Электромагнитные излучения различных диапазонов длин волн

Электромагнитные излучения представляют собой распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью взаимосвязанные и не могущие существовать друг без друга переменные электрические и магнитные поля. Они обладают волновыми и квантовыми свойствами.

Радиоволны.

Частота: от 3 кГц до 300 ГГц.

Получают с помощью колебательного контура и макроскопических вибраторов.

Свойства: Радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами, проявляют свойства дифракции и интерференции.

Применение: Радиосвязь, телевидение, радиолокация.

Инфракрасное излучение (тепловое).

Частота: 1,5 ТГц – 405 ТГц.

· короткие: 0,74—2,5 мкм;

· средние: 2,5—50 мкм;

· длинные: 50—2000 мкм.

Излучается атомами и молекулами вещества. Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре. Человек излучает электромагнитные волны c длиной волны λ= l,9*10-6 м.

1. Проходит через некоторые непрозрачные тела, также сквозь дождь, дымку, снег.

2. Производит химическое действие на фотопластинки.

3. Поглощаясь веществом, нагревает его.

4. Вызывает внутренний фотоэффект у германия.

6. Способно к явлениям интерференции и дифракции.

Регистрируют тепловыми методами, фотоэлектрическими и фотографическими.

Применение: Получают изображения предметов в темноте, приборах ночного видения (ночные бинокли), тумане. Используют в криминалистике, в физиотерапии, в промышленности для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины, фруктов.

Видимое излучение.

Это часть спектра солнечного излучения (от красного до фиолетового).

Частота: 4*1014-8*1014 Гц

Свойства: Отражается, преломляется, воздействует на глаз, способно к явлениям дисперсии, интерференции, дифракции.

Шкала электромагнитных волн:

10000 м – 1 мм ( МГц – МГц) – радиоволны.

100 мкм – 1 мкм – инфракрасные лучи.

1 мкм – 0,4 мкм – видимый свет.

0,4 мкм – 10 нм – ультрафиолетовые лучи.

10 нм – 10 -10 м – рентгеновские лучи.

10 -10 м – 10 -40 м – γ-лучи.

Невидимые лучи, которые в спектре располагаются за красными лучами, называется инфракрасными (латинский “инфра”-под).

Инфракрасные лучи обладают ярко выраженным тепловым действием. Поэтому их часто называют еще тепловыми. Они преломляются слабее красных. Инфракрасные лучи испускают все тела в природе, т.к. их возникновение обусловлено хаотическим движением молекул и атомов любого вещества. С повышением температуры энергия инфракрасного излучения быстро растет. Инфракрасное излучение Земли уносит энергию в мировое пространство. Облака отражают инфракрасное излучение и поэтому ночью при густой облачности становиться теплее.

Инфракрасные лучи используются в технике для сушки, в приборах ночного видения, для наведения снарядов и ракет и т.д.

Электромагнитные волны, короче видимых, называют ультрафиолетовыми (латинский “ультра” – сверх). Они преломляются сильнее фиолетовых и вызывают почернение светочувствительной бумаги. Ультрафиолетовые лучи солнечного излучения сильно поглощаются атмосферой и поэтому у поверхности Земли их мало. Они убивают бактерии и дезинфицируют. Ультрафиолетовые лучи используются в фотографии и медицине.

Рентгеновские лучи (РЛ) были открыты немецким физиком В. Рентгеном. Они невидимы и вызывают свечение многих веществ. РЛ образуются при резком торможении быстро летящих электронов. При ударе меняется магнитное поле электрона и излучается электромагнитная волна. Длина этой волны тем меньше, чем больше скорость электрона в момент удара о препятствие. Т.к. электроны имеют различные скорости, то рентгеновское излучение имеет сплошной спектр. Важной особенностью РЛ является их проникающая способность. Чем короче волна РЛ, тем слабее они поглощаются и тем выше их проникающая способность. Говорят, что чем короче волна РЛ, тем они более жесткие. Показатель преломления РЛ мало отличается от 1. Поэтому они применяются в технике и медицине для диагностирования.

Исследование радиоактивных явлений позволило обнаружить электромагнитные излучения, длина волны которых меньше, чем у рентгеновских лучей. Это излучение было названо гамма-излучением. Оно возникает при распаде ядер атомов.

