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 =10 5 - 10 11 Гц, λ =10 -3 -10 3 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 =3-10 11 - 4 . 10 14 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
- Проходит через некоторые непрозрачные тела, а также сквозь дождь, дымку, снег.
- Производит химическое действие на фотопластинки.
- Поглощаясь веществом, нагревает его.
- Вызывает внутренний фотоэффект у германия.
- Невидимо.
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.
Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом (от красного до фиолетового):
Свойства . В оздействует на глаз.
(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), но в больших дозах оказывает отрицательное биологическое воздействие: изменения в развитии клеток и обмене веществ, действие на глаза.
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).
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.
Впервые гипотезу о существовании электромагнитных волн высказал в 1864 г. шотландский физик Джеймс Максвелл. В своих работах он показал, что источниками электрического поля могут быть как электрические заряды, так и магнитные поля, изменяющиеся со временем. Изменение индукции магнитного поля с течением времени вызывает появление в окружающем пространстве вихревого электрического поля. Максвелл предположил, что любое изменение напряженности вихревого электрического поля сопровождается возникновением переменного магнитного поля. Это опять приводит к появлению вихревого электрического поля, и т.д. Этот процесс может повторяться «до бесконечности», поскольку поля смогут попеременно воспроизводить друг друга даже в вакууме.
- Совокупность связанных друг с другом периодически изменяющихся электрического и магнитного полей называют электромагнитным полем .
Согласно теории Максвелла переменное электромагнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью.
- Электромагнитное поле, распространяющееся в вакууме или в какой-либо среде с течением времени с конечной скоростью, называется электромагнитной волной .
Экспериментально электромагнитные волны были открыты в 1887 г. немецким физиком Генрихом Рудольфом Герцем. Герц считал, что такие волны невозможно использовать для передачи информации. Однако 7 мая 1905 г. русский ученый Александр Степанович Попов осуществил первую в мире передачу информации электромагнитными волнами - радиопередачу и положил начало эры радиовещания.
Свойства электромагнитных волн
- Электромагнитные волны являются поперечными , поскольку скорость \(\vec{\upsilon}\) распространения волны, напряженность \(\vec{E}\) электрического поля и индукция \(\vec{B}\) магнитного поля волны взаимно перпендикулярны.
- Скорость электромагнитной волны в вакууме (воздухе):
\(c = \dfrac{1}{\sqrt{\varepsilon_{0} \cdot \mu_{0}}},\)
где ε 0 - электрическая постоянная, μ 0 - магнитная постоянная.
Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме c = 3⋅10 8 м/с является максимально (предельно) достижимой величиной. В любом веществе их скорость распространения меньше c и зависит от его электрических и магнитных свойств:
\(\upsilon = \dfrac{c}{\sqrt{\varepsilon \cdot \mu}},\)
Где ε - диэлектрическая проницаемость среды, табличная величина, μ - магнитная проницаемость среды, табличная величина.
- Распространение электромагнитных волн связано с переносом в пространстве энергии электромагнитного поля. Объемная плотность переносимой энергии равна
\(\omega = \dfrac{\varepsilon \cdot \varepsilon_{0} \cdot E^{2}}{2} + \dfrac{B^{2}}{2 \mu \cdot \mu_{0}},\)
Где E - модуль вектора напряженности, B - модуль вектора магнитной индукции.
- Как и другие волны, электромагнитные волны могут поглощаться, отражаться, преломляться , испытывать интерференцию и дифракцию .
- Электромагнитная волна существует без источников полей в том смысле, что после ее испускания электромагнитное поле волны становится не связанным с источником. Излучение электромагнитных волн происходит при ускоренном движении электрических зарядов.
Шкала электромагнитных волн
Свойства электромагнитных волн очень сильно зависят от их частоты. Спектр электромагнитного излучения удобно изображать с помощью шкалы электромагнитных волн, приведенной на рисунке 2.
Классификация электромагнитных волн в зависимости от частот (длин волн) дается в таблице 1.
Таблица 1.
