромагнитных волн, существующих в природе.

Спектр электромагнитного излучения в порядке увеличения частоты составляют:

Различные участки электромагнитного спектра отличаются по способу излучения и приёма волн, принадлежащих тому или иному участку спектра. По этой причине, между различными участками электромагнитного спектра нет резких границ, но каждый диапазон обусловлен своими особенностями и превалированием своих законов, определяемых соотношениями линейных масштабов.


Радиоволны изучает классическая электродинамика. Инфракрасное световое и ультрафиолетовое излучение изучает как классическая оптика, так и квантовая физика. Рентгеновское и гамма излучение изучается в квантовой и ядерной физике.


Рассмотрим спектр электромагнитных волн более подробно.

Низкочастотные волны

Низкочастотные волны представляют собой электромагнитные волны, частота колебаний которых не превышает 100 КГц). Именно этот диапазон частот традиционно используется в электротехнике. В промышленной электроэнергетике используется частота 50 Гц, на которой осуществляется передача электрической энергии по линиям и преобразование напряжений трансформаторными устройствами. В авиации и наземном транспорте часто используется частота 400 Гц, которая дает преимущества по весу электрических машин и трансформаторов в 8 раз по сравнению с частотой 50 Гц. В импульсных источниках питания последних поколений используются частоты трансформирования переменного тока единицы и десятки кГц, что делает их компактными, энергонасышенными.
Коренным отличием низкочастотного диапазона от более высоких частот является падение скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тыс. км/с при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

Радиоволны

Радиоволны представляют собой электромагнитные волны, длины которых превосходят 1 мм (частота меньше 3 10 11 гц = 300 Ггц) и менее 3 км (выше 100 кГц).

Радиоволны делятся на:

1. Длинные волны в интервале длин от 3 км до 300 м(частота в диапазоне 10 5 гц - 10 6 гц= 1 МГц);


2. Средние волны в интервале длин от 300 м до 100 м (частота в диапазоне 10 6 гц -3*10 6 гц=3мгц);


3. Короткие волны в интервале длин волн от 100м до 10м (частота в диапазоне 310 6 гц-310 7 гц=30мгц);


4. Ультракороткие волны с длиной волны меньше 10м(частота больше 310 7 гц=30Мгц).


Ультракороткие волны в свою очередь делятся на:


А) метровые волны;


Б) сантиметровые волны;


В) миллиметровые волны;


Волны с длиной волны меньше, чем 1 м (частота меньше чем 300мгц) называются микроволнами или волнами сверхвысоких частот(СВЧ - волны).


Из-за больших значений длин волн радиодиапазона по сравнению с размерами атомов распространение радиоволн можно рассматривать без учета атомистического строения среды, т.е. феноменологически, как принято при построении теории Максвелла . Квантовые свойства радиоволн проявляются лишь для самых коротких волн, примыкающих к инфракрасному участку спектра и при распространении т.н. сверхкоротких импульсов с длительностью порядка 10 -12 сек- 10 -15 сек, сравнимой со временем колебаний электронов внутри атомов и молекул.
Коренным отличием радиоволн от более высоких частот является иное термодинамическое соотношение между длиной волны носителя волн (эфира), равной 1 мм (2,7°К), и электромагнитной волны, распространяющейся в этой среде.

Биологическое действие радиоволнового излучения

Страшный жертвенный опыт применения мощного радиоволнового излучения в радиолокационной технике показал специфичное действие радиоволн в зависимости от длины волны (частоты).

На человеческий организм разрушительное действие оказывает не столько средняя, сколько пиковая мощность излучения, при которой происходят необратимые явления в белковых структурах. К примеру, мощность непрерывного излучения магнетрона СВЧ-печи (микроволновки), составляющая 1 КВатт, воздействует лишь на пищу в малом замкнутом (экранированном) объеме печи, и почти безопасна для человека, находящегося рядом. Мощность радиолокационной станции (РЛС, радара) в 1 КВатт средней мощности, излучаемой короткими импульсами скважностью 1000:1 (отношение периода повторения к длительности импульса) и, соответственно, импульсной мощностью в 1 МВатт, очень опасна для здоровья и жизни человека на расстоянии до сотен метров от излучателя. В последнем, конечно, играет роль и направленность излучения РЛС, которая подчеркивает разрушительное действие именно импульсной, а не средней мощности.

Воздействие метровых волн

Метровые волны большой интенсивности, излучаемые импульсными генераторами метровых радиолокационных станций (РЛС), имеющих импульсную мощность более мегаватта (таких, например, как станция дальнего обнаружения П-16) и соизмеримые с протяженностью спинного мозга человека и животных, а таже длиной аксонов, нарушают проводимость этих структур, вызывая диэнцефальный синдром (СВЧ-болезнь). Последняя приводит к быстрому развитию (в течение от нескольких месяцев до нескольких лет) полному или частичному (в зависимости от полученной импульсной дозы излучения) необратимому параличу конечностей человека, а также нарушению иннервации кишечника и других внутренних органов.

Воздействие дециметровых волн

Дециметровые волны соизмеримы по длине волны с кровеносными сосудами, охватывающими такие органы человека и животных, как легкие, печень и почки. Это одна из причин, почему они вызывают развитие "доброкачественных" опухолей (кист) в этих органах. Развиваясь на поверхности кровеносных сосудов, эти опухоли приводят к остановке нормального кровообращения и нарушению работы органов. Если вовремя не удалить такие опухоли оперативным путем, то наступает гибель организма. Дециметровые волны опасных уровней интенсивности излучают магнетроны таких РЛС, как мобильная РЛС ПВО П-15, а также РЛС некоторых воздушных судов.

Воздействие сантиметровых волн

Мощные сантиметровые волны вызывают такое заболевание, как лейкемию - "белокровие", а также другие формы злокачественных опухолей человека и животных. Волны достаточной для возникновения этих заболеваний интенсивности генерируют РЛС сантиметрового диапазона П-35, П-37 и практически все РЛС воздушных судов.

Инфракрасное, световое и ультрафиолетовое излучения

Инфракрасное, световое, ультрафиолетовое излучения составляют оптическую область спектра электромагнитных волн в широком смысле этого слова. Этот спектр занимает диапазон длин электромагнитных волн в интервале от 2·10 -6 м = 2мкм до 10 -8 м = 10нм (по частоте от1,5·10 14 гц до 3·10 16 гц). Верхняя граница оптического диапазона определяется длинноволновой границей инфракрасного диапазона, а нижняя коротковолновой границей ультрафиолета (рис.2.14).

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. Инфракрасное излучение является видимым для многих членистоногих (насекомых, пауков и пр.) и рептилий (змей, ящериц и пр.) , доступным для полупроводниковых датчиков (инфракрасных фотоматриц), но его не пропускает толща атмосферы Земли, что не позволяет наблюдать с поверхности Земли инфракрасные звезды - "коричневые карлики", которые составляют более 90% всех звёзд в Галактике.

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.

Свет

Свет, световое, видимое излучение - видимая глазами человека и приматов часть оптического спектра электромагнитного излучения, занимает диапазон длин электромагнитных волн в интервале от 400 нанометров до 780 нанометров, то есть менее одной октавы - двухкратного изменения частоты.

Рис. 1.14. Шкала электромагнитных волн

Словесный мем-запоминалка порядка следования цветов в световом спектре:
"К аждая О безьяна Ж елает З нать Г лавный С екрет Ф изики" -
"Красный , Оранжевый , Желтый , Зелёный , Голубой , Синий , Фиолетовый ".

Рентгеновское и гамма излучение

В области рентгеновского и гамма излучения на первый план выступают квантовые свойства излучения.


Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и пр.), а также в результате процессов, происходящих внутри электронных оболочек атомов.


Гамма излучение является следствием явлений, происходящих внутри атомных ядер, а также в результате ядерных реакций. Граница между рентгеновским и гамма излучением определяются условно по величине кванта энергии , соответствующего данной частоте излучения.


Рентгеновское излучение составляют электромагнитные волны с длиной от50 нм до 10 -3 нм, что соответствует энергии квантов от 20эв до 1Мэв.


Гамма излучение составляют электромагнитные волны с длиной волны меньше 10 -2 нм, что соответствует энергии квантов больше 0.1Мэв.

Электромагнитная природа света

Свет представляет собой видимый участок спектра электромагнитных волн, длины волн которых занимают интервал от 0.4мкм до 0.76мкм. Каждой спектральной составляющей оптического излучения может быть поставлен в соответствие определённый цвет. Окраска спектральных составляющих оптического излучения определяется их длиной волны. Цвет излучения изменяется по мере уменьшения его длины волны следующим образом: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Красный свет, соответствующий наибольшей длине волны, определяет красную границу спектра. Фиолетовый свет - соответствует фиолетовой границе.

Естественный (дневной, солнечный) свет не окрашен и представляет суперпозицию электромагнитных волн из всего видимого человеком спектра. Естественный свет появляется в результате испускания электромагнитных волн возбужденными атомами. Характер возбуждения может быть различным: тепловой, химический, электромагнитный и др. В результате возбуждения атомы излучают хаотическим образом электромагнитные волны примерно в течении 10 -8 сек. Поскольку энергетический спектр возбуждения атомов достаточно широкий, то излучаются электромагнитные волны из всего видимого спектра, начальная фаза, направление и поляризация которых имеет случайный характер. По этой причине естественный свет не поляризован. Это означает, что "плотность" спектральных составляющих электромагнитные волны естественного света, имеющих взаимно перпендикулярные поляризации одинаково.


Гармонические электромагнитные волны светового диапазона называются монохроматическими . Для световой монохроматической волны одной из главных характеристик является интенсивность. Интенсивность световой волны представляет собой среднее значение величины плотности потока энергии (1.25) переносимого волной:



Где - вектор Пойнтинга.


Расчет интенсивности световой, плоской, монохроматической волны с амплитудой электрического поля в однородной среде с диэлектрической и магнитной проницаемостями по формуле (1.35) с учетом (1.30) и (1.32) дает:




Традиционно оптические явления рассматриваются с помощью лучей. Описание оптических явлений с помощью лучей называется геометрооптическим . Правила нахождения траекторий лучей, разработанные в геометрической оптике, широко используются на практике для анализа оптических явлений и при построении различных оптических приборов.


Дадим определение луча, исходя из электромагнитного представления световых волн. Прежде всего, лучи - это линии, вдоль которых распространяются электромагнитные волны. По этой причине луч - это линия, в каждой точке которой усредненный вектор Пойнтинга электромагнитной волны направлен по касательной к этой линии.


В однородных изотропных средах направление среднего вектора Пойнтинга совпадает с нормалью к волновой поверхности (эквифазной поверхности), т.е. вдоль волнового вектора .


Таким образом, в однородных изотропных средах лучи перпендикулярны соответствующему волновому фронту электромагнитной волны.


Для примера рассмотрим лучи, испускаемые точечным монохроматическим источником света. С точки зрения геометрической оптики из точки источника исходит множество лучей в радиальном направлении. С позиции электромагнитной сущности света из точки источника распространяется сферическая электромагнитная волна. На достаточно большом расстоянии от источника кривизной волнового фронта можно пренебречь, считая локально сферическую волну плоской. Разбивая поверхность волнового фронта на большое количество локально плоских участков, можно через центр каждого участка провести нормаль, вдоль которого распространяется плоская волна, т.е. в геометрооптической интерпретации луч. Таким образом, оба подхода дают одинаковое описание рассмотренного примера.