Парниковый эффект (оранжевый эффект)– это свойство атмосферы Земли пропускать солнечное излучение, но задерживать земное излучение и тем самым способствовать накоплению тепла Землей.

Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновое солнечное излучение, которое почти полностью поглощается земной поверхностью. Нагреваясь, Земля становится источником длинноволнового инфракрасного излучения. Прозрачность атмосферы для инфракрасного излучения мала и оно почти полностью поглощается атмосферой.

Благодаря парниковому эффекту при ясном небе только 10-20% земного излучения может уходить в космическое пространство.

Оптические приборы

Плоское зеркало. Построение изображения в плоском зеркале основано на использовании закона отражения света. Пусть над плоским зеркалом находится точечный источник света S, освещающий зеркало (рисунок 16).

Рассмотрим лучи 1 и 2. Они, отражаясь, попадают на хрусталик глаза, который собирает лучи 1и 2 в точке S” на сетчатке глаза. Нашему глазу будет казаться, что он видит источник света в точке S’. Изображение, которое получается за счет пересечения не самих лучей, а их продолжений, называется мнимым.

Такое название связано с тем, что в точку S’ энергия света не попадает. Это позволяет видеть мнимое изображение, заглянуть в «зазеркалье».

Рисунок 16. Построение изображения в плоском зеркале

Сферическое зеркало. Если взять в качестве отражающей поверхности часть внутренней или внешней поверхности зеркальной сферы, то получится сферическое зеркало. Его основные параметры (рисунки 17,а,б):

Читайте также:  Устройство дверной ручки входной двери

– Оптический центр (центр сферы О).

– Главная оптическая ось ОС.

– Главный фокус .

– Фокусное расстояние .

– Оптическая сила Ф.

Рисунок 17. Сферическое зеркало

Фокусом F называется точка на главной оптической оси ОС (рисунок 17), через которую проходит после отражения от зеркала луч (или его продолжение), падавший на зеркало параллельно главной оптической оси ОС. Найдем положение фокуса. Луч КМ параллелен ОС. Треугольник OFM – равнобедренный. Тогда

Фокусное расстояние .

Если учесть, что , то .

Из последнего выражения следует, что в сферическом зеркале имеет место сферическая аберрация – зависимость фокусного расстояния от ширины пучка лучей h.

Для параксиального пучка h

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-12; Нарушение авторского права страницы

23.01.2015

Урок 36 (11 класс)

Тема. Свойства электромагнитных излучений разных диапазонов длин волн

Цели урока:

Показать свойства электромагнитных излучений разных диапазонов длинволн, значимость темы “Шкала электромагнитных волн” в формировании представлений учащихся о физической картине мира; уточнить представление о строении вещества; составить более полную картину структуры объектов во Вселенной.

обобщить, систематизировать изученный раннее материал о всем диапазоне электромагнитных излучений; углубить знания по данной теме;

совершенствование интеллектуальных способностей и развитие речи учащихся, формирование умений выделять главное, сравнивать, обобщать, делать выводы; стимулирование интереса к предмету путем привлечения дополнительного материала; формирование потребности к углублению и расширению знаний.

развитие познавательного интереса.

Содержание и ход урока

1. Организационный момент. Сообщение темы и цели урока

3. Свойства э/м волн

4. Знакомство со шкалой э/м волн.

· видимое излучение (свет);

В 8 классе вы узнали, что электрический ток порождает магнитное поле: в 1820 году Эрстед провел следующий опыт (опыт Эрстеда, магнитная стрелка поворачивается вблизи проводника с током). А в этом году вы познакомились с явлением электромагнитной индукции, открытое 29 августа 1831года Фарадеем, выяснили, что магнитное поле само способно порождать электрический ток.

Давайте вспомним, что такое электрический ток? Это направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля.

В 1865 году Максвелл теоретически доказал, что Любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле.

Источниками электромагнитного поля могут быть: движущийся магнит;
электрический заряд, движущийся с ускорением или колеблющийся.

