Шкала электромагнитных волн
Реферат
Подготовил ученик 11.С класса Нарвской Гуманитарной гимназии Голубев Сергей
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. Диапазоны волн различных типов перекрывают друг друга, следовательно, волны таких длин можно получить двумя способами.
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.
Эти различия определяются общей закономерностью шкалы электромагнитных волн: по мере уменьшения длины волны волновые свойства света, такие как интерференция, дифракция и поляризация, проявляются слабее, а квантовые свойства света, связанные со свойствами частиц, проявляются сильнее.
Шкала электромагнитных излучений
Основное деление
| Частота (гц) | Длина волны (м) | Название диапазона | Основные методы генерации | Область применения |
| До 10 | Более 3 10 | Низкочастотные Колебания | Генераторы переменного тока (искусственные вибраторы) | электротехника |
| 10 | 3 10 | Радиоволны | Генераторы радиочастот Генераторы СВЧ | Радиотехника, Радиосвязь, Телевидение, Радиолокация |
| 10 | 3 10 | Инфракрасное излучение | Излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях | Тепловые и фотографические теплицы Глаз, фотография Фотоэлектрическая жизнь на Земле |
| 3,8 10 | 8 10 | Световые волны (видимый свет) | То же | То же |
| 7,5 10 | 4 10 | Ультрафиолетовое излучение | Излучение атомов при воздействии ускоренных электронов | Фотография Фотоэлектрическая медицина |
| 3 10 | 10 | Рентгеновское излучение | То же | То же |
| 3 10 | 10 | Рентгеновское и Альфа-излучение | Атомные процессы при воздействии Ускоренных заряженных частиц (возникает в результате изменения состояний электронов на внутренних оболочках атома или в результате резкого торможения электронов и др. заряженных частиц) | Фотография Ионизационные медицина и металлургия |
| 10 | 3 10 | Альфа- излучения | Возбуждение ядра атомов и элементар- ные частицы в результате различных взаимодействий: Радиоактивный распад ядерные процессы космические процессы | Ионизационный метод меченых атомов |
Подробное деление
| Частоты, Гц (длина волны, м) | Название группы волн (или частот) | Основные способы получения и применения |
| Инфракрасные лучи | ||
| 6 10 – 3,75 10 (2 10 – 8 10) | Декамикронные (ближние) | Излучение нагретых тел (дуговые лампы и т.д.) |
| Микронные (средние) | Используется в инфракрасной спектроскопии | |
| далекие | При фотографии в темноте | |
| 3 ,75 10 – 7,5 10 (8 10 – 4 10) | Световые лучи (видимый свет) | |
| Ультрафиолетовые лучи | ||
| 7,5 10 – 3 10 (4 10 – 10) | Ближние | Излучение Солнца, ртутных ламп, т.д. |
| Далекие (вакуумные) | Используются в медицине, ультрафиолетовой микроскопии | |
| Рентгеновские лучи | ||
| 1,5 10 – 5 10 (2 10 – 6 10) | Ультрамягкие | Получаются в рентгеновских трубках и Других приборах, где происходит |
| мягкие | Торможение электронов. | |
| жесткие | Используется в медицине для изучения строения вещества, в дефектоскопии | |
| Гамма-излучение | ||
| 3 10 – 3 10 (10 – 3 10) | Возникают при радиоактивных распадах ядер, при торможении электронов и при других взаимодействиях элементарных частиц. Используется в альфадефектоскопии, при изучении свойств веществ. | |
| Низкочастотные волны | ||
| 3 10 – 3 10 (10 – 3 10) | Инфранизкие частоты | Генераторы специальных конструкций |
| Низкие частоты | ||
| Промышленные частоты | Генераторы переменного тока. Большинство электрических приборов и двигателей питается переменным током частотой 50-60 Гц. | |
| Звуковые частоты | Звуковые генераторы. Используются в электроакустике ( микрофоны, громкоговорители), кино, радиовещании. | |
| Радиоволны | ||
| 3 10 – 3 10 (10 – 10) | Длинные | Генераторы электрических колебаний |
| 3 10 – 3 10 (10 – 10 ) | средние | Различных конструкций. Используются в телеграфии, |
| 3 10 – 3 10 (10 – 10) | короткие | Радиолокации и т.д. |
| 3 10 – 3 10 (10 – 1) | Ультракороткие | Метровые и дециметровые волны |
| 3 10 – 3 10 (1 – 10) | дециметровые | Используются для исследования свойств веществ. |
| 3 10 – 3 10 (10 – 10) | сантиметровые | Получаются в магнетронных клиоторных генераторах и мазерах. |
| 3 10 – 3 10 (10 – 10) | миллиметровые | Применяются в радиолокации, |
| 3 10 – 6 10 (10 – 5 10) | Субмиллиметровые (переходные) | Радиоспектроскопии, радиоастрономии. |
Дополнительные сведения об некоторых излучениях
Инфракрасные излучения
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.