Основная задача геометрической оптики состоит в нахождении направления луча (траектории). Уравнение траектории находится после решения вариационной задачи нахождения минимума т.н. действия на искомых траекториях. Не вдаваясь в подробности строгой формулировки и решения указанной задачи, можно полагать, что лучи представляют собой траектории с наименьшей суммарной оптической длиной. Данное утверждение является следствием принципа Ферма.

Вариационный подход определения траектории лучей может быть применен и к неоднородным средам, т.е. таким средам, у которых показатель преломления является функция координат точек среды. Если описать функцией форму поверхности волнового фронта в неоднородной среде, то её можно найти исходя из решения уравнения в частных производных, известного как уравнение эйконала, а в аналитической механике как уравнение Гамильтона - Якоби:

Таким образом, математическую основу геометрооптического приближения электромагнитной теории составляют различные методы определения полей электромагнитных волн на лучах, исходя из уравнения эйконала или каким - либо другим способом. Геометрооптическое приближение широко используется на практике в радиоэлектронике для расчета т.н. квазиоптических систем.


В заключение заметим, что возможность описать свет одновременно и с волновых позиций путем решения уравнений Максвелла и с помощью лучей, направление которых определяется из уравнений Гамильтона - Якоби, описывающих движение частиц, является одним из проявлений кажущегося дуализма света, приведшего, как известно, к формулировке логически противоречивых принципов квантовой механики.

На самом деле никакого дуализма в природе электромагнитных волн нет. Как показал Макс Планк в 1900 году в своей классической работе "О нормальном спектре излучения" , электромагнитные волны представляют собой отдельные квантованные колебания частотой v и энергией E=hv , где h =const , в эфире . Последний есть сверхтекучая среда, имеющая стабильное свойство разрывности мерой h - постоянная Планка. При воздействии на эфир энергией, превышающей hv во время излучения происходит образование квантованного "вихря". Точно такое же явление наблюдается во всех сверхтекучих средах и образование в них фононов - квантов звукового излучения.

За "copy-and-paste" совмещение открытия Макса Планка 1900 года с открытым еще в 1887 году Генрихом Герцем фотоэффектом, в 1921 году Нобелевский комитет присудил премию Альберту Эйнштейну

1) Октавой по определению называется диапазон частот между произвольной частотой w и её второй гармоникой, равной 2w.


Слайд 2

Шкала электромагнитных излучений.

Шкала электромагнитных волн простирается от длинных Радиоволн до гамма – лучей. Электромагнитные волны различной Длины условно делят на диапазоны по различным признакам (способу получения, способу регистрации, характеру взаимодействия с веществом).

Слайд 3

Слайд 4

Электромагнитные излучения

1.Гамма излучение 2. Инфракрасный диапазон 3. Рентген 4. Радио излучение и микроволны 5.Видимый диапазон 6. Ультрафиолет

Слайд 5

Гамма-излучение

Применение

Слайд 6

Гамма-излучение В области открытия гамма-лучей одно из первых мест принадлежит англичанину Эрнесту Резерфорду. Резерфорд задался целью не просто открывать новые излучающие вещества. Он хотел выяснить, что же представляют собой их лучи. Он правильно предположил, что в этих лучах могут встретиться заряженные частицы. А они отклоняются в магнитном поле. В 1898 году Резерфорд преступил к исследованию уранового излучения, результаты которого были опубликованы в 1899 году в статье «Излучение урана и созданная им электропроводность». Резерфорд пропустил сильный пучок лучей радия между полюсами мощного магнита. И его предположения оправдались.

Слайд 7

Излучение регистрировалось по действию на фотопластинку. Пока не было магнитного поля, на пластинке появилось одно пятно от падавших на нее лучей радия. Но вот пучок прошел через магнитное поле. Теперь он как бы распался на части. Один луч отклонился влево, другой – вправо. Отклонение лучей в магнитном поле ясно указало, что в состав излучения входят заряженные частицы; по этому отклонению можно было судить и о знаке частиц. По двум первым буквам греческого алфавита и назвал Резерфорд две составные части излучения радиоактивных веществ. Альфа-лучи () – часть излучения, отклонявшаяся, как отклонялись бы положительные частицы. Отрицательные частицы были обозначены буквой бета (). А в 1900 году в излучении урана Вилларом была открыта еще одна составляющая, которая не отклонялась в магнитном поле и обладала наибольшей проникающей способностью, она была названа гамма-лучами (). Это, как оказалось, были «частицы» электромагнитного излучения – так называемые гамма- кванты. Гамма-излучение, коротковолновое электромагнитное излучение. На шкале электромагнитных волн оно граничит с жёстким рентгеновским излучением, занимая весь диапазон частот >3*1020 Гц, что соответствует длинам волн 

Слайд 8

Гамма-излучение возникает при распадах радиоактивных ядер, элементарных частиц, при аннигиляции пар частица-античастица, а также при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество.Гамма-излучение, сопровождающее распад радиоактивных ядер, испускается при переходах ядра из более возбуждённого энергетического состояния в менее возбуждённое или в основное. Испускание ядром гамма-кванта не влечёт за собой изменения атомного номера или массового числа, в отличие от др. видов радиоактивных превращений. Ширина линий гамма-излучение обычно чрезвычайно мала (~10-2эв). Поскольку расстояние между уровнями во много раз больше ширины линий, спектр гамма-излучений является линейчатым, т.е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров гамма-излучения позволяет установить энергии возбуждённых состояний ядер.

Слайд 9

Источником гамма-излучения является изменение энергетического состояния атомного ядра, а также ускорение свободно заряженных частиц.Гамма-кванты с большими энергиями испускаются при распадах некоторых элементарных частиц. Так, при распаде покоящегося p°-мезона возникает гамма-излучение с энергией ~70 Мэв. гамма-излучение от распада элементарных частиц также образует линейчатый спектр. Однако испытывающие распад элементарные частицы часто движутся со скоростями, сравнимыми со скоростью света. Вследствие этого возникает доплеровское уширение линии и спектр гамма-излучение оказывается размытым в широком интервале энергии. Гамма-излучение, образующееся при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, вызывается их торможением в кулоновском поле атомных ядер вещества. Тормозное гамма-излучение, так же как и тормозное рентгеновское излучение, характеризуется сплошным спектром, верхняя граница которого совпадает с энергией заряженной частицы, например электрона. В межзвёздном пространстве гамма-излучение может возникать в результате соударений квантов более мягкого длинноволнового электромагнитного излучения, например света, с электронами, ускоренными магнитными полями космических объектов. При этом быстрый электрон передаёт свою энергию электромагнитному излучению и видимый свет превращается в более жёсткое гамма-излучение. Аналогичное явление может иметь место в земных условиях при столкновении электронов большой энергии, получаемых на ускорителях, с фотонами видимого света в интенсивных пучках света, создаваемых лазерами. Электрон передаёт энергию световому фотону, который превращается в гамма-квант. Можно на практике превращать отдельные фотоны света в кванты гамма-излучения высокой энергии.

Слайд 10

Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, т. е. может проникать сквозь большие толщи вещества без заметного ослабления. Оно проходит сквозь метровый слой бетона и слой свинца толщиной несколько сантиметров.

Слайд 11

Основные процессы, происходящие при взаимодействии гамма-излучения с веществом: фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), комптоновское рассеяние (комптон-эффект) и образование пар электрон-позитрон. При фотоэффекте происходит поглощение гамма-кванта одним из электронов атома, причём энергия гамма-кванта преобразуется за вычетом энергии связи электрона в атоме в кинетическую энергию электрона, вылетающего за пределы атома. Вероятность фотоэффекта прямо пропорциональна 5-й степени атомного номера элемента и обратно пропорциональна 3-й степени энергии гамма-излучения. При комптон-эффекте происходит рассеяние g-кванта на одном из электронов, слабо связанных в атоме, В отличие от фотоэффекта, при комптон-эффекте гамма-квант не исчезает, а лишь изменяет энергию (длину волны) и направление распространения. Узкий пучок гамма-лучей в результате комптон-эффекта становится более широким, а само излучение - более мягким (длинноволновым). Интенсивность комптоновского рассеяния пропорциональна числу электронов в 1 см3вещества, и поэтому вероятность этого процесса пропорциональна атомному номеру вещества. Комптон-эффект становится заметным в веществах с малым атомным номером и при энергиях гамма-излучения, превышающих энергию связи электронов в атомах.Если энергия гамма-кванта превышает 1,02 Мэв, становится возможным процесс образования электрон-позитронных пар в электрическом поле ядер. Вероятность образования пар пропорциональна квадрату атомного номера и увеличивается с ростом hv. Поэтому при hv ~ 10 основным процессом в любом веществе оказывается образование пар. Обратный процесс аннигиляции электрон-позитронной пары является источником гамма-излучения. Почти все -излучение, приходящие на Землю из космос, поглощается атмосферой Земли. Это обеспечивает возможность существования органической жизни на Земле. -Излучение возникает при взрыве ядерного оружия вследствие радиоактивного распада ядер.

Слайд 12

Гамма-излучение находит применение в технике, например для обнаружения дефектов в металлических деталях – гамма-дефектоскопия. В радиационной химии гамма-излучение применяется для инициирования химических превращений, например процессов полимеризации. Гамма-излучение используется в пищевой промышленности для стерилизации продуктов питания. Основными источниками гамма-излучения служат естественные и искусственные радиоактивные изотопы, а также электронные ускорители. Действие на организм гамма-излучения подобно действию других видов ионизирующих излучений. Гамма-излучение может вызывать лучевое поражение организма, вплоть до его гибели. Характер влияния гамма-излучения зависит от энергии γ-квантов и пространственных особенностей облучения, например, внешнее или внутреннее. Гамма-излучение используется в медицине для лечения опухолей, для стерилизации помещений, аппаратуры и лекарственных препаратов. Гамма-излучение применяют также для получения мутаций с последующим отбором хозяйственно-полезных форм. Так выводят высокопродуктивные сорта микроорганизмов (например, для получения антибиотиков) и растений.

Слайд 13

Инфракрасный диапазон

Возникновение И Земное применение

Слайд 14

Уильям Гершель впервые заметил, что за красным краем полученного с помощью призмы спектра Солнца есть невидимое излучение, вызывающее нагрев термометра. Это излучение стали позднее называть тепловым или инфракрасным.

Ближнее ИК-излучение очень похоже на видимый свет и регистрируется такими же инструментами. В среднем и дальнем ИК используются болометры, отмечающие изменения. В среднем ИК-диапазоне светит вся планета Земля и все предметы на ней, даже лед. За счет этого Земля не перегревается солнечным теплом. Но не всё ИК-излучение проходит через атмосферу. Есть лишь несколько окон прозрачности, остальное излучение поглощается углекислым газом, водяным паром, метаном, озоном и другими парниковыми газами, которые препятствуют быстрому остыванию Земли. Из-за поглощения в атмосфере и теплового излучения предметов телескопы для среднего и дальнего ИК выносят в космос и охлаждают до температуры жидкого азота или даже гелия.