Электромагнитное поле может распространяться в пространстве в виде электромагнитных волн. Обнаружить их удалось лишь в 1886 году, спустя 22 года после открытия Максвелла, уже после его смерти (1879), немецкому физику Генриху Герцу. Опыты Герца блестяще подтвердили предсказания Максвелла, что Любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле.

Пространство нашей Вселенной пронизано электромагнитным излучением всех диапазонов с длинами волн от километров до миллиардной части сантиметра, несущую разнообразную информацию о далеких небесных объектах.

Шкала электромагнитных волн представляет собой непрерывную последовательность частот и длин электромагнитных излучений, представляющих собой распространяющееся в пространстве переменное магнитное поле. Теория электромагнитных явлений Джеймса Максвелла позволила установить, что в природе существуют электромагнитные волны разных длин.

Экспериментальные работы немецкого ученого Г. Герца и русского ученого П. Н. Лебедева подтвердили теорию Максвелла и доказали, что световое излучение представляет собой очень короткие электромагнитные волны, создаваемые естественными вибраторами – атомами и молекулами. В зависимости от способа получения электромагнитных волн их разделяют на несколько диапазонов частот (или длин волн). Между соседними диапазонами шкалы нет четких границ. Принципиального различия между отдельными излучениями нет, так как все они представляют электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Но в зависимости от длины волны они обладают различными свойствами: например, проникающей способностью, видимостью, коэффициентом отражения и т.д.

1. Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 1013 м (низкочастотные колебания) до 10 -10 м (g- лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее, именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.
2. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и g-излучение. Со всеми этими излучениями, кроме g-излучения, вы уже знакомы. Самое коротковолновое g-излучение испускают атомные ядра.
3. Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны, в конечном счете, по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.
4. Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.
5. Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь это относится к рентгеновскому и g-излучениям, сильно поглощаемом атмосферой.
6. По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.
7. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно g-лучи) 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.

Читайте также:  Фото парилок русской бани

Рассмотрим какими же свойствами обладают э/м волны?

Волны звуковых частот или низкочастотные волны возникают в диапазоне от 0 до 20000 Гц.

1. Низкочастотные колебания

Низкочастотные колебания
Длина волны(м) 10 13 – 10 5
Частота(Гц) 3· 10 -3 – 3 ·10 3
Энергия(ЭВ) 1 – 1,24 ·10 -10
Источник Реостатный альтернатор, динамомашина, Вибратор Герца, Генераторы в электрических сетях (50 Гц) Машинные генераторы повышенной ( промышленной) частоты ( 200 Гц) Телефонные сети ( 5000Гц) Звуковые генераторы ( микрофоны, громкоговорители)
Приемник Электрические приборы и двигатели
История открытия Лодж ( 1893 г.), Тесла ( 1983 )
Применение Кино, радиовещание( микрофоны, громкоговорители)

2. Радиоволны—это электромагнитные волны (c длиной волны от более чем 10000м до 0,005м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов.В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.Радиоволны различной длины распространяются по-разному. Радиоволны впервые были открыты Герцем в 1886 г. Источником радиоволн, так же как и волн звуковых частот, является переменный ток. Однако большая частота радиоволн по сравнению с волнами звуковых частот приводит к заметному излучению радиоволн в окружающее пространство. Это позволяет использовать их для передачи информации на значительное расстояние (радиовещание, телевещание).

Сверхвысокочастотное излучение используют для космической связи. Кроме того, это излучение используют в бытовых микроволновых СВЧ-печах.

