Unterrichtsziele:

Unterrichtsart:

Verhaltensformular: Vortrag mit Präsentation

Karaseva Irina Dmitrievna, 17.12.2017

2492 287

Entwicklungsinhalte

Unterrichtszusammenfassung zum Thema:

Arten von Strahlung. Skala für elektromagnetische Wellen

Unterricht gestaltet

Lehrer der staatlichen Institution des LPR "LOUSOSH No. 18"

Karaseva ID.

Unterrichtsziele: die Größenordnung elektromagnetischer Wellen betrachten, die Wellen verschiedener Frequenzbereiche charakterisieren; zeigen die Rolle verschiedener Strahlungsarten im menschlichen Leben, die Auswirkungen verschiedener Strahlungsarten auf eine Person; den Stoff zum Thema systematisieren und das Wissen der Studierenden über elektromagnetische Wellen vertiefen; Entwicklung der mündlichen Rede, der kreativen Fähigkeiten, der Logik und des Gedächtnisses der Schüler; kognitive Fähigkeiten; das Interesse der Studierenden am Studium der Physik zu wecken; Genauigkeit, Fleiß erziehen.

Unterrichtsart: eine Lektion in der Bildung von neuem Wissen.

Verhaltensformular: Vortrag mit Präsentation

Ausrüstung: Computer, Multimedia-Beamer, Präsentation „Strahlungsarten.

Skala elektromagnetischer Wellen»

Während des Unterrichts

Zeit organisieren.

Motivation der pädagogischen und kognitiven Aktivität.

Das Universum ist ein Ozean elektromagnetischer Strahlung. Die Menschen leben größtenteils darin, ohne die Wellen zu bemerken, die in den umgebenden Raum eindringen. Beim Aufwärmen am Kamin oder beim Anzünden einer Kerze zwingt eine Person die Quelle dieser Wellen zum Arbeiten, ohne über ihre Eigenschaften nachzudenken. Aber Wissen ist Macht: Nachdem die Menschheit im 20. Jahrhundert die Natur der elektromagnetischen Strahlung entdeckt hatte, beherrschte sie ihre unterschiedlichsten Arten und stellte sie sich in ihren Dienst.

Festlegung des Themas und der Ziele des Unterrichts.

Heute machen wir eine Reise entlang der Skala elektromagnetischer Wellen und betrachten die Arten elektromagnetischer Strahlung in verschiedenen Frequenzbereichen. Schreiben Sie das Thema der Lektion auf: „Arten von Strahlung. Skala elektromagnetischer Wellen» (Folie 1)

Wir werden jede Strahlung gemäß dem folgenden verallgemeinerten Plan untersuchen (Folie 2).Verallgemeinerter Plan zum Studium der Strahlung:

1. Bereichsname

2. Wellenlänge

3. Häufigkeit

4. Wer entdeckt wurde

5. Quelle

6. Empfänger (Anzeige)

7. Bewerbung

8. Aktion auf eine Person

Während des Studiums des Themas müssen Sie die folgende Tabelle ausfüllen:

Tabelle „Skala der elektromagnetischen Strahlung“

Name Strahlung	Wellenlänge	Frequenz	Wer war offen	Quelle	Empfänger	Anwendung	Aktion auf eine Person

Präsentation von neuem Material.

(Folie 3)

Die Länge elektromagnetischer Wellen ist sehr unterschiedlich: ab Werten in der Größenordnung von 10 13 m (niederfrequente Schwingungen) bis 10 -10 m ( -Strahlen). Licht ist ein unbedeutender Teil des breiten Spektrums elektromagnetischer Wellen. Während der Untersuchung dieses kleinen Teils des Spektrums wurden jedoch andere Strahlungen mit ungewöhnlichen Eigenschaften entdeckt.
Es ist üblich, zuzuteilen niederfrequente Strahlung, Funkstrahlung, Infrarotstrahlen, sichtbares Licht, ultraviolette Strahlen, Röntgenstrahlen u -Strahlung. Der kürzeste -Strahlung emittiert Atomkerne.

Zwischen den einzelnen Strahlungen besteht kein grundsätzlicher Unterschied. Sie alle sind elektromagnetische Wellen, die von geladenen Teilchen erzeugt werden. Elektromagnetische Wellen werden letztendlich durch ihre Wirkung auf geladene Teilchen nachgewiesen . Im Vakuum breitet sich Strahlung jeder Wellenlänge mit einer Geschwindigkeit von 300.000 km/s aus. Die Grenzen zwischen einzelnen Bereichen der Strahlungsskala sind sehr willkürlich.