Слайд 15

Источники В инфракрасном диапазоне телескоп «Хаббл» может увидеть больше галактик, чем звезд-

Фрагмент одного из так называемых Глубоких полей «Хаббла». В 1995 году космический телескоп в течение 10 суток накапливал свет, приходящий с одного участка неба. Это позволило увидеть чрезвычайно слабые галактики, расстояние до которых составляет до 13 млрд световых лет (менее одного миллиарда лет от Большого взрыва). Видимый свет от таких далеких объектов испытывает значительное красное смещение и становится инфракрасным. Наблюдения велись в области, далекой от плоскости галактики, где видно относительно мало звезд. Поэтому большая часть зарегистрированных объектов - это галактики на разных стадиях эволюции.

Слайд 16

Галактика Сомбреро в инфракрасном диапазоне

Гигантская спиральная галактика, обозначаемая также как M104, расположена в скоплении галактик в созвездии Девы и видна нам почти с ребра. Она обладает огромным центральным балджем (шарообразное утолщение в центре галактики) и содержит около 800 млрд звезд - в 2-3 раза больше, чем Млечный Путь. В центре галактики находится сверхмассивная черная дыра с массой около миллиарда масс Солнца. Это определено по скоростям движения звезд вблизи центра галактики. В инфракрасном диапазоне в галактике отчетливо просматривается кольцо газа и пыли, в котором активно рождаются звезды.

Слайд 17

Туманности и пылевые облака вблизи центра Галактики в ИК-диапазоне

  • Слайд 18

    ПриемникиИнфракрасный космический телескоп «Спитцер»

    Главное зеркало диаметром 85 см изготовлено из бериллия и охлаждается до температуры 5,5 К для снижения собственного инфракрасного излучения зеркала. Телескоп был запущен в августе 2003 года по программе четырех великих обсерваторий NASA, включающей: гамма-обсерваторию «Комптон» (1991–2000, 20 кэВ-30 ГэВ), см. Небо в гамма-лучах с энергией 100 МэВ, рентгеновскую обсерваторию «Чандра» (1999, 100 эВ-10 кэВ), космический телескоп «Хаббл» (1990, 100–2100 нм), инфракрасный телескоп «Спитцер» (2003, 3–180 мкм). Ожидается, что срок службы телескопа «Спитцер» составит около 5 лет. Свое название телескоп получил в честь астрофизика Лаймана Спитцера (1914–97), который в 1946 году, задолго до запуска первого спутника, опубликовал статью «Преимущества для астрономии внеземной обсерватории», а спустя 30 лет убедил NASA и американский Конгресс начать разработку космического телескопа «Хаббл».

    Слайд 19

    Земное применение:Прибор ночного видения

    В основе прибора лежит электронно-оптический преобразователь (ЭОП), позволяющий значительно (от 100 до 50 тысяч раз) усиливать слабый видимый или инфракрасный свет. Объектив создает изображение на фотокатоде, из которого, как и в случае ФЭУ, выбиваются электроны. Далее они разгоняются высоким напряжением (10–20 кВ), фокусируются электронной оптикой (электромагнитным полем специально подобранной конфигурации) и падают на флуоресцентный экран, подобный телевизионному. На нем изображение рассматривают в окуляры. Разгон фотоэлектронов дает возможность в условиях низкой освещенности использовать для получения изображения буквально каждый квант света, однако в полной темноте требуется подсветка. Чтобы не выдать присутствие наблюдателя, для этого пользуются прожектором ближнего ИК-диапазона (760–3000 нм).

    Слайд 20

    Существуют также приборы, которые улавливают собственное тепловое излучение предметов в среднем ИК-диапазоне (8–14 мкм). Такие приборы называются тепловизорами, они позволяют заметить человека, животное или нагретый двигатель за счет их теплового контраста с окружающим фоном.

    Слайд 21

    Радиатор

    Вся энергия, потребляемая электрическим обогревателем, в конечном счете, переходит в тепло. Значительная часть тепла уносится воздухом, который соприкасается с горячей поверхностью, расширяется и поднимается вверх, так что обогревается в основном потолок. Во избежание этого обогреватели снабжают вентиляторами, которые направляют теплый воздух, например, на ноги человека и способствуют перемешиванию воздуха в помещении. Но есть и другой способ передачи тепла окружающим предметам: инфракрасное излучение обогревателя. Оно тем сильнее, чем горячее поверхность и больше ее площадь. Для увеличения площади радиаторы делают плоскими. Однако при этом температура поверхности не может быть высокой. В других моделях обогревателей используется спираль, разогреваемая до нескольких сотен градусов (красное каление), и вогнутый металлический рефлектор, который создает направленный поток инфракрасного излучения.

    Слайд 22

    Рентген

    1. Источники, Применение

    Слайд 23

    2. Выделив новый тип изучения, Вильгельм Рентген назвал его X-лучами (X-rays). Под этим именем оно известно во всём мире, кроме России. Самый характерный источник рентгена в космосе - горячие внутренние области аккреционных дисков вокруг нейтронных звезд и черных дыр. Также в рентгеновском диапазоне светит солнечная корона, разогретая до 1–2 млн градусов, хотя на поверхности Солнца всего около 6 тысяч градусов. Но рентген можно получить и без экстремальных температур. В излучающей трубке медицинского рентгеновского аппарата электроны разгоняются напряжением в несколько киловольт и врезаются в металлический экран, испуская при торможении рентген. Ткани организма по-разному поглощают рентгеновское излучение, это позволяет изучать строение внутренних органов. Сквозь атмосферу рентген не проникает, космические рентгеновские источники наблюдают только с орбиты. Жесткий рентген регистрируют сцинтилляционными датчиками. При поглощении рентгеновских квантов в них ненадолго возникает свечение, которое улавливают ФЭУ. Мягкое рентгеновское излучение фокусируют металлическими зеркалами косого падения, от которых лучи отражаются под углом менее одного градуса, подобно гальке от поверхности воды.

    Слайд 24

    ИсточникиРентгеновские источники в районе центра нашей Галактики

    Фрагмент снимка окрестностей центра Галактики, полученного рентгеновским телескопом «Чандра». Виден целый ряд ярких источников, которые, по всей видимости, являются аккреционными дисками вокруг компактных объектов - нейтронных звезд и черных дыр.

    Слайд 25

    Окрестности пульсара в Крабовидной туманности

    Крабовидная туманность - остаток сверхновой звезды, вспышка которой наблюдалась в 1054 году. Сама туманность - это рассеянная в космосе оболочка звезды, а ее ядро сжалось и образовало сверхплотную вращающуюся нейтронную звезду диаметром около 20 км. Вращение этой нейтронной звезды отслеживается по строго периодическим колебаниям ее излучения в радиодиапазоне. Но пульсар излучает также в видимом и рентгеновском диапазонах. В рентгене телескоп «Чандра» сумел получить изображение аккреционного диска вокруг пульсара и небольших джетов, перпендикулярных его плоскости (ср. Аккреционный диск вокруг сверхмассивной черной дыры).

    Слайд 26

    Солнечные протуберанцы в рентгене

    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. Данный снимок сделан во время максимума солнечной активности, которая меняется с периодом 11 лет. Сама поверхность Солнца в рентгене практически не излучает и потому выглядит черной. В период солнечного минимума рентгеновское излучение Солнца значительно снижается. Изображение получено японским спутником Yohkoh («Солнечный луч»), известным также как Solar-A, который работал с 1991 по 2001 год.

    Слайд 27

    ПриемникиРентгеновский телескоп «Чандра»

    Одна из четырех «Великих обсерваторий» NASA, получившая название в честь американского астрофизика индийского происхождения СубраманьянаЧандрасекара (1910–95), лауреата Нобелевской премии (1983), специалиста по теории строения и эволюции звезд. Основной инструмент обсерватории - рентгеновский телескоп косого падения диаметром 1,2 м, содержащий четыре вложенных параболических зеркала косого падения (см. схему), переходящих в гиперболические. Обсерватория выведена на орбиту в 1999 и работает в диапазоне мягкого рентгена (100 эВ-10 кэВ). Среди множества открытий обсерватории «Чандра» - первый снимок аккреционного диска вокруг пульсара в Крабовидной туманности.

    Слайд 28

    Земное применение

    Электронная лампа, служащая источником мягкого рентгеновского излучения. Между двумя электродами внутри запаянной вакуумной колбы прикладывается напряжение 10–100 кВ. Под действием этого напряжения электроны разгоняются до энергии 10–100 кэВ. В конце пути они сталкиваются с полированной металлической поверхностью и резко тормозятся, отдавая значительную часть энергии в виде излучения в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазоне.

    Слайд 29

    Рентгеновский снимок

    Изображение получается за счет неодинаковой проницаемости тканей человеческого тела для рентгеновского излучения. В обычном фотоаппарате объектив преломляет свет, отраженный объектом, и фокусирует его на пленке, где формируется изображение. Однако рентгеновское излучение очень трудно сфокусировать. Поэтому работа рентгеновского аппарата больше похожа на контактную печать снимка, когда негатив кладется на фотобумагу и на короткое время освещается. Только в данном случае в роли негатива выступает человеческое тело, в роли фотобумаги специальная фотопленка, чувствительная к рентгеновским лучам, а вместо источника освещения берется рентгеновская трубка.

    Слайд 30

    Радиоизлучение и микроволны

    Применение

    Слайд 31

    Диапазон радиоизлучения противоположен гамма-излучению и тоже неограничен с одной стороны - со стороны длинных волн и низких частот. Инженеры делят его на множество участков. Самые короткие радиоволны используют для беспроводной передачи данных (интернет, сотовая и спутниковая телефония); метровые, дециметровые и ультракороткие волны (УКВ) занимают местные теле- и радиостанции; короткие волны (КВ) служат для глобальной радиосвязи - они отражаются от ионосферы и могут огибать Землю; средние и длинные волны используют для регионального радиовещания. Сверхдлинные волны (СДВ) - от 1 км до тысяч километров - проникают сквозь соленую воду и применяются для связи с подводными лодками, а также для поиска полезных ископаемых. Энергия радиоволн крайне низка, но они возбуждают слабые колебания электронов в металлической антенне. Эти колебания затем усиливаются и регистрируются. Атмосфера пропускает радиоволны длиной от 1 мм до 30 м. Они позволяют наблюдать ядра галактик, нейтронные звезды, другие планетные системы, но самое впечатляющее достижение радиоастрономии - рекордно детальные изображения космических источников, разрешение которых превосходит десятитысячную долю угловой секунды.

    Слайд 32

    Микроволны

    Микроволны - это поддиапазон радиоизлучения, примыкающий к инфракрасному. Его также называют сверхвысокочастотным (СВЧ) излучением, так как у него самая большая частота в радиодиапазоне. Микроволновый диапазон интересен астрономам, поскольку в нем регистрируется оставшееся со времен Большого взрыва реликтовое излучение (другое название - микроволновый космический фон). Оно было испущено 13,7 млрд лет назад, когда горячее вещество Вселенной стало прозрачным для собственного теплового излучения. По мере расширения Вселенной реликтовое излучение остыло и сегодня его температура составляет 2,7 К. Реликтовое излучение приходит на Землю со всех направлений. Сегодня астрофизиков интересуют неоднородности свечения неба в микроволновом диапазоне. По ним определяют, как в ранней Вселенной начинали формироваться скопления галактик, чтобы проверить правильность космологических теорий. А на Земле микроволны используются для таких прозаических задач, как разогрев завтрака и разговоры по мобильному телефону. Атмосфера прозрачна для микроволн. Их можно использовать для связи со спутниками. Есть также проекты передачи энергии на расстояние с помощью СВЧ-пучков.