Дело было в США в далеком 1945 году. Инженер компании Raytheon, специализировавшейся на производстве военной техники, Перси Спенсер (Percy Lebaron Spencer, 1894–1970) испытывал сконструированный им излучатель сверхвысокочастотных волн, предназначавшийся для радара ПВО. Опустив руку в карман, он с изумлением обнаружил вместо шоколадного батончика некую пастообразную массу. Выходило, что волны разогрели батончик. Кукурузные зерна, расположенные исследователем перед излучающей антенной, мгновенно превратились в попкорн. А яйцо, подвергнутое облучению мощностью 10 кВт, так и вовсе взорвалось. Правда, его содержимое не забрызгало Спенсера, поскольку он ловко спрятался за спины коллег, которых он пригласил на демонстрацию чудесных свойств микроволн. Меняющееся электромагнитное поле индуцирует внутри готовящейся еды вихревые токи, их называют ещё токами Фуко. А поскольку пища по большей части хотя и проводит ток, но обладает большим электрическим сопротивлением, то и токи Фуко внутри нее быстро превращаются в тепло.
В частности, именно из-за этого металлические предметы помещать в камеру микроволновки категорически запрещается. Токи Фуко в них будут порождать сильно вторичное электромагнитное поле, вследствие чего в камере начнется искрение, и мы сможем наблюдать миниатюрную грозу. Это, конечно, красивое зрелище, но электрические разряды способны вывести из строя не только электронику, но и силовой агрегат.
«Сердцем» микроволновки является магнетрон — устройство, генерирующее электромагнитные волны частотой 2450 МГц. Данная частота в 1945 году была выделена компании Raytheon Федеральной комиссией по связи США для использования в бытовых приборах из таких соображений, чтобы она, с одной стороны, не пересекалась с частотами, применяющимися в радиолокации, с другой, — не залезала на «территорию» телевещания и FM-радио. Но с технической точки зрения, в микроволновой печи точно так же работали бы любые электромагнитные волны, находящиеся в диапазоне от инфракрасного излучения до верхней границы частот длинноволновых радиостанций. В принципе, обед можно разогреть и несущим сигналом мобильного телефона, работающего в стандарте GSM, частота которого равна 1800 МГц. Если, конечно, он будет иметь значительно большую мощность.
Магнетрон представляет собой герметичную металлическую камеру, в которой размещается катод — тонкая нить, испускающая при нагревании электроны. Анодом, положительным электродом, являются стенки магнетрона. Внутри магнетрона формируется сильное магнитное поле, которое закручивает электроны, движущиеся от катода к аноду. Есть и специальные полости, являющиеся резонансными камерами. Их размер и форма задают частоту генерируемых волн.

Мифы о вреде СВЧ для здоровья сильно преувеличены. Дополнительное свободное время посвящается телевизору, а не занятиям спортом. И это единственный вред, который микроволновая печь способна причинить человеческому организму.

Радиоволны
Длина волны(м) 10 5 – 10 -3
Частота(Гц) 3 ·10 3 – 3 ·10 11
Энергия(ЭВ) 1,24 ·10-10 – 1,24 · 10 -2
Источник Колебательный контур Макроскопические вибраторы
Приемник Искры в зазоре приемного вибратора Свечение газоразрядной трубки, когерера
История открытия Феддерсен ( 1862 г.), Герц ( 1887 г.), Попов , Лебедев, Риги
Применение Сверхдлинные- Радионавигация, радиотелеграфная связь, передача метеосводок Длинные– Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, радионавигация Средние- Радиотелеграфия и радиотелефонная связь радиовещание, радионавигация Короткие- радиолюбительская связь УКВ- космическая радио связь ДМВ- телевидение, радиолокация, радиорелейная связь, сотовая телефонная связь СМВ- радиолокация, радиорелейная связь, астронавигация, спутниковое телевидение ММВ- радиолокация
Читайте также:  Лучшие детские часы трекер

3. Инфракрасное излучение- это электромагнитные излучения с длиной волны, меньшей чем 0,005м, но большей чем 770 нм, т. е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением (ИК). Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела.
Источниками инфракрасного излучения служат печи, батареи водяного отопления, электрические лампы накаливания. С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

Область спектра за красным его краем впервые экспериментально была исследована в 1880 году английским астрономом Вильямом Гершелем (1738-1822). Гершель поместил термометр с зачерненным шариком за красный край спектра и обнаружил повышение температуры. Шарик термометра нагревался излучением, невидимым глазом. Это излучение назвали инфракрасным.

Инфракрасное излучение – это электромагнитные волны, которые испускает любое нагретое тело, даже если оно не светится. Инфракрасные волны также тепловые волны, т.к. многие источники этих волн вызывают заметное нагревание окружающих тел.

Инфракрасное излучение называется тепловым. Около 50 % энергии Солнца излучается в инфракрасном диапазоне. Максимальная интенсивность излучения человеческого тела приходится на длину волны 10 мкм. Отметим, что эту длину волны улавливают змеи, имеющие приёмник теплового излучения и охотящиеся по ночам. Своими тепловыми глазами змеи пользуются, когда ночью охотятся и когда нормальные глаза бесполезны.