(Folie 4)

Emissionen verschiedener Wellenlängen unterscheiden sich in ihrer Art voneinander Empfang(Antennenstrahlung, Wärmestrahlung, Strahlung beim Abbremsen schneller Elektronen etc.) und Registrierungsmethoden.

Alle aufgeführten Arten elektromagnetischer Strahlung werden auch von Weltraumobjekten erzeugt und mit Hilfe von Raketen, künstlichen Erdsatelliten und Raumfahrzeugen erfolgreich untersucht. Dies gilt zunächst für Röntgen- und Strahlung, die von der Atmosphäre stark absorbiert wird.

Quantitative Unterschiede in den Wellenlängen führen zu signifikanten qualitativen Unterschieden.

Strahlungen unterschiedlicher Wellenlängen unterscheiden sich stark in ihrer Absorption durch Materie. Kurzwellige Strahlung (Röntgen und besonders Strahlen) werden schwach absorbiert. Substanzen, die für optische Wellenlängen undurchlässig sind, sind für diese Strahlungen durchlässig. Der Reflexionsfaktor elektromagnetischer Wellen hängt auch von der Wellenlänge ab. Aber der Hauptunterschied zwischen langwelliger und kurzwelliger Strahlung besteht darin kurzwellige Strahlung offenbart die Eigenschaften von Teilchen.

Betrachten wir jede Strahlung.

(Folie 5)

niederfrequente Strahlung tritt im Frequenzbereich von 3 · 10 -3 bis 3 · 10 5 Hz auf. Diese Strahlung entspricht einer Wellenlänge von 10 13 - 10 5 m. Die Strahlung solch relativ niedriger Frequenzen kann vernachlässigt werden. Die Quelle niederfrequenter Strahlung sind Lichtmaschinen. Sie werden zum Schmelzen und Härten von Metallen verwendet.

(Folie 6)

Radiowellen belegen den Frequenzbereich 3·10 5 - 3·10 11 Hz. Sie entsprechen einer Wellenlänge von 10 5 - 10 -3 m. Radiowellen sowie niederfrequente Strahlung ist Wechselstrom. Die Quelle ist auch ein Radiofrequenzgenerator, Sterne, einschließlich der Sonne, Galaxien und Metagalaxien. Die Indikatoren sind der Hertz-Vibrator, der Schwingkreis.

Große Frequenz Radiowellen im Vergleich zu niederfrequente Strahlung führt zu einer merklichen Abstrahlung von Radiowellen in den Weltraum. Dadurch können sie verwendet werden, um Informationen über verschiedene Entfernungen zu übertragen. Sprache, Musik (Rundfunk), Telegraphensignale (Funkkommunikation), Bilder verschiedener Objekte (Radar) werden übertragen.

Radiowellen werden verwendet, um die Struktur von Materie und die Eigenschaften des Mediums, in dem sie sich ausbreiten, zu untersuchen. Die Untersuchung der Radioemission von Weltraumobjekten ist Gegenstand der Radioastronomie. In der Radiometeorologie werden Prozesse anhand der Eigenschaften empfangener Wellen untersucht.

(Folie 7)

Infrarotstrahlung belegt den Frequenzbereich 3 10 11 - 3,85 10 14 Hz. Sie entsprechen einer Wellenlänge von 2 · 10 -3 - 7,6 · 10 -7 m.

Infrarotstrahlung wurde 1800 vom Astronomen William Herschel entdeckt. Herschel untersuchte den Temperaturanstieg eines durch sichtbares Licht erhitzten Thermometers und fand die größte Erwärmung des Thermometers außerhalb des sichtbaren Lichtbereichs (jenseits des roten Bereichs). Unsichtbare Strahlung wurde aufgrund ihres Platzes im Spektrum als Infrarot bezeichnet. Die Quelle der Infrarotstrahlung ist die Strahlung von Molekülen und Atomen unter thermischen und elektrischen Einflüssen. Eine starke Quelle für Infrarotstrahlung ist die Sonne, etwa 50 % ihrer Strahlung liegt im Infrarotbereich. Infrarotstrahlung macht einen erheblichen Anteil (von 70 bis 80%) der Strahlungsenergie von Glühlampen mit einem Wolframfaden aus. Infrarotstrahlung wird von einem Lichtbogen und verschiedenen Gasentladungslampen emittiert. Die Strahlung einiger Laser liegt im Infrarotbereich des Spektrums. Indikatoren für Infrarotstrahlung sind Foto- und Thermistoren, spezielle Fotoemulsionen. Infrarotstrahlung wird zum Trocknen von Holz, Lebensmitteln und verschiedenen Farb- und Lackbeschichtungen (Infrarotheizung) verwendet, zur Signalisierung bei schlechter Sicht, ermöglicht den Einsatz optischer Geräte, die Ihnen das Sehen im Dunkeln sowie mit Fernbedienung ermöglichen Kontrolle. Infrarotstrahlen werden verwendet, um Projektile und Raketen auf das Ziel zu richten, um einen getarnten Feind zu erkennen. Diese Strahlen ermöglichen es, den Temperaturunterschied einzelner Abschnitte der Planetenoberfläche zu bestimmen, die strukturellen Merkmale der Moleküle einer Substanz (Spektralanalyse). Infrarotfotografie wird in der Biologie bei der Erforschung von Pflanzenkrankheiten, in der Medizin bei der Diagnose von Haut- und Gefäßerkrankungen, in der Forensik bei der Erkennung von Fälschungen eingesetzt. Wenn es einer Person ausgesetzt wird, verursacht es eine Erhöhung der Temperatur des menschlichen Körpers.