Видимый свет
(от красного до фиолетового света волны)
Все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.
Свет - обязательное условие для развития зеленых растений; необходимое условие для существования жизни на Земле.
Ультрафиолетовое излучение
1801 год – немецкий ученый Иоганн Риттер (1776-1810) открыл, что за фиолетовым краем имеется область, создаваемая невидимыми глазом лучами. Эти лучи воздействуют на некоторые химические соединения.
В малых дозах ультрафиолетовые лучи целебны. Ультрафиолет способствует росту и укреплению организма.
Образует в коже защитные пигменты (загар, витамин Д), обладает бактерицидным действием, оказывает влияние на Ц.Н.С.
В больших количествах эти лучи вредны: разрушается сетчатка глаза, поэтому нужно носить защитные очки (солнечные очки). Разрушается также кожа.
Ультрафиолет попадает на Землю, т.к. недостаточно поглощается верхними слоями атмосферы.
Рентгеновское излучение
Время открытия: ноябрь 1895г. Вильгельм Рентген (1845-1923) Провел опыт с электрическим разрядом в газах. Применение разнообразно: медицина (диагностика + лечение заболеваний), физика, химия, биология, техника, криминалистика, искусствоведение.
Гамма-излучение
Особенность: ярко выраженные корпускулярные свойства.
Гамма-излучение возникает при переходе атомных ядер из одного энергетического состояния в другое, более низкое, подобное тому, как это имеет место в атоме. Источником гамма лучей могут быть радиоактивные ядра, либо ядра, бомбардируемые, например, альфа частицами.
По мере уменьшения длины волны проявляются и существенные качественные различия электромагнитных волн. Излучения различных длин волн отличаются друг от друга по способу их получения и методом регистрации, то есть по характеру взаимодействия с веществами.
topref.ru
Различные вибраторы,
СВЧ – приемники, колебательные контуры.
Интерференция,
Дифракция,
Может проходить большие расстояния.
формирование витаминов Р., повреждение глаз, ожоги кожи,
повышение иммунобиологических свойств.
10-9 –
10-12
Исследование ядерных процессов, дефектоскопия.
Применяется редко, т.к. трудно экранировать.
Выполнил: Печура Иван, 11 «Б».
www.ronl.ru
План реферата
Шкала электромагнитных волн
Длины электромагнитных волн, которые могут быть зарегистрированы приборами, лежат в очень широком диапазоне. Все эти волны обладают общими свойствами: поглощение, отражение, интерференция, дифракция, дисперсия. Свойства эти могут, однако, проявляться по-разному. Различными являются источники и приемники волн.
Радиоволны
ν=105- 1011 Гц, λ=10-3-103 м.
Получают с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.
Свойства. Радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами.
Применение Радиосвязь, телевидение, радиолокация. В природе радиоволны излучаются различными внеземными источниками (ядра галактик, квазары).
Инфракрасное излучение (тепловое)
ν=3-1011- 4.1014 Гц, λ=8.10-7 - 2.10-3 м.
Излучается атомами и молекулами вещества.
Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре.
Человек излучает электромагнитные волны λ≈9.10-6 м.
Свойства
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
Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом (от красного до фиолетового):
Свойства. Воздействует на глаз.