Классификация электромагнитных волн
| Виды излучения | Интервал частот, Гц | Интервал длин волн, м | Источники излучения |
|---|---|---|---|
| Низкочастотные волны | < 3·10 3 | > 1⋅10 5 | Генераторы переменного тока, электрические машины |
| Радиоволны | 3·10 3 – 3·10 9 | 1·10 5 – 1·10 –1 | Колебательные контуры, вибраторы Герца |
| Микроволны | 3·10 9 – 1·10 12 | 1·10 –1 – 1·10 –4 | Лазеры, полупроводниковые приборы |
| Инфракрасное излучение | 1·10 12 – 4·10 14 | 1·10 –4 – 7·10 –7 | Солнце, электролампы, лазеры, космическое излучение |
| Видимое излучение | 4·10 14 – 8·10 14 | 7·10 –7 – 4·10 –7 | Солнце, электролампы, люминесцентные лампы, лазеры |
| Ультрафиолетовое излучение | 8·10 14 – 1·10 16 | 4·10 –7 – 3·10 –8 | Солнце, космическое излучение, лазеры, электрические лампы |
| Рентгеновское излучение | 1·10 16 – 3·10 20 | 3·10 –8 – 1·10 –12 | Бетатроны, солнечная корона, небесные тела, рентгеновские трубки |
| Гамма-излучение | 3·10 20 – 3·10 29 | 1·10 –12 – 1·10 –21 | Космическое излучение, радиоактивные распады, бетатроны |
В настоящее время электромагнитные волны находят широкое применение в науке и технике:
- плавка и закалка металлов в электротехнической промышленности, изготовление постоянных магнитов (низкочастотные волны );
- телевидение, радиосвязь, радиолокация (радиоволны );
- мобильная связь, радиолокация (микроволны );
- сварка, резка, плавка металлов лазерами, приборы ночного видения (инфракрасное излучение );
- освещение, голография, лазеры (видимое излучение );
- люминесценция в газоразрядных лампах, закаливание живых организмов, лазеры (ультрафиолетовое излучение );
- рентгенотерапия, рентгеноструктурный анализ, лазеры (рентгеновское излучение );
- дефектоскопия, диагностика и терапия в медицине, исследование внутренней структуры атомов, лазеры, военное дело (гамма-излучение ).
Литература
Жилко, В.В. Физика: учеб. пособие для 11 класса общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения / В.В. Жилко, Л.Г. Маркович. - Минск: Нар. Асвета, 2009. - С. 57-58.
в формуле сложения интенсивностей должно стоять среднее значение cos δ . Но это среднее значение за один период колебаний равно нулю. Следовательно, мы получим I = I 1 + I 2 , то есть интенсивность волны при сложении двух лучей равна сумме интенсивностей этих лучей, и интерференция отсутствует.
Отметим, что способность к интерференции является важнейшим признаком волнового процесса и составляет волновую природу света.
ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН Электромагнитные волны представляют собой непрерывный ряд излу-
чений, простирающихся от радиоволн до γ – лучей. На рисунке ниже изображена шкала электромагнитных волн.
1010 |
10 12 10 14 10 16 10 18 |
Цифрами обозначены диапазоны частот электромагнитных волн:
1 – радиоволны; 2 – инфракрасные лучи; 3 – видимый свет; 4 – ультрафиолетовые лучи; 5 – рентгеновские и γ – лучи.
Видимый свет занимает диапазон примерно от 4·1014 до 8·1014 Гц. Видимый белый свет является суммой электромагнитных волн разных частот, каждая из которых вызывает ощущение от красного до фиолетового цвета по мере роста частоты (так называемых спектральных цветов : красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый).
Интерференция белого света приводит к появлению цветных максимумов, поскольку для каждой частоты имеется свое условие максимума интерференции. Примером может служить игра цветов на тонких пленках и на компактдисках.
Распространение белого света во многих случаях можно рассматривать, отвлекаясь от его волновой природы и полагая, что свет распространяется вдоль прямых линий, называемых лучами. Именно благодаря лучу света у человечества сформировалось понятие прямой линии. Волновой своей природой свет обязан длине волны. Предположив, что в пределе длина волны λ → ∞, можно вполне строго объяснить отражение и преломление света, образование тени и другие явления, которые изучает геометрическая оптика. Таким образом, условие λ → ∞ является приближением геометрической оптики .
В приближении геометрической оптики свет за преградой не должен проникать в область геометрической тени. В действительности же световая волна распространяется во всем пространстве, проникая и в область геометрической тени. Это проникновение тем больше, чем меньше размер преграды или отверстия. При размерах преграды или отверстия, сравнимых с длиной волны, приближение геометрической оптики недопустимо. В силу вступает волновая оптика. Условие λ ≥ R , где R – размер преграды или отверстия, является приближением волновой оптики . Отклонения от закона прямолинейного распространения света и связанные с этим явления называют дифракцией .