(Folie 8)

Sichtbare Strahlung - der einzige Bereich elektromagnetischer Wellen, der vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. Lichtwellen nehmen einen ziemlich engen Bereich ein: 380 - 670 nm ( \u003d 3,85 10 14 - 8 10 14 Hz). Die Quelle der sichtbaren Strahlung sind Valenzelektronen in Atomen und Molekülen, die ihre Position im Raum ändern, sowie freie Ladungen, bewegt sich schnell. Dies Ein Teil des Spektrums gibt einer Person maximale Informationen über die Welt um sie herum. Hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften ähnelt es anderen Bereichen des Spektrums, da es nur ein kleiner Teil des Spektrums elektromagnetischer Wellen ist. Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen (Frequenzen) im sichtbaren Bereich hat unterschiedliche physiologische Wirkungen auf die Netzhaut des menschlichen Auges und verursacht ein psychologisches Lichtempfinden. Farbe ist keine Eigenschaft einer elektromagnetischen Lichtwelle an sich, sondern eine Manifestation der elektrochemischen Wirkung des menschlichen physiologischen Systems: Augen, Nerven, Gehirn. Das menschliche Auge kann im sichtbaren Bereich (in aufsteigender Reihenfolge der Strahlungsfrequenz) ungefähr sieben Grundfarben unterscheiden: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo, Violett. Das Erinnern an die Reihenfolge der Primärfarben des Spektrums wird durch einen Satz erleichtert, dessen jedes Wort mit dem ersten Buchstaben des Namens der Primärfarbe beginnt: "Jeder Jäger möchte wissen, wo der Fasan sitzt." Sichtbare Strahlung kann den Ablauf chemischer Reaktionen in Pflanzen (Photosynthese) sowie in tierischen und menschlichen Organismen beeinflussen. Sichtbare Strahlung wird von einzelnen Insekten (Glühwürmchen) und einigen Tiefseefischen aufgrund chemischer Reaktionen im Körper abgegeben. Die Aufnahme von Kohlendioxid durch Pflanzen als Ergebnis des Prozesses der Photosynthese und die Freisetzung von Sauerstoff trägt zur Erhaltung des biologischen Lebens auf der Erde bei. Sichtbare Strahlung wird auch verwendet, um verschiedene Objekte zu beleuchten.

Licht ist die Quelle des Lebens auf der Erde und gleichzeitig die Quelle unserer Vorstellungen von der Welt um uns herum.

(Folie 9)

UV-Strahlung, für das Auge unsichtbare elektromagnetische Strahlung, die den Spektralbereich zwischen sichtbarer und Röntgenstrahlung innerhalb der Wellenlängen von 3,8 ∙10 -7 - 3 ∙10 -9 m ( \u003d 8 * 10 14 - 3 * 10 16 Hz) einnimmt. Ultraviolette Strahlung wurde 1801 von dem deutschen Wissenschaftler Johann Ritter entdeckt. Durch die Untersuchung der Schwärzung von Silberchlorid unter Einwirkung von sichtbarem Licht fand Ritter heraus, dass Silber im Bereich jenseits des violetten Endes des Spektrums, wo keine sichtbare Strahlung vorhanden ist, noch effektiver schwärzt. Die unsichtbare Strahlung, die diese Schwärzung verursachte, wurde Ultraviolett genannt.

Die Quelle ultravioletter Strahlung sind die Valenzelektronen von Atomen und Molekülen sowie sich schnell bewegende freie Ladungen.