При разложении луча белого цвета в призме образуется спектр, в котором излучения разных длин волн преломляются под разными углами. Цвета, входящие в спектр, то есть такие цвета, которые могут быть получены с помощью света одной длины волны (точнее, с очень узким диапазоном длин волн), называются спектральными цветами. Основные спектральные цвета (имеющие собственное название), а также характеристики излучения этих цветов, представлены в таблице:
цвет | Диапазон длин волн, нм | Диапазон частот, ТГц | Диапазон энергии фотонов, эВ |
фиолетовый | 380-440 | 790-680 | 2,82-3,26 |
синий | 440-485 | 680-620 | 2,56-2,82 |
голубой | 485-500 | 620-600 | 2,48-2,56 |
зеленый | 500-565 | 600-530 | 2,19-2,48 |
желтый | 565-590 | 530-510 | 2,10-2,19 |
оранжевый | 590-625 | 510-480 | 1,98-2,10 |
красный | 625-740 | 480-400 | 1,68-1,98 |
Ультрафиолетовое излучение
(меньше, чем у фиолетового света)
Источники: газоразрядные лампы с трубками из кварца (кварцевые лампы).
Излучается всеми твердыми телами, у которых T>1000°С, а также светящимися парами ртути.
Свойства. 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).
Негативное воздействие ультрафиолетового облучения:
Рентгеновские лучи
Излучаются при большом ускорении электронов, например их торможение в металлах. Получают при помощи рентгеновской трубки: электроны в вакуумной трубке (р= 10-3-10-5 Па) ускоряются электрическим полем при высоком напряжении, достигая анода, при соударении резко тормозятся. При торможении электроны движутся с ускорением и излучают электромагнитные волны с малой длиной (от 100 до 0,01 им). Свойства Интерференция, дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке, большая проникающая способность. Облучение в больших дозах вызывает лучевую болезнь. Применение. В медицине (диагностика заболеваний внутренних органов), в промышленности (контроль внутренней структуры различных изделий, сварных швов).
Радиоволны (радиочастоты), используемые в радиотехнике, занимают область, или более научно – спектр от 10 000 м (30 кГц) до 0.1 мм (3 000 ГГц). Это только часть обширного спектра электромагнитных волн. За радиоволнами (по убывающей длине) следуют тепловые или инфракрасные лучи. После них идет узкий участок волн видимого света, далее – спектр ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма лучей – все это электромагнитные колебания одной природы, отличающиеся только длиной волны и, следовательно, частотой. Хотя весь спектр разбит на области, границы между ними намечены условно. Области следуют непрерывно одна за другой, переходят одна в другую, а в некоторых случаях перекрываются. Международными соглашениями весь спектр радиоволн, применяемых в радиосвязи, разбит на диапазоны:
Но эти диапазоны весьма обширны и, в свою очередь, разбиты на участки, куда входят так называемые радиовещательные и телевизионные диапазоны, диапазоны для наземной и авиационной, космической и морской связи, для передачи данных и медицины, для радиолокации и радионавигации и т.д. Каждой радиослужбе выделен свой участок диапазона или фиксированные частоты.
γ-излучение
Источники: атомное ядро (ядерные реакции). Свойства. Имеет огромную проникающую способность, оказывает сильное биологическое воздействие.
Применение. В медицине, производстве (γ-дефектоскопия).
Применение. В медицине, в промышленности.
Общим свойством электромагнитных волн является также то, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. Квантовые и волновые свойства в этом случае не исключают, а дополняют друг друга. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко - при больших. И наоборот, квантовые свойства ярче проявляются при больших частотах и менее ярко — при малых. Чем меньше длина волны, тем ярче проявляются квантовые свойства, а чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства.
myunivercity.ru
Условия излучения и поглощения волн
Источником электромагнитных волн в действительности может быть любой электрический колебательный контур или проводник, по которому течет переменный электрический ток, так как для возбуждения электромагнитных волн необходимо создать в пространстве переменное электрическое поле (ток смещения) или соответственно переменное магнитное поле. Однако излучающая способность источника определяется его формой, размерами и частотой колебаний. Чтобы излучение играло заметную роль, необходимо увеличить объем пространства, в котором переменное электромагнитное поле создается Поэтому для получения электромагнитных волн непригодны закрытые колебательные контуры, так как в них электрическое поле сосредоточено между обкладками конденсатора, а магнитное — внутри катушки индуктивности.