    Слайд 33

    ИсточникиКрабовидная туманность в радиодиапазоне

    По этому изображению, которое построено по данным наблюдений американской Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO), можно судить о характере магнитных полей в Крабовидной туманности. Крабовидная туманность - наиболее изученный остаток взрыва сверхновой. На данном изображении показано, как она выглядит в радиодиапазоне. Радиоизлучение генерируется быстрыми электронами при движении в магнитном поле. Поле заставляет электроны поворачивать, то есть двигаться ускоренно, а при ускоренном движении заряды испускают электромагнитные волны.

    Слайд 34

    Компьютерная модель распределения вещества во Вселенной

    Изначально распределение вещества во Вселенной было почти идеально равномерным. Но все же небольшие (возможно даже квантовые) флуктуации плотности за многие миллионы и миллиарды лет привели к тому, что вещество фрагментировалось. Похожие результаты дают наблюдательные обзоры распределения галактик в пространстве. Для сотен тысяч галактик определяются координаты на небе и красные смещения, по которым вычисляются расстояния до галактик. На рисунке представлен результат компьютерного моделирования эволюции Вселенной. Рассчитывалось движение 10 млрд частиц под действием взаимного тяготения на протяжении 15 млрд лет. В результате сформировалась пористая структура, отдаленно напоминающая губку. Скопления-галактики концентрируются в ее узлах и ребрах, а между ними находятся обширные пустыни, где почти нет объектов, - астрономы называют их войдами (от англ. void - пустота).

    Слайд 35

    Правда, достичь хорошего согласия расчетов и наблюдений удается, только если предположить, что видимое (светящееся в электромагнитном спектре) вещество составляет всего около 5% всей массы Вселенной. Остальное приходится на так называемые темную материю и темную энергию, которые проявляют себя только своим тяготением и природа которых пока не установлена. Их изучение - одна из наиболее актуальных задач современной астрофизики.

    Слайд 36

    Квазар: активное ядро галактики

    На радиоизображении квазара красным цветом показаны области высокой интенсивности радиоизлучения: в центре активное ядро галактики, а по бокам от него - два джета. Сама галактика в радиодиапазоне практически не излучает. Когда на сверхмассивную черную дыру в центре галактики аккрецирует слишком много вещества, выделяется огромное количество энергии. Эта энергия разгоняет часть вещества до околосветовых скоростей и выбрасывает его релятивистскими плазменными джетами в двух противоположных направлениях перпендикулярно оси аккреционного диска. Когда эти джеты сталкиваются с межгалактической средой и тормозятся, входящие в них частицы испускают радиоволны.

    Слайд 37

    Радиогалактика: карта изолиний радиояркости

    Карты изолиний обычно используются для представления изображений, полученных на одной длине волны, что особенно характерно для радиодиапазона. По принципу построения они подобны горизонталям на топографической карте, только вместо точек с фиксированной высотой над горизонтом ими соединяют точки с одинаковой радиояркостью источника на небе. Для изображения космических объектов в диапазонах излучения, отличных от видимого, используются различные приемы. Чаще всего это искусственные цвета и карты изолиний. С помощью искусственных цветов можно показать, как выглядел бы объект, если бы светочувствительные рецепторы человеческого глаза были чувствительны не к определенным цветам в видимом диапазоне, а к другим частотам электромагнитного спектра.

    Слайд 38

    ПриемникиМикроволновый орбитальный зонд WMAP

    Изучение микроволнового фона было начато наземными радиотелескопами, продолжено советским прибором «Реликт-1» на борту спутника «Прогноз-9» в 1983 г. и американским спутником COBE (Cosmic Background Explorer) в 1989 г., но самую подробную карту распределения микроволнового фона по небесной сфере построил в 2003 г. зонд WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Полученные данные накладывают существенные ограничения на модели образования галактик и эволюции Вселенной. Космический фон микроволнового излучения, называемый также реликтовым излучением, создает радиошум, который почти одинаков во всех направлениях на небе. И всё же в нем есть очень небольшие вариации интенсивности - около тысячной доли процента. Это следы неоднородностей плотности вещества в молодой Вселенной, которые послужили зародышами для будущих скоплений галактик.

    Слайд 39

    Обзоры неба

    Энергия невозбужденного атома водорода зависит от взаимной ориентации спинов протона и электрона. Если они параллельны, энергия чуть выше. Такие атомы могут спонтанно переходить в состояние с антипараллельными спинами, испуская квант радиоизлучения, уносящий крохотный избыток энергии. С отдельным атомом такое случается в среднем раз в 11 млн лет. Но огромное распространение водорода во Вселенной делает возможным наблюдение газовых облаков на этой частоте. Знаменитая спектральная линия с длиной волны 21,1 см - это еще один способ наблюдения нейтрального атомарного водорода в космосе. Линия возникает благодаря так называемому сверхтонкому расщеплению основного энергетического уровня атома водорода.

    Слайд 40

    Радионебо на волне 73,5 см, 408 МГц (Бонн)

    Для построения обзора использовался один из крупнейших в мире полноповоротных радиотелескопов - 100-метровый боннский радиотелескоп. Это самый длинноволновый из всех обзоров неба. Он был выполнен на волне, на которой в Галактике наблюдается значительное число источников. Кроме того, выбор длины волны определялся техническими причинами.

    Слайд 41

    Земное применение

    Микроволновая печь Таким образом происходит микроволновая (СВЧ) сушка продуктов, размораживание, приготовление и разогрев. Также переменные электрические токи возбуждают токи высокой частоты. Эти токи могут возникать в веществах, где присутствуют подвижные заряженные частицы. А вот острые и тонкие металлические предметы в микроволновую печь помещать нельзя (это особенно касается посуды с напыленными металлическими украшениями под серебро и золото). Даже тонкое колечко позолоты по краю тарелки может вызвать мощный электрический разряд, который повредит устройство, создающее электромагнитную волну в печи (магнетрон, клистрон). Главное преимущество микроволновой печи - прогрев со временем продуктов по всему объему, а не только с поверхности. Микроволновое излучение, имея большую длину волны, глубже инфракрасного проникает под поверхность продуктов. Внутри продуктов электромагнитные колебания возбуждают вращательные уровни молекул воды, движение которых в основном и вызывает нагрев пищи.

    Слайд 42

    Сотовый телефон

    В стандарте GSM одна базовая станция может обеспечивать не более 8 телефонных разговоров одновременно. На массовых мероприятиях и при стихийных бедствиях количество звонящих абонентов резко увеличивается, это перегружает базовые станции и приводит к перебоям с сотовой связью. На такие случаи у сотовых операторов есть мобильные базовые станции, которые могут быть оперативно доставлены в район большого скопления народа. Много споров вызывает вопрос о возможном вреде микроволнового излучения сотовых телефонов. Во время разговора передатчик находится в непосредственной близости от головы человека. Многократно проводившиеся исследования пока не смогли достоверно зарегистрировать негативного воздействия радиоизлучения сотовых телефонов на здоровье. Хотя полностью исключить воздействие слабого микроволнового излучения на ткани организма нельзя, оснований для серьезного беспокойства нет. Принцип действия сотовой телефонии основан на использовании радиоканала (в микроволновом диапазоне) для связи между абонентом и одной из базовых станций. Между базовыми станциями информация передается, как правило, по цифровым кабельным сетям. Радиус действия базовой станции - размер соты - от нескольких десятков до нескольких тысяч метров. Он зависит от ландшафта и от мощности сигнала, которую подбирают так, чтобы в одной соте было не слишком много активных абонентов.

    Слайд 43

    Телевизор

    Передатчик телевизионной станции постоянно выдает в эфир радиосигнал строго фиксированной частоты, она называется несущей частотой. Под нее подстраивается приемный контур телевизора - в нем на нужной частоте возникает резонанс, позволяющий уловить слабые электромагнитные колебания. Информация об изображении передается амплитудой колебаний: большая амплитуда - высокая яркость, низкая амплитуда - темный участок изображения. Этот принцип называется амплитудной модуляцией. Аналогичным образом передается звук радиостанциями (кроме FM-станций). С переходом к цифровому телевидению правила кодирования изображения меняются, но сам принцип несущей частоты и ее модуляции сохраняется. Передача телевизионного изображения ведется на метровых и дециметровых волнах. Каждый кадр разбивается на строки, вдоль которых определенным образом меняется яркость.

    Слайд 44

    Спутниковая тарелка

    Параболическая антенна для приема сигнала с геостационарного спутника в микроволновом и УКВ-диапазонах. Принцип действия такой же, как у радиотелескопа, но тарелку не требуется делать подвижной. В момент монтажа ее направляют на спутник, который всегда остается на одном месте относительно земных сооружений. Это достигается за счет вывода спутника на геостационарную орбиту высотой около 36 тыс. км над экватором Земли. Период обращения по этой орбите в точности равен периоду вращения Земли вокруг своей оси относительно звезд - 23 часа 56 минут 4 секунды. Размер тарелки зависит от мощности спутникового передатчика и его диаграммы направленности. У каждого спутника есть основной район обслуживания, где его сигналы принимаются тарелкой диаметром 50–100 см, и периферийная зона, где сигнал быстро слабеет и для его приема может потребоваться антенна до 2–3 м.

    Слайд 45

    Видимый диапазон

    Земное применение

    Слайд 46

    Диапазон видимого света - самый узкий во всем спектре. Длина волны в нем меняется менее чем в два раза. На видимый свет приходится максимум излучения в спектре Солнца. Наши глаза в ходе эволюции адаптировались к его свету и способны воспринимать излучение только в этом узком участке спектра. Почти все астрономические наблюдения до середины XX века велись в видимом свете. Основной источник видимого света в космосе - звезды, поверхность которых нагрета до нескольких тысяч градусов и потому испускает свет. На Земле применяются также нетепловые источники света, например, флюоресцентные лампы и полупроводниковые светодиоды. Для сбора света от слабых космических источников используются зеркала и линзы. Приемниками видимого света служат сетчатка глаза, фотопленка, применяемые в цифровых фотоаппаратах полупроводниковые кристаллы (ПЗС-матрицы), фотоэлементы и фотоэлектронные умножители. Принцип действия приемников основан на том, что энергии кванта видимого света достаточно, чтобы спровоцировать химическую реакцию в специально подобранном веществе или выбить из вещества свободный электрон. Затем по концентрации продуктов реакции или по величине освободившегося заряда определяется количество поступившего света.

    Слайд 47

    Источники

    Одна из самых ярких комет конца XX века. Она была открыта в 1995 году, когда находилась еще за орбитой Юпитера. Это рекордное расстояние для обнаружения новой кометы. Прошла перигелий 1 апреля 1997 года, а в конце мая достигла максимального блеска - около нулевой звездной величины. Комета Хейла-Боппа Всего комета оставалась видимой невооруженным глазом в течение 18,5 месяцев - вдвое больше прежнего рекорда, установленного великой кометой 1811 года. На снимке видны два хвоста кометы - пылевой и газовый. Давление солнечного излучения направляет их прочь от Солнца.