а) Да и не глаза это у них вовсе, а две ямки, находящиеся между носом и глазами, покрытые тончайшей мембраной. Мембрана пронизана многочисленными нервными окончаниями, отвечающими за малейшие изменения окружающей температуры нервными импульсами. Тела, температура которых выше температуры окружающей среды излучают электромагнитные волны. Гремучие змеи – постоянная угроза белкам, часто охотятся на молодых бельчат. Эта угроза вызывает агрессивный ответ со стороны взрослых белок, которые будучи не в состоянии физически одолеть змею, вводят ее в заблуждение, нейтрализуя основное оружие наведения змеи – инфракрасные рецепторы. Белки, в присутствии змеи начинали быстро хлестать своим хвостом назад и вперед, в результате чего он насыщался кровью и становился более теплым.

б) Чтобы бабочка взлетела, ей надо завести свой «мотор»-летательные мышцы. А стартером для этого служит передняя часть нижней стороны крыльев, воспринимающая инфракрасные лучи (вот почему бабочка часто сидит с поднятыми крылышками). Есть предположения, что в нервно-мышечной системе энергия инфракрасного излучения, минуя тепловую стадию, сразу же превращается в двигательную.

в) Где же использует инфракрасное излучение человек?

В промышленности: сушка овощей, обогрев зданий и т.д., в медицине, в научных исследованиях, в военной технике: приборы ночного видения, тепловизоры, тепловые локаторы.

Зависимость интенсивности ИК излучения от температуры позволяет измерять температуру различных объектов, что используется в биноклях ночного видения; ИСЗ, прогнозирующих урожай, а также при обнаружении инородных образований в медицине. Дистанционное управление телевизором и видеомагнитофоном осуществляется с помощью ИК порта. Передача информации между сотовыми телефонами осуществляется также в диапазоне инфракрасного излучения.

Инфракрасное излучение
Длина волны(м) 2 ·10 -3 – 7,6· 10 -7
Частота(Гц) 3 ·10 11 – 3 ·10 14
Энергия(ЭВ) 1,24· 10 -2 – 1,65
Источник Любое нагретое тело: свеча, печь, батарея водяного отопления, электрическая лампа накаливания Человек излучает электромагнитные волны длиной 9 10 -6 м
Приемник Термоэлементы, болометры, фотоэлементы, фоторезисторы, фотопленки
История открытия Рубенс и Никольс ( 1896 г.),
Применение В криминалистике, фотографирование земных объектов в тумане и темноте, бинокль и прицелы для стрельбы в темноте, прогревание тканей живого организма ( в медицине), сушка древесины и окрашенных кузовов автомобилей, сигнализация при охране помещений, инфракрасный телескоп,

4. Видимый свет (от красного до фиолетового света волны)

Видимое излучение – единственный диапазон э/м волн, воспринимаемых человеческим глазом. Излучение, имеющее разную длину волны в диапазоне видимого света оказывает различное физиологическое воздействие на сетчатку человеческого глаза, вызывая психологическое ощущение цвета. Цвет – это не свойство э/м волны, а проявление электрохимического действия физиологической системы человека: глаз, нервов, мозга. Запоминание последовательности основных цветов спектра облегчает фраза, каждое слово которой начинается с первой буквы названия основного цвета «К О Ж З Г С Ф». Возможно, кому-то больше придется по душе поэтическая форма, известная многим поколениям физиков: «Как Однажды Жак Звонарь Головой Сломал Фонарь».

Свет – обязательное условие для развития зеленых растений; необходимое условие для существования жизни на Земле.

Видимое излучение
Длина волны(м) 6,7· 10 -7 – 3,8 ·10 -7
Частота(Гц) 4· 10 14 – 8· 10 14
Энергия(ЭВ) 1,65 – 3,3 ЭВ
Источник Солнце, лампа накаливания, огонь
Приемник Глаз, фотопластинка, фотоэлементы, термоэлементы
История открытия Меллони
Применение Зрение Биологическая жизнь

Дата добавления: 2016-10-07 ; просмотров: 2620 | Нарушение авторских прав

Оставьте ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *