Реферат: Двойственная природа света, ее проявления. Шкала электромагнитных волн

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. 3, 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.

Рисунок 3

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  и район действия определяется только приземной волной.  Вечером однако, они хорошо отражаются ионосферой и район  действия  определяется  отраженной волной (рис:. 3). Поэтому средневолновые передатчики принимаются вечером лучше и дальше, чем днем.

Короткие волны распространяются исключительно посредством отражения ионосферой, поэтому около передатчика существует зона молчания (рис. 3). 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 (например, 21 и 28 Гц), а ночью лучше распространяются  «более  длинные» короткие волны (например,  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.

Инфракрасное излучение

Электромагнитные излучения с длиной волны, меньшей         1- 2мм, но большей 8*10-7 м, т. е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением.

Область спектра за красным его краем впервые экспериментально была исследована в 1800 г. английским астрономом Вильямом Гершелем (1738 – 1822). Гершель поместил термометр с зачерненным шариком за красный  край спектра и обнаружил повышение температуры. Шарик термометра нагрелся излучением, невидимым глазом. Это излучение назвали инфракрасным излучением.

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. Инфракрасное излучение применяется для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины.

Видимый свет

К видимому свету относят излучения с длинной волны примерно от 8*10-7 до 4*10-7м, от красного до фиолетового света.

Значения этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.

Свет является обязательным условием для развития зеленых растений и, следовательно, необходимым условием для существования жизни на Земле.

Ультрафиолетовое излучение

В 1801 г. немецкий физик Иоганн Риттер (1776 – 1810), исследуя спектр, открыл, что заего фиолетовым краем имеется область, создаваемая невидимыми глазом лучами. Эти лучи воздействуюь на некоторые химические соединения. Под действием этих невидимых лучей происходит разложение хлорида серебра, свечение кристаллов сульфида цинка и некоторых других кристаллов.

Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиннной волны меньше, чем у фиолетового света, называют ультрафиолетовым излучением. К ультрафиолетовому излучению относят электромагнитные излучения в диапазоне волн от 4*10-7 до 1*10-8м.

Ультрафиолетовые излучение способно убивать белезнетворных бактерий, поэтому его широко применяют а медицине. Ультрафиолетовое излучение в составе солнечного света вызывает биологические процессы, приводящие к потемнению кожи человека – загару.

В качестве источников ультрафиолетового излучения в медицине используются газоразрядные лампы. Трубки таких ламп изготовляют из кварца, прозрачного для ультрафиолетовых лучей; поэтому эти лампыназывают кварцевыми лампами.

Рентгеновские лучи

Если в вакуумной трубке между нагретым катодом, испускающим электроны, и анодом приложить постоянное напряжение в несколько десятков тысяч вольт, то электроны будут сначала разгоняться электрическим полем, а затем резко тормозиться в веществе анода при взаимодействии с его атомами. При торможении быстрых электронов в веществе или при переходах на внутренних оболочках атомов возникают волны с длинной волны меньше, чем у ультрафиолетового излучения. Это излучение было открыто       в         1898    г.           немецким                             физиком

Вильгельмом Рентгеном   (1845 – 1923). Электромагнитные излучения в диапазоне длин волн от 10-14 до 10-7м называются рентгеновскими лучами.

          Рентгеновские лучи невидимы глазом. Они проходят без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света. Обнаруживают рентгеновские лучи по их способности вызывать определенное свечение некоторых кристаллов и действовать на фотопленку.

          способность рентгеновских лучей проникать через толстые слои вещества используется для диагностики заболеваний внутренних органов человека. В технике рентгеновские лучи применяются для контроля внутренней структуры различных изделий, сварных швов. Рентгеновское излучение обладает сильным биологическим действием и применяется для лечения некоторых заболеваний.

Гамма-излучение

Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

          Гамма-излучение – самое коротковолновое электромагнитное излучение (λ<10-10м). Его особенностью является ярко выраженные корпускулярные свойства. Поэтому гамма-излучение обычно рассматривается как поток гамма - квантов. В области длин волн от 10-10 до 10-14м диапазоны рентгеновского и гамма-излучений перекрываются, в этой области рентгеновские и гамма - кванты по своей природе тождественны и отличаются лишь происхождением.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

          Принято называть ультрафиолетовыми волнами электромагнитные волны, длина которых меньше 400нм, а инфракрасными – волны с длиной, превышающей 760нм. Совершенно ясно, что границы эти довольно произвольны, и нет никакого резкого изменения в свойствах при переходе от крайних фиолетовых волн к ультрафиолетовым или от крайних красных к инфракрасным. Поэтому указания, где начинаются ультрафиолетовые или инфракрасные волны, имеют лишь условный характер. Так же условно и указание, где кончаются ультрафиолетовые и инфракрасные области спектра.

          При исследовании этих областей серьезным затруднением является то обстоятельство, что большинство материалов, прозрачных для видимого света, сильно поглощает более короткие и более длинные волны. Улучшение техники эксперимента все же дало возможность получить и исследовать инфракрасные волны длинной до нескольких сот микрометров. С другой стороны, оказалось возможным электрическими способами получить радиоволны , длина которых также выражается сотнями микрометров. Таким образом, мы имеем непрерывный переход от видимого света через инфракрасные волны к радиоволнам.

          Сведения о коротковолновой области спектра также пополнялись, так сказать, с двух концов. С одной стороны, улучшение техники работы с ультрафиолетовыми волнами позволило спуститься приблизительно до 5нм. С другой стороны, с течением времени были найдены способы получать и исследовать рентгеновские волны длинной в несколько десятков нанометров. Таким образом, и в области коротких электромагнитных волн имеется непрерывный переход от видимого света через ультрафиолетовые волны к рентгеновским сколь угодно малой длины. Весьма короткие электромагнитные волны наблюдаются в излучении радиоактивных веществ (так называемое γ–излучение) в космических лучах, а также при ударах очень быстрых электронов, разгоняемых ускорителями.

Список использованной литературы 

1.   Карпенков С. Х.

   “Концепции современного естествознания ”

     М.: ЮНИТИ, 1997.

2.   Ландсберг Г. С.

   “Элементарный учебник физики”

    М.: АОЗТ “ШРАЙК”, 1995.

3.   Кабардин О. Ф.

   “Физика”

     М.: “ПРОСВЕЩЕНИЕ”, 1988.