    Слайд 48

    Планета Сатурн

    Вторая по величине планета Солнечной системы. Относится к классу газовых гигантов. Снимок сделан межпланетной станцией «Кассини», которая с 2004 года ведет исследования в системе Сатурна. В конце XX века системы колец обнаружены у всех планет-гигантов - от Юпитера до Нептуна, но только у Сатурна они легко доступны наблюдению даже в небольшой любительский телескоп.

    Слайд 49

    Солнечные пятна

    Они живут от нескольких часов до нескольких месяцев. Число пятен служит индикатором активности Солнца. Наблюдая пятна на протяжении нескольких дней, легко заметить вращение Солнца. Снимок сделан любительским телескопом. Области пониженной температуры на видимой поверхности Солнца. Их температура 4300–4800 К - примерно на полторы тысячи градусов ниже, чем на остальной поверхности Солнца. Из-за этого их яркость в 2–4 раза ниже, что по контрасту создает впечатление черных пятен. Пятна возникают, когда магнитное поле замедляет конвекцию и тем самым вынос тепла в верхних слоях вещества Солнца.

    Слайд 50

    Приемники

    Любительский телескоп В современном мире любительская астрономия стала увлекательным и престижным хобби.Простейшие инструменты с диаметром объектива от 50–70 мм, самые крупные с диаметром 350–400 мм сравнимы по стоимости с престижным автомобилем и требуют стационарной установки на бетонном фундаменте под куполом. В умелых руках такие инструменты вполне могут дать вклад в большую науку.

    Слайд 51

    Лампа накаливания

    Испускает видимый свет и инфракрасное излучение за счет нагрева электрическим током помещенной в вакуум вольфрамовой спирали. Спектр излучения очень близок к чернотельному с температурой около 2000 К. При такой температуре максимум излучения приходится на ближнюю инфракрасную область и потому расходуется бесполезно для целей освещения. Существенно поднять температуру не удается, поскольку при этом спираль быстро выходит из строя. Поэтому лампы накаливания оказываются неэкономичным осветительным прибором. Лампы дневного света значительно эффективнее преобразуют электроэнергию в свет.

    Слайд 52

    Ультрафиолет

    Земное применение

    Слайд 53

    Ультафиолетовый диапазон электромагнитного излучения располагается за фиолетовым (коротковолновым) краем видимого спектра. Ближний ультрафиолет от Солнца проходит сквозь атмосферу. Он вызывает на коже загар и необходим для выработки витамина D. Но чрезмерное облучение чревато развитием рака кожи. УФ излучение вредно для глаз. Поэтому на воде и особенно на снегу в горах обязательно нужно носить защитные очки. Более жесткое УФ излучение поглощают в атмосфере молекулы озона и других газов. Наблюдать его можно только из космоса, и поэтому его называют вакуумным ультрафиолетом. Энергии ультрафиолетовых квантов достаточно для разрушения биологических молекул, в частности ДНК и белков. На этом основан один из методов уничтожения микробов. Считается, что пока в атмосфере Земли не было озона, поглощающего значительную часть ультрафиолета, жизнь не могла выйти из воды на сушу. Ультрафиолет испускают объекты с температурой от тысяч до сотен тысяч градусов, например, молодые горячие массивные звезды. Однако УФ излучение поглощается межзвездными газом и пылью, поэтому часто нам видны не сами источники, а подсвеченные ими космические облака. Для сбора УФ излучения используют зеркальные телескопы, а для регистрирации служат фотоэлектронные умножители, а в ближнем УФ, как и в видимом свете - ПЗС-матрицы.

    Слайд 54

    Источники

    Свечение возникает, когда заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с молекулами атмосферы Юпитера. Большинство частиц под действием магнитного поля планеты входит в атмосферу вблизи ее магнитных полюсов. Поэтому сияние возникает в относительно небольшой области. Аналогичные процессы идут на Земле и на других планетах, обладающих атмосферой и магнитным полем. Снимок получен космическим телескопом «Хаббл». Полярное сияние на Юпитере в ультрафиолете

    Слайд 55

    Обзоры неба

    Небо в жестком ультрафиолете (EUVE) Обзор построен орбитальной ультрафиолетовой обсерваторией Extreme Ultraviolet Explorer Линейчатая структура изображения соответствует орбитальному движению спутника, а неоднородность яркости отдельных полос связана с изменениями в калибровке аппаратуры. Черные полосы - участки неба, которые не удалось пронаблюдать. Незначительное число деталей на этом обзоре связано с тем, что источников жесткого ультрафиолета относительно мало и, кроме того, ультрафиолетовое излучение рассеивается космической пылью.

    Слайд 56

    Земное применение

    Солярий Установка для дозированного облучения тела ближним ультрафиолетом для загара. Ультрафиолетовое излучение приводит к выделению в клетках пигмента меланина, который меняет цвет кожи

    Слайд 57

    Детектор валюты

    Ультрафиолетовое излучение применяется для определения подлинности денежных купюр. В купюры впрессовываются полимерные волокна со специальным красителем, который поглощает ультрафиолетовые кванты, а потом испускает менее энергичное излучение видимого диапазона. Под действием ультрафиолета волокна начинают светиться, что и служит одним из признаков подлинности. Ультрафиолетовое излучение детектора невидимо для глаза, синее свечение, заметное при работе большинства детекторов, связано с тем, что применяемые источники ультрафиолета излучают также и в видимом диапазоне.

    Посмотреть все слайды

    Тема: «Виды излучений. Источники света. Шкала электромагнитных волн».

    Цель: установить общие свойства и различия по теме «Электромагнитные излучения»; сравнить разные виды излучений.

    Оборудование: презентация «Шкала электромагнитных волн».

    Ход урока.

    I. Организационный момент.

    II. Актуализация знаний.

    Фронтальная беседа.

    Какой волной является свет? Что такое когерентность? Какие волны называют когерентными? Что называют интерференцией волн, и при каких условиях происходит это явление? Что называют разностью хода? Оптической разностью хода? Как записываются условия образования интерференционных максимумов и минимумов? Применение интерференции в технике. Что называют дифракцией света? Сформулируйте принцип Гюйгенса; принцип Гюйгенса-Френеля. Назовите дифракционные картины от различных препятствий. Что представляет собой дифракционная решетка? Где применяют дифракционную решетку? Что такое поляризация света? Для чего используют поляроиды?

    III. Изучение нового материала.

    Вселенная – это океан электромагнитных излучений. Люди живут в нем, по большей части, не замечая пронизывающих окружающее пространство волн. Греясь у камина или зажигая свечу, человек заставляет работать источник этих волн, не задумываясь об их свойствах. Но знание - сила: открыв природу электромагнитного излучения, человечество в течение XX столетия освоило и поставило к себе на службу самые различные его виды.

    Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой разной. Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. При изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и г-излучение.

    Более ста лет, фактически с начала XIX в., продолжалось открытие все новых и новых волн. Единство волн было доказано теорией Максвелла. До него многие волны рассматривались как явления разной природы. Рассмотрим шкалу электромагнитных волн, которая разделена на диапазоны по частоте, но и по способу излучения. Строгих границ между отдельными диапазонами электромагнитных волн нет. На границах диапазонов вид волны устанавливают по способу её излучения, т. е. электромагнитная волна с одной и той же частоты может быть в том или другом случае отнесена к разному виду волн. Например, излучение с длиной волны в 100 мкм может быть отнесено к радиоволнам или к инфракрасным волнам. Исключение - видимый свет.

    Виды излучений.

    вид излучения

    длина волны, частота

    источники

    свойства

    применение

    скорость распространения в вакууме

    Низкочастотное

    от 0 до 2 104 Гц

    от1,5 104 до ∞ м.

    генераторы переменного тока.

    Отражение, поглощение, преломление.

    Применяются при плавке и закалке металлов.

    Радиоволны

    переменный ток. генератор радиочастот, звезды, в том числе Солнце, галактики и метагалактики.

    интерференция,

    дифракция.

    Для передачи информации на различные расстояния. Передаются речь, музыка (радиовещание), телеграфные сигналы (радиосвязь), изображения различных объектов (радиолокация).

    Инфракрасное

    3*1011- 3,85*1014 Гц.

    780нм –1мм.

    Излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях. Мощный источник инфракрасного излучения – Солнце

    Отражение, поглощение, преломление,

    интерференция,

    дифракция.

    3,85 1014- 7,89 1014 Гц

    Валентные электроны в атомах и молекулах, изменяющие свое положение в пространстве, а также свободные заряды, движущиеся ускоренно.

    Отражение, поглощение, преломление,

    интерференция,

    дифракция.

    Поглощение растениями углекислого газа в результате процесса фотосинтеза и выделения кислорода способствует поддержанию биологической жизни на Земле. Также видимое излучение применяется при освещении различных объектов

    Ультрафиолетовое

    от 0,2 мкм до 0,38 мкм

    8*1014-3*1016 Гц

    валентные электроны атомов и молекул, также ускорено движущиеся свободные заряды. Газоразрядные лампы с трубками из кварца (кварцевые лампы).Твердые телами, у которых T>1000°С, а также светящие пары ртути. Высокотемпературная плазма.

    Высокая химическая активность (разложение хлорида сереб­ра, свечение кристаллов сульфида цинка), невидимо, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в неболь­ших дозах благотворно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное биологическое воздей­ствие: изменения в развитии клеток и обмене веществ, действие на глаза.

    Медицина. Люминес

    центные лампы.

    Криминалистика (по

    обнаруживают

    подделки

    документов).

    Искусствоведение (с

    ультрафиолетовых лучей

    можно обнаружить

    на картинах

    не видимые глазом следы реставрации)

    Рентгеновское

    10-12- 10-8 м (частот 3*1016-3-1020 Гц

    Некоторые радиоактивные изотопы, синхротроны накопители электронов. Естественными источниками рентгеновского излучения является Солнце и др. космические объекты

    Высокая проникающая способность.

    Отражение, поглощение, преломление,

    интерференция,

    дифракция.

    Рентгеноструктур-

    ный анализ,

    медицина, криминалистика, искусствоведение.

    Гамма - излучение

    Ядерные процессы.

    Отражение, поглощение, преломление,

    интерференция,

    дифракция.

    При исследовании ядерных процессов, в дефектоскопии.

    Сходство и различия.

    Общие свойства и характеристики электромагнитных волн.

    Свойства

    Характеристики

    Распространение в пространстве с течением времени

    Скорость электромагнитных волн в вакууме постоянна и равна приблизительно 300 000 км/с

    Все волны поглощаются веществом

    Различные коэффициенты поглощения

    Все волны на границе раздела двух сред частично отражаются, частично преломляются.

    Законы отражения и преломления. Коэффициенты отражения для разных сред и разных волн.

    Все электромагнитные излучения проявляют свойства волн: складываются, огибают препятствия. Несколько волн одновременно могут существовать в одной области пространства

    Принцип суперпозиции. Для когерентных источников правила определения максимумов. Принцип Гюйгенса-Френеля. Волны между собой не взаимодействуют

    Сложные электромагнитные волны при взаимодействии с веществом раскладываются в спектр - дисперсия.