Die Strahlung von auf Temperaturen von - 3000 K erhitzten Festkörpern enthält einen erheblichen Anteil an ultravioletter Strahlung im kontinuierlichen Spektrum, deren Intensität mit zunehmender Temperatur zunimmt. Eine stärkere Quelle ultravioletter Strahlung ist jedes Hochtemperaturplasma. Für verschiedene Anwendungen von ultravioletter Strahlung werden Quecksilber-, Xenon- und andere Gasentladungslampen verwendet. Natürliche Quellen ultravioletter Strahlung - die Sonne, Sterne, Nebel und andere Weltraumobjekte. Allerdings nur der langwellige Teil ihrer Strahlung (  290 nm) erreicht die Erdoberfläche. Für die Registrierung von ultravioletter Strahlung bei

 = 230 nm werden gewöhnliche fotografische Materialien verwendet, im kürzeren Wellenlängenbereich sind spezielle gelatinearme fotografische Schichten dafür empfindlich. Es werden photoelektrische Empfänger verwendet, die die Fähigkeit der ultravioletten Strahlung nutzen, Ionisation und den photoelektrischen Effekt hervorzurufen: Photodioden, Ionisationskammern, Photonenzähler, Photomultiplier.

In kleinen Dosen hat ultraviolette Strahlung eine wohltuende, heilende Wirkung auf eine Person, aktiviert die Synthese von Vitamin D im Körper und verursacht auch Sonnenbrand. Eine große Dosis ultravioletter Strahlung kann Hautverbrennungen und Krebsgeschwüre verursachen (80 % heilbar). Darüber hinaus schwächt übermäßige UV-Strahlung das Immunsystem des Körpers und trägt zur Entstehung bestimmter Krankheiten bei. Ultraviolette Strahlung hat auch eine bakterizide Wirkung: Unter dem Einfluss dieser Strahlung sterben krankheitserregende Bakterien ab.

Ultraviolette Strahlung wird in Leuchtstofflampen, in der Forensik (Fälschung von Dokumenten wird anhand der Bilder erkannt), in der Kunstgeschichte (mit Hilfe von ultravioletten Strahlen können für das Auge unsichtbare Restaurierungsspuren in den Gemälden nachgewiesen werden) verwendet. Da geht die UV-Strahlung durch das Glas des Fensters tatsächlich nicht. es wird von Eisenoxid absorbiert, das Bestandteil des Glases ist. Aus diesem Grund können Sie sich auch an einem heißen, sonnigen Tag nicht in einem Raum mit geschlossenem Fenster sonnen.

Das menschliche Auge sieht keine ultraviolette Strahlung, weil. Die Hornhaut des Auges und die Augenlinse absorbieren ultraviolettes Licht. Einige Tiere können ultraviolette Strahlung sehen. Eine Taube zum Beispiel wird auch bei bewölktem Wetter von der Sonne geleitet.

(Folie 10)

Röntgenstrahlung - dies ist elektromagnetische ionisierende Strahlung, die den Spektralbereich zwischen Gamma- und Ultraviolettstrahlung innerhalb von Wellenlängen von 10 -12 - 10 -8 m (Frequenzen 3 * 10 16 - 3-10 20 Hz) einnimmt. Röntgenstrahlung wurde 1895 vom deutschen Physiker W. K. Roentgen entdeckt. Die gebräuchlichste Röntgenquelle ist die Röntgenröhre, in der durch ein elektrisches Feld beschleunigte Elektronen eine Metallanode beschießen. Röntgenstrahlen können erhalten werden, indem ein Ziel mit hochenergetischen Ionen beschossen wird. Einige radioaktive Isotope, Synchrotrons - Elektronenakkumulatoren können auch als Quellen für Röntgenstrahlung dienen. Die natürlichen Quellen von Röntgenstrahlen sind die Sonne und andere Weltraumobjekte.

Bilder von Objekten in Röntgenstrahlen werden auf einem speziellen fotografischen Röntgenfilm erhalten. Röntgenstrahlung kann mit einer Ionisationskammer, einem Szintillationszähler, Sekundärelektronen- oder Kanalelektronenvervielfachern und Mikrokanalplatten aufgezeichnet werden. Aufgrund ihrer hohen Durchdringungskraft werden Röntgenstrahlen in der Röntgenbeugungsanalyse (Untersuchung der Struktur des Kristallgitters), in der Untersuchung der Struktur von Molekülen, der Erkennung von Defekten in Proben, in der Medizin (X -Strahlen, Fluorographie, Krebsbehandlung), in der Fehlersuche (Erkennung von Fehlern in Gussteilen, Schienen), in der Kunstgeschichte (die Entdeckung antiker Gemälde, die unter einer Schicht späterer Malerei verborgen sind), in der Astronomie (bei der Untersuchung von Röntgenquellen) , und Forensik. Eine große Dosis Röntgenstrahlung führt zu Verbrennungen und Veränderungen in der Struktur des menschlichen Blutes. Die Entwicklung von Röntgenempfängern und ihre Platzierung auf Raumstationen ermöglichten es, die Röntgenstrahlung von Hunderten von Sternen sowie die Hüllen von Supernovae und ganzen Galaxien zu erkennen.