При достаточно малых длинах волн свет способен проявлять свои
квантовые, корпускулярные, свойства. Условие λ ≤ hc , h – постоянная
E пор
Планка, а Епор – пороговая энергия, является приближением квантовой оптики . О квантовых свойствах света будет рассказано в следующей части лекций.
«Электромагнитные волны и их свойства» - Гамма-излучение - самое коротковолновое излучение. Длинные волны хорошо дифрагируют вокруг сферической поверхности Земли. Ультрокороткие волны. Средние волны. В 1901 году Рентген первым из физиков получил Нобелевскую премию. Излучается атомами и молекулами вещества. Самое высокоэнергетическое излучение.
«Электромагнитные волны урок» - http://elementy.ru/posters/spectrum. Ультрафиолетовое излучение. Гамма-излучение. К какому виду излучений принадлежат электромагнитные волны с длиной 0,1 мм? Укажите интервал длин волн видимого света в вакууме. Электромагнитная природа. Длина волны. Развитие естественно - научного миропонимания. 1. Ультрафиолетовое 2.Рентгеновское 3.Инфракрасное 4.?–Излучение.
«Трансформатор» - 17. 8. I1, I2 – сила тока в первичной и вторичной обмотках. Вспомните от чего и как зависит ЭДС индукции в катушке. Когда трансформатор повышает электрическое напряжение? 1. P2 =. Закон электромагнитной индукции. 15.
«Электромагнитное излучение» - Яйцо под излучением. Рекомендации: Снизить время общения по мобильному телефону. Исследование электромагнитного излучения сотового телефона. Влияние электромагнитных волн на живой организм. Мотыль, находившийся дво суток под излучением мобильного телефона. «Исследование электромагнитного излучения сотового телефона».
«Электромагнитное поле» - Представим себе проводник, по которому течет электрический ток. Что такое электромагнитная волна? Скорость электромагнитных волн в веществе v всегда меньше, чем в вакууме: v ‹ с. Но ведь заряд покоится лишь относительно определенной системы отсчета. Возникнет возмущение электромагнитного поля. Какова природа электромагнитной волны?
«Физика электромагнитные волны» - Что такое магнитное поле? ЭМ волна – поперечная! Распространение линейно поляризованной электромагнитной волны. Скорость ЭМ волны: Существование электромагнитных волн было предсказано М. Фарадеем в 1832. Что такое электромагнитное поле? Свойства ЭМ волн: Джеймс Клерк Максвелл. Повторение: Наличие ускорения – главное условие излучения ЭМ волн.
Всего в теме 17 презентаций
другие презентации о видах излучений
«Трансформатор» - Мозговой штурм. Найди ошибку в схеме. Усовершенствование трансформатора. Запиши Характеристики трансформатора. N1, N2 – число витков первичной и вторичной обмоток. 7. I1, I2 – сила тока в первичной и вторичной обмотках. Трансформатор. Источник переменного тока. Актуализация знаний. 4.
«Физика электромагнитные волны» - Урок по физике в 11 классе учитель - Хатеновская Е.В. МОУ СОШ № 2 с.Красное. Что такое электрическое поле? Дж. Электромагнитные волны - электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью. Джеймс Клерк Максвелл. Скорость ЭМ волны: Преломление и отражение. Что такое электромагнитное поле?
«Электромагнитные волны и их свойства» - Например почти все гамма-излучение поглощается земной атмосферой. Условия распространения сверхдлинных радиоволн исследуют, наблюдая за грозами. Ультрафиолетовый диапазон перекрывается рентгеновским излучением. В 1801 году И. Риттер и У. Воластон открыли ультрафиолетовое излучение. В других диапазонах применяют термопары и болометры. .
«Электромагнитные волны урок» - Автор: Сатурнова Я.В., учитель физики МОУ СОШ№10, г.Мончегорска [email protected]. Видимый свет. Электромагнитная природа. 1.Радиоизлучение 2.Рентгеновское 3.Ультрафиолетовое и рентгеновское 4.Радиоизлучение и инфракрасное. Сходства. Гамма-излучение. Отличия. Развитие естественно - научного миропонимания.
«Электромагнитное поле» - Теория электромагнитного поля. Какова природа электромагнитной волны? Переменное магнитное поле создаст изменяющееся электрическое поле. Свойства электромагнитных волн: Возникнет возмущение электромагнитного поля. Что будет дальше? Что такое электромагнитная волна? Существование электромагнитных волн было предсказано Дж.
Загрузка...