    Зависимость показателя преломления среды от частоты волны. Скорость волны в веществе зависит от показателя преломления среды v = c/n

    Волны разной интенсивности

    Плотность потока излучения

    По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения поглощаются слабо. Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны. Но главное различие между длинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц.

    1 Низкочастотное излучение

    Низкочастотное излучение возникает в диапазоне частот от 0 до 2 104 Гц. Этому излучению соответствует длина волны от1,5 104 до ∞ м. Излучением таких, сравнительно малых частот, можно пренебречь. Источником низкочастотного излучения являются генераторы переменного тока. Применяются при плавке и закалке металлов.

    2 Радиоволны

    Радиоволны занимают диапазон частот 2*104-109 Гц. Им соответствует длина волны 0,3-1,5*104 м. Источником радиоволн, так же как и низкочастотного излучения является переменный ток. Также источником являются генератор радиочастот, звезды, в том числе Солнце, галактики и метагалактики. Индикаторами являются вибратор Герца, колебательный контур.

    Большая частота радиоволн, по сравнению с низкочастотным излучением приводит к заметному излучению радиоволн в пространство. Это позволяет использовать их для передачи информации на различные расстояния. Передаются речь, музыка (радиовещание), телеграфные сигналы (радиосвязь), изображения различных объектов (радиолокация). Радиоволны используются для изучения структуры вещества и свойств той среды, в которой они распространяются. Исследование радиоизлучения космических объектов – предмет радиоастрономии. В радиометеорологии изучают процессы по характеристикам принимаемых волн.

    3 Инфракрасное излучение (ИК)

    Инфракрасное излучение занимают диапазон частот 3*1011- 3,85*1014 Гц. Им соответствует длина волны 780нм –1мм. Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году астрономом Уильямом Гершлем. Изучая повышение температуры термометра, нагреваемого видимым светом, Гершель обнаружил наибольшее нагревание термометра вне области видимого света (за красной областью). Невидимое излучение, учитывая его место в спектре, было названо инфракрасным. Источником инфракрасного излучения является излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях. Мощный источник инфракрасного излучения – Солнце, около 50% его излучения лежит в инфракрасной области. На инфракрасное излучение приходится значительная доля (от 70 до 80 %) энергии излучения ламп накаливания с вольфрамовой нитью. Инфракрасное излучение испускает электрическая дуга и различные газоразрядные лампы. Излучения некоторых лазеров лежит в инфракрасной области спектра. Индикаторами инфракрасного излучения являются фото и терморезисторы, специальные фотоэмульсии. Инфракрасное излучение используют для сушки древесины, пищевых продуктов и различных лакокрасочных покрытий (инфракрасный нагрев), для сигнализации при плохой видимости, дает возможность применять оптические приборы, позволяющие видеть в темноте, а также при дистанционном управлении. Инфракрасные лучи используются для наведения на цель снарядов и ракет, для обнаружения замаскированного противника. Эти лучи позволяют определить различие температур отдельных участков поверхности планет, особенности строения молекул вещества (спектральный анализ). Инфракрасная фотография применяется в биологии при изучении болезней растений, в медицине при диагностике кожных и сосудистых заболеваний, в криминалистике при обнаружении подделок. При воздействии на человека вызывает повышение температуры человеческого тела.

    Видимое излучение (свет)

    Видимое излучение - единственный диапазон электромагнитных волн, воспринимаемым человеческим глазом. Световые волны занимают достаточно узкий диапазон: 380-780 нм (ν = 3,85 1014- 7,89 1014 Гц). Источником видимого излучения являются валентные электроны в атомах и молекулах, изменяющие свое положение в пространстве, а также свободные заряды, движущиеся ускоренно. Эта часть спектра дает человеку максимальную информацию об окружающем мире. По своим физическим свойствам она аналогична другим диапазонам спектра, являясь лишь малой частью спектра электромагнитных волн. Излучение, имеющее разную длину волны (частоты) в диапазоне видимого излучения, оказывает различное физиологическое воздействие на сетчатку человеческого глаза, вызывая психологическое ощущение света. Цвет - не свойство электромагнитной световой волны самой по себе, а проявление электрохимического действия физиологической системы человека: глаз, нервов, мозга. Приблизительно можно назвать семь основных цветов, различаемых человеческим глазом в видимом диапазоне (в порядке возрастания частоты излучения): красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Запоминание последовательности основных цветов спектра облегчает фраза, каждое слово которой начинается с первой буквы названия основного цвета: «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан». Видимое излучение может влиять па протекание химических реакций в растениях (фотосинтез) и в организмах животных и человека. Видимое излучение испускают отдельные насекомые (светлячки) и некоторые глубоководные рыбы за счет химических реакций в организме. Поглощение растениями углекислого газа в результате процесса фотосинтеза выделения кислорода способствует поддержанию биологической жизни на Земле. Также видимое излучение применяется при освещении различных объектов.

    Свет - источник жизни на Земле и одновременно источник наших представлении об окружающем мире.

    5. Ультрафиолетовое излучение

    Ультрафиолетовое излучение, не видимое глазом электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между видимым и рентгеновским излучением в пределах длин волн 10 – 380 нм(ν=8*1014-3*1016 Гц). Ультрафиолетовое излучение было открыто в 1801 году немецким ученым Иоганном Риттером. Изучая почернение хлористого серебра под действием видимого света, Риттер обнаружил, что серебро чернеет еще более эффективно в области, находящейся за фиолетовым краем спектра, где видимое излучение отсутствует. Невидимое излучение, вызвавшее это почернение, было названо ультрафиолетовым. Источник ультрафиолетового излучения — валентные электроны атомов и молекул, также ускорено движущиеся свободные заряды. Излучение накаленных до температур - 3000 К твердых тел содержит заметную долю ультрафиолетового излучения непрерывного спектра, интенсивность которого растет с увеличением температуры. Более мощный источник ультрафиолетового излучения - любая высокотемпературная плазма. Для различных применений ультрафиолетового излучения используются ртутные, ксеноновые и др. газоразрядные лампы. Естественные источники ультрафиолетового излучения - Солнце, звезды, туманности и другие космические объекты. Однако лишь длинноволновая часть их излучения (λ>290 нм) достигает земной поверхности. Для регистрации ультрафиолетового излучения при λ= 230 нм используются обычные фотоматериалы, в более коротковолновой области к нему чувствительны специальные маложелатиновые фотослои. Применяются фотоэлектрические приемники, использующие способность ультрафиолетового излучения, вызывать ионизацию и фотоэффект: фотодиоды, ионизационные камеры, счетчики фотонов, фотоумножители.

    В малых дозах ультрафиолетовое излучение оказывает благотворное, оздоровительное влияние на человека, активизируя синтез витамина D в организме, а также вызывая загар. Большая доза ультрафиолетового излучения может вызвать ожог кожи и раковые новообразования (в 80 % излечимые). Кроме того, чрезмерное ультрафиолетовое излучение ослабляет иммунную систему организма, способствуя развитию некоторых заболеваний. Ультрафиолетовое излучение оказывает также бактерицидное действие: под действие этого излучения гибнут болезнетворные бактерии.

    Ультрафиолетовое излучение применяется в люминесцентных лампах, в криминалистике (по снимкам обнаруживают подделки документов), в искусствоведении (с помощью ультрафиолетовых лучей можно обнаружить на картинах не видимые глазом следы реставрации). Практически не пропускает ультрафиолетовое излучение оконное стекло, т. к. его поглощает оксид железа, входящий в состав стекла. По этой причине даже в жаркий солнечный день нельзя загореть в комнате при закрытом окне. Человеческий глаз не видит ультрафиолетовое излучение, т. к. роговая оболочка глаза и глазная линза поглощают ультрафиолет. Ультрафиолетовое излучение видят некоторые животные. Например, голубь ориентируется по Солнцу даже в пасмурную погоду.

    6. Рентгеновское излучение

    Рентгеновское излучение - это электромагнитное ионизирующее излучение, занимающее спектральную область между гамма - и ультрафиолетовым излучением в пределах длин волн от 10-12- 10-8 м (частот 3*1016-3-1020 Гц). Рентгеновское излучение было открыто в 1895 году немецким физиком. Наиболее распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, в которой ускоренные электрическим нолем электроны бомбардируют металлический анод. Рентгеновское излучение может быть получено при бомбардировке мишени ионами высокой энергии. В качестве источников рентгеновского излучения могут служить также некоторые радиоактивные изотопы, синхротроны накопители электронов. Естественными источниками рентгеновского излучения является Солнце и др. космические объекты

    Изобранения предметов в рентгеновском излучении получают на специальной рентгеновской фотопленке. Рентгеновское излучение можно регистрировать с помощью ионизационной камеры, сцинтилляционным счетчиком, вторично-электронных или каналовых электронных умножителей, микроканальных пластин. Благодаря высокой проникающей способности рентгеновское излучение применяется в рентгеноструктурном анализе (исследовании структуры кристаллической решетки), при изучении структуры молекул, обнаружении дефектов в образцах, в медицине (рентгеновские снимки, флюорография, лечение раковых заболеваний), в дефектоскопии (обнаружение дефектов в отливках, рельсах), в искусствоведении(обнаружение старинной живописи, скрытой под слоем поздней росписи), в астрономии(при изучении рентгеновских источников), криминалистике. Большая доза рентгеновского излучения приводит к ожогам и изменению структуры крови человека. Создание приемников рентгеновского излучения и размещение их на космических станциях позволило обнаружить рентгеновское излучение сотен звезд, а также оболочек сверхновых звезд и целых галактик.

    7. Гамма излучение (γ - лучи)

    Гамма излучение - коротковолновое электромагнитное излучение, занимающее весь диапазон частот ν> З*1020Гц, что соответствует длинам волн λ<10-12 м. 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 Iгамма излучением. Гамма излучение связано с ядерными процессами, явлениями радиоактивного распада, происходящими с некоторыми веществами, как на Земле, так и в космосе. Гамма излучение можно регистрировать с помощью ионизационных и пузырьковых камер, а также с помощью специальных фотоэмульсий. Используются при исследовании ядерных процессов, в дефектоскопии. Гамма излучение отрицательно воздействует на человека.

    IV. Закрепление изученного материала.

    Низкочастотное излучение, радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, γ-излучение представляют собой различные виды электромагнитного излучения.

    Если мысленно разложить эти виды по возрастанию частоты или убыванию длины волны, то получится широкий непрерывный спектр – шкала электромагнитных излучений (учитель показывает шкалу). Деление электромагнитных излучений по диапазонам условное. Четкой границы между областями нет. Названия областей сложились исторически, они лишь служат удобным средством классификации источников излучений.

    Все диапазоны шкалы электромагнитных излучений имеют общие свойства:

      Физическая природа всех излучений одинакова Все излучения распространяются в вакууме с одинаковой скоростью, равной 3*108 м/с Все излучения обнаруживают общие волновые свойства (отражение, преломление, интерференцию, дифракцию, поляризацию).

    А). Выполните задания по определению вида излучения и его физической сущности.

    1. Излучают ли электромагнитные волны горящие дрова? Негорящие? (Излучают. Горящие – инфракрасные и видимые лучи, а негорящие – инфракрасные).