(Folie 11)

Gammastrahlung - kurzwellige elektromagnetische Strahlung, die den gesamten Frequenzbereich einnimmt  \u003d 8 10 14 - 10 17 Hz, was den Wellenlängen  \u003d 3,8 10 -7 - 3 10 -9 m entspricht Gammastrahlung wurde 1900 von dem französischen Wissenschaftler Paul Villars entdeckt.

Villars untersuchte die Strahlung von Radium in einem starken Magnetfeld und entdeckte kurzwellige elektromagnetische Strahlung, die wie Licht nicht durch ein Magnetfeld abgelenkt wird. Es wurde Gammastrahlung genannt. Gammastrahlung ist mit nuklearen Prozessen verbunden, den Phänomenen des radioaktiven Zerfalls, die bei bestimmten Substanzen sowohl auf der Erde als auch im Weltraum auftreten. Gammastrahlung kann mit Ionisations- und Blasenkammern sowie mit speziellen fotografischen Emulsionen aufgezeichnet werden. Sie werden bei der Untersuchung nuklearer Prozesse und bei der Fehlererkennung verwendet. Gammastrahlung wirkt sich negativ auf den Menschen aus.

(Folie 12)

Also niederfrequente Strahlung, Radiowellen, Infrarotstrahlung, sichtbare Strahlung, ultraviolette Strahlung, Röntgenstrahlen,-Strahlung sind verschiedene Arten von elektromagnetischer Strahlung.

Zerlegt man diese Typen gedanklich in zunehmende Frequenz oder abnehmende Wellenlänge, erhält man ein breites kontinuierliches Spektrum – die Skala der elektromagnetischen Strahlung (Lehrer zeigt die Waage). Zu den gefährlichen Strahlungsarten gehören: Gammastrahlung, Röntgenstrahlen und ultraviolette Strahlung, der Rest ist ungefährlich.

Die Einteilung der elektromagnetischen Strahlung in Bereiche ist bedingt. Es gibt keine klare Grenze zwischen den Regionen. Die Bezeichnungen der Regionen sind historisch gewachsen, sie dienen lediglich der bequemen Einordnung von Strahlungsquellen.

(Folie 13)

Alle Bereiche der elektromagnetischen Strahlungsskala haben gemeinsame Eigenschaften:

die physikalische Natur aller Strahlung ist die gleiche

Alle Strahlung breitet sich im Vakuum mit der gleichen Geschwindigkeit aus, gleich 3 * 10 8 m / s

alle Strahlungen haben gemeinsame Welleneigenschaften (Reflexion, Brechung, Interferenz, Beugung, Polarisation)

5. Zusammenfassung der Lektion

Am Ende des Unterrichts vervollständigen die Schüler die Arbeit am Tisch.

(Folie 14)

Fazit:

Die gesamte Skala elektromagnetischer Wellen ist ein Beweis dafür, dass jede Strahlung sowohl Quanten- als auch Welleneigenschaften hat.

Quanten- und Welleneigenschaften schließen sich dabei nicht aus, sondern ergänzen sich.

Die Welleneigenschaften sind bei niedrigen Frequenzen stärker ausgeprägt und bei hohen Frequenzen weniger ausgeprägt. Umgekehrt sind Quanteneigenschaften bei hohen Frequenzen stärker ausgeprägt und bei niedrigen Frequenzen weniger ausgeprägt.

Je kürzer die Wellenlänge, desto ausgeprägter die Quanteneigenschaften, und je länger die Wellenlänge, desto ausgeprägter die Welleneigenschaften.

All dies bestätigt das Gesetz der Dialektik (Übergang quantitativer Veränderungen in qualitative).

Abstrakt (lernen), füllen Sie die Tabelle aus

die letzte Spalte (die Wirkung von EMP auf eine Person) und

Erstellen Sie einen Bericht über die Verwendung von EMR

Entwicklungsinhalte

GU LPR "LOUSOSH Nr. 18"

Lugansk

Karaseva ID.