Герц в своих опытах, уменьшая число витков катушки и площадь пластин конденсатора, а также раздвигая их (рис.2 а, б), совершил переход от закрытого колебательного контура к открытому колебательному контуру (вибратору Герца), представляющему собой два стержня, разделенных искровым промежутком (рис. 2, в). Если в закрытом колебательном контуре переменное электрическое тюле сосредоточено внутри конденсатора (рис. 2, с), то в открытом оно заполняет окружающее контур пространство (рис.2, а), что существенно повышает интенсивность электромагнитного излучения. Колебания в такой системе поддерживаются за счет источника э. д. с, подключенного к обкладкам конденсатора, а искровой промежуток применяется для того, чтобы увеличить разность потенциалов, до которой первоначально заряжаются обкладки.
Для возбуждения электромагнитных волн вибратор Герца 8 подключался к индуктору И (рис. 3). Когда напряжение на искровом промежутке достигало пробивного значении, возникала искра, закорачивающая обе половины вибратора, и в нем возникали свободные затухающие колебания. При исчезновении искры контур размыкался и колебания прекращались. Затем индуктор снова заряжал конденсатор, возникала искра и в контуре опять наблюдались колебания и т. д. Для регистрации электромагнитных волн Герц пользовался вторым вибратором, называемым резонатором Р, имеющим такую же частоту собственных колебаний, что и излучающий вибратор, т. е. настроенным в резонанс с вибратором Когда электромагнитные волны достигали резонатора, то в его зазоре проскакивала электрическая искра.
С помощью описанного вибратора Герц достиг частот порядка 100 МГц и получил волны, длина я7l которых составляла примерно 3 м. П. Н. Лебедев, применяя миниатюрный вибратор из тонких платиновых стерженьков, получил миллиметровые электромагнитные волны с я7l =6-4мм.
Электромагнитные волны, электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды. В вакууме скорость распространения электромагнитной волны cя7 ~ 300 000 км/c (скорость света). В однородных изотропных средах направления напряжённостей электрических (Е) и магнитных (Н) полей электромагнитных волн перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны, т. е. электромагнитные волны являются поперечной. В каждой точке пространства колебания Е и Н происходят в одной фазе. С увеличением расстояния R от источника Е и Н убывают как 1/R; такое медленное убывание полей осуществить посредством электромагнитных волн связь на больших расстояниях (радиосвязь, оптич. связь).
Радиоволны — это электромагнитные волны, служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. Радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.
В радиоволнах переменные электрическое и магнитное поля тесно взаимосвязаны, образуя электромагнитное поле.
Радиоволны различной длины распространяются по разному.
Для того, чтобы понять это, рассмотрим рис. 1, где показан земной шар и передающая антенна в увеличенном виде. На высоте от 40 до 500 км над Землей находится ионосфера. Она состоит из очень разреженных воздушных частиц, которые над действием солнечной радиации ионизированы. Степень этой ионизации зависит от многих факторов: день, ночь, лето, зима и т. д., которые влияют на прохождение радиоволн. Например, днем концентрация ионов больше и в ионосфере формируется несколько слоев, а ночью концентрация уменьшается, и эти слои выражены слабее. Главное свойство ионосферы — это возможность, благодаря наличию заряженных частиц, отражать радиоволны определенной длины волны.
Длинные волны сильно поглощаются ионосферой и поэтому основное значение имеют приземные волны, которые распространяются, огибая землю. Поскольку они распространяются в низких и плотных слоях атмосферы, их интенсивность уменьшается сравнительно быстро по мере удаления от передатчика. Поэтому длинноволновые передатчики должны иметь большую мощность.
Средние волны днем сильно поглощаются ионосферным слоем D и район действия определяется только приземной волной. Вечером однако они хорошо отражаются ионосферой и район действия определяется отраженной волной (рис:. 1). Поэтому средневолновые передатчики принимаются вечером лучше и дальше, чем днем.
Короткие волны распространяются исключительно посредством отражения ионосферой, поэтому около передатчика существует т. н. зона молчания (рис. 1). Короткие волны могут распространяться на большие расстояния при малой мощности передатчика. Например, в подходящее время суток с помощью любительского коротковолнового передатчика мощностью 50 Вт по телеграфному коду можно установить прочную связь меж Болгарией и Австралией. Добавим еще, что днем лучшее прохождение имеют «наиболее короткие» короткие волны (напр. 21 и 28 Гц), а ночью лучше распространяются «более длинные» короткие волны (напр. 3,5 и 7 МГц). По этой причине любительское КВ передатчики, как правило, работают на нескольких диапазонах, т. е. в зависимости от обстоятельств могут работать на различных частотах, определяемых международной конвенцией для радиолюбительской деятельности.