    2. Чем объясняется белый цвет снега, черный цвет сажи, зеленый цвет листьев, красный цвет бумаги? (Снег все волны отражает, сажа все поглощает, листья отражают зелёные, бумага – красные).

    3. Какую роль играет атмосфера в жизни на Земле? (Защита от ультрафиолета).

    4. Почему темное стекло защищает глаза сварщика? (Стекло не пропускает ультрафиолет, а тёмное стекло и яркое видимое излучение пламени, которое возникает при сварке).

    5. Когда через ионизированные слои атмосферы проходят спутники или космические корабли, то они становятся источниками рентгеновского излучения. Почему? (В атмосфере быстро движущиеся электроны ударяются по стенкам движущихся объектов и возникает рентгеновское излучение).

    6.Что такое СВЧ излучение и где используется? (Сверхвысокочастотное излучение, микроволновые печи).

    Б). Проверочный тест.

    1. Инфракрасное излучение имеет длину волны:

    А. Меньше 4*10-7 м. Б. Больше 7,6*10-7 м В. Меньше 10 –8 м

    2. Ультрафиолетовое излучение:

    А. Возникает при резком торможении быстрых электронов.

    Б. Интенсивно испускается нагретыми до высокой температуры телами.

    В. Испускается любым нагретым телом.

    3. Каков диапазон длин волн видимого излучения?

    А. 4*10-7- 7,5*10-7 м. Б. 4*10-7- 7,5*10-7 см. В. 4*10-7- 7,5*10-7 мм.

    4. Наибольшую проходящую способность имеет:

    А. Видимое излучение Б. Ультрафиолетовое излучение В. Рентгеновское излучение

    5. Изображение предмета в темноте получают при помощи:

    А. Ультрафиолетового излучения. Б. Рентгеновского излучения.

    В. Инфракрасного излучения.

    6. Кем впервые было открыто γ–излучение?

    А. Рентгеном Б. Вилларом В. Гершелем

    7. С какой скоростью распространяется инфракрасное излучение?

    А. Больше чем 3*108 м/с Б. Меньше чем 3*10 8 м/с В. 3*108 м/с

    8. Рентгеновское излучение:

    А. Возникает при резком торможении быстрых электронов

    Б. Испускается твердыми телами, нагретыми до большой температуры

    В. Испускается любым нагретым телом

    9. Какие излучения используются в медицине?

    Инфракрасное излучение Ультрафиолетовое излучение Видимое излучение Рентгеновское излучение

    А. 1,2,4 Б. 1,3 В. Все излучения

    10. Обычное стекло практически не пропускает:

    А. Видимое излучение. Б. Ультрафиолетовое излучение. В. Инфракрасное излучение Правильные ответы:1(Б); 2 (Б); 3(А); 4(В); 5(В); 6(Б); 7(В); 8(А); 9(А); 10(Б).

    Шкала оценок: 5 - 9-10 заданий; 4 – 7-8 заданий; 3 - 5-6 заданий.

    IV. Итог урока.

    V. Домашнее задание: §80,86 .

    Земцова Екатерина.

    Исследовательская работа.

    Скачать:

    Предварительный просмотр:

    Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com


    Подписи к слайдам:

    « Шкала электромагнитных излучений.» Работу выполнила ученица 11 класса: Земцова Екатерина Руководитель: Фирсова Наталья Евгеньевна Волгоград 2016

    Содержание Введение Электромагнитное излучение Шкала электромагнитных излучений Радиоволны Влияние радиоволн на организм человека Как можно защититься от радиоволн? Инфракрасное излучение Влияние инфракрасного излучения организм Ультрафиолетовое излучение Рентгеновское излучение Влияние рентгена на человека Воздействие ультрафиолетового излучения Гамма-излучение Воздействие радиационного излучения на живой организм Выводы

    Введение Электромагнитные волны – неизбежные спутники бытового комфорта. Они пронизывают пространство вокруг нас и наши тела: источники ЭМ-излучения согревают и освещают дома, служат для приготовления пищи, обеспечивают мгновенную связь с любым уголком мира.

    Актуальность Влияние электромагнитных волн на организм человека сегодня – предмет частых споров. Однако, опасны не сами электромагнитные волны, без которых действительно ни один аппарат не смог бы работать, а их информационная составляющая, которую нельзя обнаружить обычными осциллографами.* Осциллограф - прибор, предназначенный для исследования амплитудных параметров электрического сигнала *

    Задачи: Рассмотреть каждый вид электромагнитного излучения подробно Выявить, какое влияние он оказывает на здоровье человека

    Электромагнитное излучение - это распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля. Электромагнитное излучение подразделяется на: радиоволны (начиная со сверхдлинных), инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение гамма излучение (жёсткое)

    Шкала электромагнитных излучений - совокупность всех диапазонов частот электромагнитного излучения. В качестве спектральной характеристики электромагнитного излучения используют следующие величины: Длину волны Частоту колебаний Энергию фотона (кванта электромагнитного поля)

    Радиоволны - электромагнитное излучение с длинами волн в электромагнитном спектре длиннее инфракрасного света. Радиоволны имеют частоту от 3 кГц до 300 ГГц, и соответствующую длину волны от 1 миллиметра до 100 километров. Как и все другие электромагнитные волны, радиоволны распространяются со скоростью света. Естественными источниками радиоволн являются молнии и астрономические объекты. Искусственно созданные радиоволны используются для стационарной и мобильной радиосвязи, радиовещания, радиолокации и других навигационных систем, спутников связи, компьютерных сетей и других бесчисленных приложений.

    Радиоволны делятся на частотные диапазоны это: длинные волны, средние волны, короткие волны, и ультракороткие волны. Волны этого диапазона называются длинными, поскольку их низкой частоте соответствует большая длина волны. Они могут распространяться на тысячи километров, так как способны огибать земную поверхность. Поэтому многие международные радиостанции вещают на длинных волнах. Длинные волны.

    Распространяются не на очень большие расстояния, поскольку могут отражаться только от ионосферы (одного из слоев атмосферы Земли). Передачи на средних волнах лучше принимают ночью, когда повышается отражательная способность ионосферного слоя. Средние волны

    Короткие волны -многократно отражаются от поверхности Земли и от ионосферы, благодаря чему распространяются на очень большие расстояния. Передачи радиостанции, работающей на коротких волнах, можно принимать на другой стороне земного шара. -могут отражаться только, от поверхности Земли и потому пригодны для вещания лишь на очень малые расстояния. На волнах УКВ-диапазона часто передают стереозвук, так как на них слабее помехи. Ультракороткие волны (УКВ)

    Влияние радиоволн на организм человека По каким параметрам различается воздействие радиоволн на организм? Термическое действие можно объяснить на примере человеческого тела: встречая на пути препятствие – тело человека, волны проникают в него. У человека они поглощаются верхним слоем кожи. При этом, образуется тепловая энергия, которая выводится системой кровообращения. 2. Нетермическое действие радиоволн. Типичный пример – волны, исходящие от антенны мобильного телефона. Здесь можно обратить внимание на опыты, проводимые учеными с грызунами. Они смогли доказать воздействие на них нетермических радиоволн. Однако, не сумели доказать их вред на организм человека. Чем успешно и пользуются и сторонники, и противники мобильной связи, манипулируя сознанием людей.

    Кожный покров человека, точнее, его внешние слои, абсорбирует (поглощает) радиоволны, вследствие чего выделяется тепло, которое абсолютно точно можно зафиксировать экспериментально. Максимально допустимое повышение температуры для человеческого организма составляет 4 градуса. Из этого следует, что для серьёзных последствий человек должен подвергаться продолжительному воздействию довольно мощных радиоволн, что маловероятно в повседневных бытовых условиях. Широко известно, что электромагнитное излучение препятствует качественному приёму телесигнала. Смертельно опасны радиоволны для владельцев электрических кардиостимуляторов – последние имеют чёткий пороговый уровень, выше которого электромагнитное излучение, окружающее человека, подниматься не должно.

    Приборы, с которыми человек сталкивается в процессе своей жизнедеятельности мобильные телефоны; радиопередающие антенны; радиотелефоны системы DECT; сетевые беспроводные устройства; Bluetooth -устройства; сканеры тела; бебифоны; бытовые электроприборы; высоковольтные линии электропередач.

    Как можно защититься от радиоволн? Единственный действенный метод – находиться от них дальше. Доза излучения снижается пропорционально расстоянию: тем меньше, чем дальше от излучателя находится человек. Бытовые приборы (дрели, пылесосы) образуют эл.магнитные поля вокруг шнура питания при условии неграмотно установленной электропроводки. Чем больше мощность прибора, тем больше его воздействие. Защититься можно их расположением как можно более дальше от людей. Неиспользуемые приборы должны отключаться от сети.

    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 абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне. Инфракрасное излучение испускают возбуждённые атомы или ионы. Инфракрасное излучение

    Глубина проникновения и соответственно прогрева организма инфракрасным излучением зависит от длины волны. Коротковолновое излучение способно проникать в организм на глубину нескольких сантиметров и нагревает внутренние органы, в то время как длинноволновое излучение задерживается влагой, содержащейся в тканях, и повышает температуру покровов тела. Особенно опасно воздействие интенсивного инфракрасного излучения на мозг - оно может вызвать тепловой удар. В отличие от других видов излучений, например рентгеновского, СВЧ и ультрафиолета, инфракрасное излучение нормальной интенсивности не оказывает негативного влияния на организм. Влияние инфракрасного излучения организм

    Ультрафиолетовое излучение – это невидимое глазом электромагнитное излучение, располагающееся на спектре между видимым и рентгеновским излучениями. Ультрафиолетовое излучение Диапазон ультрафиолетового излучения, доходящий до поверхности Земли, составляет 400 – 280 нм, а более короткие волны, исходящие от Солнца поглощаются ещё в стратосфере при помощи озонового слоя.

    Свойства УФ излучения химическая активность (ускоряет протекание химических реакций и биологических процессов) проникающая способность уничтожение микроорганизмов, благотворное влияние на организм человека (в небольших дозах) способностью вызывать люминесценцию веществ (их свечение с различной окраской испускаемого света)

    Воздействие ультрафиолетового излучения Воздействие ультрафиолетового излучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи к загару, приводит к ожогам разной степени. Ультрафиолетовое излучение может приводить к образованию мутаций (ультрафиолетовый мутагенез). Образование мутаций, в свою очередь, может вызывать рак кожи, меланому кожи и её преждевременное старение. Эффективным средством защиты от ультрафиолетового излучения служит одежда и специальные кремы от загара c числом «SPF» больше 10. Ультрафиолетовое излучение средневолнового диапазона (280-315 нм) практически неощутимо для глаз человека и в основном поглощается эпителием роговицы, что при интенсивном облучении вызывает радиационное поражение - ожог роговицы (электроофтальмия). Это проявляется усиленным слезотечением, светобоязнью, отёком эпителия роговицы Для защиты глаз используются специальные защитные очки, задерживающие до 100 % ультрафиолетового излучения и прозрачные в видимом спектре. Для еще более коротких волн нет подходящего по прозрачности материала для линз объектива, и приходится применять отражательную оптику - вогнутые зеркала.