ALLGEMEINER STRAHLUNGSSTUDIENPLAN

1. Bereichsname.

2. Wellenlänge

3. Häufigkeit

4. Wer entdeckt wurde

5. Quelle

6. Empfänger (Anzeige)

7. Bewerbung

8. Aktion auf eine Person

TABELLE „SKALA DER ELEKTROMAGNETISCHEN WELLEN“

Strahlungsname

Wellenlänge

Frequenz

Wer hat geöffnet

Quelle

Empfänger

Anwendung

Aktion auf eine Person

Strahlungen unterscheiden sich voneinander:

• nach der Art der Gewinnung;
• Registrierungsmethode.

Quantitative Unterschiede in den Wellenlängen führen zu erheblichen qualitativen Unterschieden, sie werden von Materie unterschiedlich absorbiert (kurzwellige Strahlung - Röntgen- und Gammastrahlung) - werden schwach absorbiert.

Kurzwellige Strahlung offenbart die Eigenschaften von Teilchen.

Niederfrequente Schwingungen

Wellenlänge (m)

10 13 - 10 5

Frequenz Hz)

3 · 10 -3 - 3 · 10 5

Quelle

Rheostatische Lichtmaschine, Dynamo,

Hertz-Vibrator,

Generatoren in elektrischen Netzen (50 Hz)

Maschinengeneratoren mit erhöhter (industrieller) Frequenz (200 Hz)

Telefonnetze (5000Hz)

Tongeneratoren (Mikrofone, Lautsprecher)

Empfänger

Elektrogeräte und Motoren

Entdeckungsgeschichte

Oliver Lodge (1893), Nikola Tesla (1983)

Anwendung

Kino, Rundfunk (Mikrofone, Lautsprecher)

Radiowellen

Wellenlänge (m)

Frequenz Hz)

10 5 - 10 -3

Quelle

3 · 10 5 - 3 · 10 11

Schwingkreis

Makroskopische Vibratoren

Sterne, Galaxien, Metagalaxien

Empfänger

Entdeckungsgeschichte

Funken im Spalt des empfangenden Vibrators (Hertz-Vibrator)

Das Leuchten einer Gasentladungsröhre, Kohärer

B. Feddersen (1862), G. Hertz (1887), A.S. Popov, A.N. Lebedew

Anwendung

Extra lang- Funknavigation, Funktelegrafenverkehr, Übermittlung von Wetterberichten

Lang– Funktelegrafen- und Funktelefonverkehr, Rundfunk, Funknavigation

Mittel- Funktelegrafie und Funktelefonie, Rundfunk, Funknavigation

Kurz- Amateurfunk

UKW- Weltraumfunkkommunikation

DMV- Fernsehen, Radar, Richtfunk, Mobilfunk

SMV- Radar, Richtfunk, Astronavigation, Satellitenfernsehen

IIM-Radar

Infrarotstrahlung

Wellenlänge (m)

2 · 10 -3 - 7,6∙10 -7

Frequenz Hz)

3∙10 11 - 3,85∙10 14

Quelle

Jeder beheizte Körper: eine Kerze, ein Ofen, eine Wasserheizbatterie, eine elektrische Glühlampe

Ein Mensch sendet elektromagnetische Wellen der Länge 9 aus · 10 -6 m

Empfänger

Thermoelemente, Bolometer, Fotozellen, Fotowiderstände, fotografische Filme

Entdeckungsgeschichte

W. Herschel (1800), G. Rubens und E. Nichols (1896),

Anwendung

In der Forensik das Fotografieren von terrestrischen Objekten bei Nebel und Dunkelheit, Ferngläser und Visiere zum Fotografieren im Dunkeln, Erhitzen des Gewebes eines lebenden Organismus (in der Medizin), Trocknen von Holz und lackierten Autokarosserien, Alarmanlagen zum Schutz von Räumlichkeiten, ein Infrarotteleskop.

Sichtbare Strahlung

Wellenlänge (m)

6,7∙10 -7 - 3,8 ∙10 -7

Frequenz Hz)

4∙10 14 - 8 ∙10 14

Quelle

Sonne, Glühlampe, Feuer

Empfänger

Auge, Fotoplatte, Fotozellen, Thermoelemente

Entdeckungsgeschichte

M.Melloni

Anwendung

Vision

biologisches Leben

UV-Strahlung

Wellenlänge (m)

3,8 ∙10 -7 - 3∙10 -9

Frequenz Hz)

8 ∙ 10 14 - 3 · 10 16

Quelle

Im Sonnenlicht enthalten

Entladungslampen mit Quarzrohr

Abgestrahlt von allen Festkörpern, deren Temperatur mehr als 1000 °C beträgt, leuchtend (außer Quecksilber)