Ультракороткие волны распространяются только по прямой (как свет) и, как правило, не отражаются ионосферой. Поэтому передающие антенны для УКВ монтируются на специальных башнях, построенных на соответствующих высотах. На УКВ диапазоне работают телевидение, радиотелефоны, пункты скорой помощи, машины такси и пр., имеющие район действия 10+50 км.
Рис.3
www.ronl.ru
Шкала электромагнитных волн.
Название диапазона
Длина волны (м)
Частота (Гц)
Источник
Индикатор
Основные свойства
Применение
Действие на человека
1. Радиоволны
103
3×105
Переменные токи в проводниках и электронных потоках, генератор радиочастот (Солнце, звёзды, галактики, метагалактики)
Различные вибраторы,
СВЧ – приемники, колебательные контуры.
Интерференция,
Дифракция,
Может проходить большие расстояния.
Радиовещание, радиосвязь, телевидение, радиолокация, астрономия, радиоспектроскопия, радиометрология.
отсутствует
2. Инфракрасное излучение
3,75×1012- 3×1014
8×10-4– 10-6
Излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях (Солнце, лампы накаливания, лазеры)
Фото и терморезисторы, специальные фотоэмульсии, фотокатоды на частотах ИК.
Для ИК прозрачны Ge, Si, бумага (черная), меньше рассеивается на мелких частицах, чем свет.
Медицина, исследования (УВЧ) атомных и молекулярных структур, приборы ночного видения, связь, сушка и нагревание.
Вызывает повышение температуры человеческого тела (может иметь, как положительный, так и отрицательный характер).
3. Свет (видимое излучение)
4×1014– 7,5×1014
7,6×10-7– 4×10-7
Атомы и молекулы под воздействием электронов (Солнце, лампы, хим. источники, лазеры)
Глаз человека, фотоэмульсии, фоторезисторы, фотоэлементы, фотокатоды.
Отражение, преломление, действие на фотохимические реакции (разрушение родопсина –зрения)
Освещение различных объектов, реализация зрения, фотоэффект (важные биологические, социальные и другие функции).
Понижение выработки мелатонина (антидепрессивное действие).
4. Ультрафиолетовое облучение
7,5×1014– 3×1017
4×10-7– 10-9
Излучение атомов при воздействии ускоренных электронов (излучение ионов, атомов)
Маложелатиновые фотослои, фотодиоды, ионизационные камеры (фотоумножители, счетчики фотонов).
Приводит к фотоэффекту и ионизации вещества, легко поглощается стеклом и взвесями (некоторых диапазонов – воздухом).
Исследования электронной структуры, физических термических процессов, электронная спектроскопия, фотохимические реакции, люминесцентные лампы, криминалистика.
формирование витаминов Р., повреждение глаз, ожоги кожи,
повышение иммунобиологических свойств.
5. Рентгеновские лучи
3×1017– 3×1020
10-9–
10-12
Атомные процессы при воздействии ускоренных заряженных частиц (Рентгеновские трубки)
Ионизационные камеры, сцинтилляционные счетчики, вторичноэлектрронные умножители, каналовые умножители, микроканальные пластины с повышением AgBr.
Фотоэффект. Комптон эффект. Мало преломляются, способны к полному внешнему отражению.
Медицина, астрономия, атомная физика и химия, микроскопия, спектроскопические исследования. Медицина - онкология.
Названные эффекты взаимодействия с веществом ведут в малых дозах к стимулированию жизненных процессов, но и в них опасны канцерогены (ионизационный источник).
6.γ-излучение
3×1020– 1023
10-12– 3×10-15
Ядерные процессы, радиоактивный распад, космические процессы.
Ионизационные, пузырьковые камеры, специальные фотоэмульсии.
Фотоэффект, Комптон эффект, рождение пар е- и е+.
Исследование ядерных процессов, дефектоскопия.
Применяется редко, т.к. трудно экранировать.
Проникающее излучение, действие резко отрицательное.
Выполнил: Печура Иван, 11 «Б».
www.referatmix.ru