    Рентгеновское излучение - электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением Применение рентгеновского излучения в медицине Причиной применения рентгеновского излучения в диагностике послужила их высокая проникающая способность. В первое время после открытия, рентгеновское излучение использовалось по большей части, для исследования переломов костей и определения местоположения инородных тел (например, пуль) в теле человека. В настоящее время применяют несколько методов диагностики с помощью рентгеновских лучей.

    Рентгеноскопия После прохождения рентгеновских лучей через тело пациента врач наблюдает теневое его изображение. Между экраном и глазами врача должно быть установлено свинцовое окно для того, чтобы защитить врача от вредного действия рентгеновских лучей. Этот метод дает возможность изучить функциональное состояние некоторых органов. Недостатки этого метода – недостаточно контрастные изображения и сравнительно большие дозы излучения, получаемые пациентом во время процедуры. Флюорография Используют, как правило, для предварительного исследования состояния внутренних органов пациентов с помощью малых доз рентгеновского излучения. Рентгенография Это метод исследования с помощью рентгеновских лучей, в ходе которого изображение записывается на фотографическую пленку. Рентгеновские фотографии содержат больше деталей и потому они являются более информативными. Могут быть сохранены для дальнейшего анализа. Общая доза излучения меньше, чем применяемая в рентгеноскопии.

    Рентгеновское излучение является ионизирующим. Оно воздействует на ткани живых организмов и может быть причиной лучевой болезни, лучевых ожогов и злокачественных опухолей. По причине этого при работе с рентгеновским излучением необходимо соблюдать меры защиты. Считается, что поражение прямо пропорционально поглощённой дозе излучения. Рентгеновское излучение является мутагенным фактором.

    Влияние рентгена на организм Рентгеновские лучи обладают большой проникающей способностью, т.е. они способны беспрепятственно проникать сквозь изучаемые органы и ткани. Влияние рентгена на организм проявляется также тем, что рентгеновское излучение ионизирует молекулы веществ, что приводит к нарушению первоначальной структуры молекулярного строения клеток. Тем самым формируются ионы (положительно или отрицательно заряженные частицы), а также молекулы, которая становятся активными. Эти изменения в той или иной мере могут быть причиной развития лучевых ожогов кожи и слизистых, лучевой болезни, а также мутаций, что приводит к формированию опухоли, в том числе и злокачественной. Однако эти изменения могут возникнуть только в том случае, если продолжительность и частота воздействия рентгена на организм значительная. Чем мощнее рентгеновский луч и чем длительнее воздействие, тем выше риск получения негативных эффектов.

    В современной рентгенологии используются приборы, которые обладают очень маленькой энергией луча. Считается, что риск развития онкологических заболеваний после проведения одного стандартного рентгеновского исследования крайне мал и не превышает 1 тысячной процента. В клинической практике применяется весьма короткий промежуток времени при условии, что потенциальная польза от получения данных о состоянии организма, значительно выше его потенциальной опасности. Врачи-рентгенологи, а также техники и лаборанты, должны придерживаться обязательных мер защиты. Врач, производящий манипуляцию облачается в специальный защитный фартук, который представляет собой защитные свинцовые пластины. Кроме того, врачи-рентгенологи имеют индивидуальный дозиметр, и как только он зафиксирует, что доза облучения велика, врач отстраняется от работы с рентгеном. Таким образом, рентгеновское излучение, хоть и обладает потенциально опасными эффектами в отношении организма, на практике безопасно.

    Гамма-излучение - вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны - менее 2·10−10 м имеет самую высокую проникающую способность. Такой вид излучения может задержать толстая свинцовая или бетонная плита. Опасность радиации состоит в ее ионизирующем излучении, взаимодействующим с атомами и молекулами, которые это воздействие превращает в положительное заряженные ионы, тем самым разрывая химические связи молекул, составляющих живые организмы, и вызывая биологически важные изменения.

    Мощность дозы - показывает какую дозу облучения за промежуток времени получит предмет, либо живой организм. Единица измерения - Зиверт /час. Годовые эффективные эквивалентные дозы, мкЗв /год Космическое излучение 32 Облучение от стройматериалов и на местности 37 Внутреннее облучение 37 Радон-222, радон-220 126 Медицинские процедуры 169 Испытания ядерного оружия 1,5 Ядерная энергетика 0,01 Всего 400

    Таблица результатов однократного воздействия гамма-излучений на организм человека, измеряемое в зивертах.

    Воздействие радиационного излучения на живой организм вызывает в нем различные обратимые и необратимые биологические изменения. И эти изменения делятся на две категории - соматические изменения, вызываемые непосредственно у человека, и генетические, возникающие у потомков. Тяжесть воздействия радиации на человека зависит от того, как происходит это воздействие - сразу или порциями. Большинство органов успевает восстановиться в той или и ной степени от радиации, поэтому они лучше переносят серию кратковременных доз, по сравнению с той же суммарной дозой облучения, получаемой за один раз. Красный костный мозг и органы кроветворной системы, репродуктивные органы и органы зрения наиболее сильно подвержены воздействию радиации Дети сильнее подвержены воздействию радиации, чем взрослый человек. Большинство органов взрослого человека не так подвержены радиации - это почки, печень, мочевой пузырь, хрящевые ткани.

    Выводы Подробно рассмотрены виды электромагнитного излучения Выявлено, что инфракрасное излучение при нормальной интенсивности не оказывает негативного влияния на организм рентгеновское излучение может быть причиной лучевых ожогов и злокачественных опухолей гамма излучение вызывает биологически важные изменения в организме

    Спасибо за внимание

    Источником электромагнитного излучения всегда является вещество.Норазные уровни организации материи в веществе имеютразличный механизмвозбуждения электромагнитных волн.

    Так электромагнитные волны имеют своим источником токи, протекающие в проводниках, электрические переменные напряжения на металлических поверхностях (антеннах) и т. п. Инфракрасное излучение имеет своим источником нагретые предметы и генерируются колебаниями молекул тел. Оптическое излучение происходит в результате перехода электронов атомов с одних орбит возбужденных) на другие (стационарные). Рентгеновские лучи имеют в своей основе возбуждение электронных оболочек атомов внешними воздействиями, например, бомбардировкой электронными лучками. Гамма-излучение имеет источником возбужденные ядра атомов, возбуждение может быть природным, а может явиться результатом наведенной радиоактивности.

    Шкала электромагнитных волн:

    Электромагнитные волны иначе называются радиоволнами. Радиоволны делятся на поддиапазоны (см. таблицу).

    Название поддиапазона

    Длина волны, м

    Частота колебаний, Гц.

    Сверхдлинные волны

    более 10 4

    менее 3 10 4

    Длинные волны

    310 4 -310 5

    Средние волны

    310 5 -310 6

    Короткие волны

    310 6 -310 7

    Метровые волны

    310 7 -310 8

    Дециметровые волны

    310 8 -310 9

    Сантиметровые волны

    310 9 -310 10

    Миллиметровые волны

    310 10 -310 11

    Субмиллиметровые волны

    10 -3 -510 -5

    310 11 -310 12

    Длинные и средние волны огибают поверхность, хороши для ближней и дальней радиосвязи, но обладают малой вместимостью;

    короткие волны - отражаются от поверхности и обладают большей вместимостью, используются для дальней радиосвязи;

    УКВ - распространяются только в зоне прямой видимости, используются для радиосвязи и в телевидении;

    ИКИ - применяются для всякого рода тепловых приборов;

    видимый свет - используется во всех оптических приборах;

    УФИ - применяется в медицине;

    Рентгеновское излучение используется вмедицине и в приборах контроля качества изделий;

    гамма-лучи - колебания поверхности нуклонов, входящих в состав ядра. используются в парамагнитном резонансе для определения состава и структуры вещества.

    2. Изменение полей при движении объектов. Эффект Доплера и его применение в технике

    При движении объекта в каком-либо силовом поле - электрическом, магнитном или электромагнитном восприятие им действий этого поля изменяется. Это связано с тем, что взаимодействие объекта и поля зависит от относительной скорости движения материи поля и объекта, а поэтому не остается постоянной величиной. Наиболее ярко это проявляется в так называемом доплеровском эффекте.

    Эффект Доплера - изменение частоты колебаний и длины волны, воспринимаемых приемником колебаний вследствие движения источника волн и наблюдателя относительно друг друга. Основная причина эффекта - изменение числа волн, укладывающихся на пути распространения между источником И приемником.

    Доплеровский эффект для звуковых волн наблюдается непосредственно. Он проявляется в повышении тона (частоты) звука, когда источник звука и наблюдатель сближаются и соответственно в понижения тона звука, когда они удаляются.

    Доплеровский эффект нашел применение для определения скорости движения объектов - при определении скорости движущейся автомашины, при измерении скорости самолетов, при измерении скоростей сближения или удаления самолетов друг от друга.

    В первом случае регулировщик направляет луч переносного радиолокатора навстречу автомашине, и по разности частот посланного и отраженного луча определяет ее скорость.

    Во втором случае сам Доплеровский измеритель составляющих скорости устанавливается непосредственно на самолете. Излучаются наклонно вниз три или четыре луча - влево вперед, вправо вперед, влево назад и вправо назад. принимаемые частоты сигналов сравниваются с частотами излучаемых сигналов, разности частот дают представление о составляющей движения самолета по направлению луча, а далее пересчетом полученной информации с учетом положения лучей относительно самолета высчитываются скорость и угол сноса самолета.

    В третьем случае в радиолокаторе, установленном на самолете, определяются не только дальность до другого самолета, как в обычных радиолокаторах, но еще и Доплеровский сдвиг частот, что позволяет не только знать расстояние до другого самолета (цели), но и его скорость. На фоне такой способ позволяет отличить движущуюся цель от неподвижной.

    Применение эффекта Доплера совместно со спектрометрами в астрономии позволяет получать большой объем информации о поведении далеких от нас звездных объектов и образований.

     
    • Статьи по теме:
    Святой апостол андрей первозванный (†ок
    Святой апостол андрей первозванный (†ок
    Святой апостол Андрей Первозванный был родом из города Вифсаида, который располагался на берегу Галилейского моря. Его отца звали Иона, и он занимался рыбной ловлей. Этим он кормил семью. Повзрослевшие сыновья Симон и Андрей присоединились к отцу и тоже с
    Нижегородская энциклопедия В каком году была основан город горький
    Нижегородская энциклопедия В каком году была основан город горький
    Путеводитель по городу Горькому 1960 года издания. Издательство "Горьковская правда"Под катом - текст и 57 фотографий. Стиль и орфография оригинала.Город Горький - бывший Нижний Новгород - крупный промышленный и культурный центр. Он имеет богатую выдающим
    Как приготовить свиной желудок с гречкой
    Как приготовить свиной желудок с гречкой
    Сычуг, колбик, субпродукт. Какие еще названия есть у свиного желудка? Люди, занимающиеся разведением этих забавных животных с пятачком, знают, как приготовить свиной желудок, чтобы даже самый привередливый гурман испытал гастрономическое удовольствие. Се
    Зерновое кофе для кофемашины
    Зерновое кофе для кофемашины
    Сегодня зерновой кофе на рынке представляют множество различных брендов. Выбор настолько велик, что даже настоящие профессионалы могут запутаться. Поэтому сегодня разговор пойдет о том, какой кофе в зернах лучше или хуже и о мастерстве cup-tester. Кофе