Empfänger

Fotozellen,

Photomultiplier,

Lumineszierende Substanzen

Entdeckungsgeschichte

Johann Ritter, Leiman

Anwendung

Industrieelektronik und Automation,

Leuchtstofflampen,

Textile Produktion

Luftsterilisation

Medizin, Kosmetik

Röntgenstrahlung

Wellenlänge (m)

10 -12 - 10 -8

Frequenz Hz)

3∙10 16 - 3 · 10 20

Quelle

Elektronische Röntgenröhre (Spannung an der Anode - bis 100 kV, Kathode - Glühfaden, Strahlung - hochenergetische Quanten)

Sonnenkorona

Empfänger

Filmrolle,

Leuchten einiger Kristalle

Entdeckungsgeschichte

W. Röntgen, R. Milliken

Anwendung

Diagnose und Behandlung von Krankheiten (in der Medizin), Defektoskopie (Kontrolle innerer Strukturen, Schweißnähte)

Gammastrahlung

Wellenlänge (m)

3,8 · 10 -7 - 3∙10 -9

Frequenz Hz)

8∙10 14 - 10 17

Energie (EV)

9,03 10 3 – 1, 24 10 16 Ev

Quelle

Radioaktive Atomkerne, Kernreaktionen, Umwandlungsprozesse von Materie in Strahlung

Empfänger

Zähler

Entdeckungsgeschichte

Paul Villard (1900)

Anwendung

Defektoskopie

Prozesssteuerung

Erforschung nuklearer Prozesse

Therapie und Diagnostik in der Medizin

ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN ELEKTROMAGNETISCHER STRAHLUNGEN

körperliche Natur

alle Strahlung ist gleich

alle Strahlung breitet sich aus

im Vakuum bei gleicher Geschwindigkeit,

gleich der Lichtgeschwindigkeit

alle Strahlungen werden erkannt

Allgemeine Welleneigenschaften

Polarisation

Betrachtung

Brechung

Beugung

Interferenz

• Die gesamte Skala elektromagnetischer Wellen ist ein Beweis dafür, dass jede Strahlung sowohl Quanten- als auch Welleneigenschaften hat.
• Quanten- und Welleneigenschaften schließen sich dabei nicht aus, sondern ergänzen sich.
• Die Welleneigenschaften sind bei niedrigen Frequenzen stärker ausgeprägt und bei hohen Frequenzen weniger ausgeprägt. Umgekehrt sind Quanteneigenschaften bei hohen Frequenzen stärker ausgeprägt und bei niedrigen Frequenzen weniger ausgeprägt.
• Je kürzer die Wellenlänge, desto ausgeprägter die Quanteneigenschaften, und je länger die Wellenlänge, desto ausgeprägter die Welleneigenschaften.

• § 68 (lesen)
• füllen Sie die letzte Spalte der Tabelle aus (die Wirkung von EMP auf eine Person)
• Erstellen Sie einen Bericht über die Verwendung von EMR

Die Skala der elektromagnetischen Strahlung umfasst bedingt sieben Bereiche:

1. Niederfrequente Schwingungen

2. Funkwellen

3. Infrarot

4. Sichtbare Strahlung

5. Ultraviolette Strahlung

6. Röntgenstrahlen

7. Gammastrahlen

Zwischen den einzelnen Strahlungen besteht kein grundsätzlicher Unterschied. Sie alle sind elektromagnetische Wellen, die von geladenen Teilchen erzeugt werden. Elektromagnetische Wellen werden letztendlich durch ihre Wirkung auf geladene Teilchen nachgewiesen. Im Vakuum breitet sich Strahlung jeder Wellenlänge mit einer Geschwindigkeit von 300.000 km/s aus. Die Grenzen zwischen einzelnen Bereichen der Strahlungsskala sind sehr willkürlich.

Strahlungen unterschiedlicher Wellenlängen unterscheiden sich in der Art ihrer Erzeugung (Strahlung von einer Antenne, Wärmestrahlung, Strahlung beim Abbremsen schneller Elektronen usw.) und Registrierungsmethoden.

Alle aufgeführten Arten elektromagnetischer Strahlung werden auch von Weltraumobjekten erzeugt und mit Hilfe von Raketen, künstlichen Erdsatelliten und Raumfahrzeugen erfolgreich untersucht. Dies gilt zunächst für Röntgen- und g-Strahlung, die von der Atmosphäre stark absorbiert wird.

Mit abnehmender Wellenlänge führen quantitative Unterschiede in den Wellenlängen zu signifikanten qualitativen Unterschieden.

Strahlungen unterschiedlicher Wellenlängen unterscheiden sich stark in ihrer Absorption durch Materie. Kurzwellige Strahlung (Röntgen- und insbesondere g-Strahlung) wird schwach absorbiert. Substanzen, die für optische Wellenlängen undurchlässig sind, sind für diese Strahlungen durchlässig. Der Reflexionsfaktor elektromagnetischer Wellen hängt auch von der Wellenlänge ab. Der Hauptunterschied zwischen langwelliger und kurzwelliger Strahlung besteht jedoch darin, dass kurzwellige Strahlung die Eigenschaften von Teilchen offenbart.

Röntgenstrahlung

Röntgenstrahlung- elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge von 8 * 10-6 cm bis 10-10 cm.

Es gibt zwei Arten von Röntgenstrahlen: Bremsstrahlung und charakteristische.

Bremse entsteht, wenn schnelle Elektronen durch irgendein Hindernis abgebremst werden, insbesondere durch metallische Elektronen.

Die Bremsstrahlung von Elektronen hat ein kontinuierliches Spektrum, das sich von den kontinuierlichen Strahlungsspektren von Festkörpern oder Flüssigkeiten unterscheidet.

Charakteristische Röntgenstrahlen hat ein Linienspektrum. Charakteristische Strahlung entsteht dadurch, dass ein äußeres schnelles Elektron, das in einem Stoff abbremst, ein auf einer der inneren Schalen befindliches Elektron aus einem Atom des Stoffes herauszieht. Beim Übergang zum freien Platz eines weiter entfernten Elektrons entsteht ein Röntgenphoton.

Gerät zum Erhalten von Röntgenstrahlen - Röntgenröhre.

Schematische Darstellung einer Röntgenröhre.

X - Röntgenstrahlen, K - Kathode, A - Anode (manchmal Antikathode genannt), C - Kühlkörper, Äh- Kathodenheizspannung, U ein- Beschleunigungsspannung, W in - Wasserkühlungseinlass, W out - Wasserkühlungsauslass.

Kathode 1 ist eine Wolframspirale, die aufgrund von thermionischer Emission Elektronen emittiert. Zylinder 3 bündelt den Elektronenstrom, der dann mit der Metallelektrode (Anode) 2 kollidiert. Dabei entstehen Röntgenstrahlen. Die Spannung zwischen Anode und Kathode erreicht mehrere zehn Kilovolt. In der Röhre entsteht ein tiefes Vakuum; der Gasdruck darin überschreitet 10 _0 mm Hg nicht. Kunst.

Die von der Glühkathode emittierten Elektronen werden beschleunigt (es werden keine Röntgenstrahlen emittiert, da die Beschleunigung zu gering ist) und treffen auf die Anode, wo sie stark abgebremst werden (Röntgenstrahlen werden emittiert: die sogenannte Bremsstrahlung)

Gleichzeitig werden Elektronen aus den inneren Elektronenhüllen der Metallatome herausgeschlagen, aus denen die Anode besteht. Leerstellen in den Schalen werden von anderen Elektronen des Atoms besetzt. Dabei wird Röntgenstrahlung mit einer bestimmten, für das Anodenmaterial charakteristischen Energie (charakteristische Strahlung) emittiert )

Röntgenstrahlen zeichnen sich durch eine kurze Wellenlänge, eine große „Härte“ aus.

Eigenschaften:

hohe Durchschlagskraft;

Aktion auf Fotoplatten;

die Fähigkeit, die Substanzen, durch die diese Strahlen gehen, zu ionisieren.

Anwendung:

Röntgendiagnostik. Mit Hilfe von Röntgenstrahlen ist es möglich, den menschlichen Körper zu "erleuchten", wodurch ein Bild der Knochen und in modernen Geräten der inneren Organe erhalten werden kann.

Röntgentherapie

Die Erkennung von Fehlern in Produkten (Schienen, Schweißnähte usw.) mit Hilfe von Röntgenstrahlen wird als Röntgenfehlerprüfung bezeichnet.

In den Materialwissenschaften, der Kristallographie, der Chemie und der Biochemie werden Röntgenstrahlen zur Aufklärung der Struktur von Stoffen auf atomarer Ebene mittels Röntgenbeugungsstreuung (Röntgenbeugungsanalyse) eingesetzt. Ein berühmtes Beispiel ist die Bestimmung der DNA-Struktur.

An Flughäfen werden Röntgenfernseh-Introskope aktiv eingesetzt, die es ermöglichen, den Inhalt von Handgepäck und Gepäck zu betrachten, um gefährliche Objekte visuell auf dem Bildschirm zu erkennen.

Folie 2

Ausmaß der elektromagnetischen Strahlung.

Die elektromagnetische Wellenskala reicht von langen Radiowellen bis zu Gammastrahlen. Elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Länge werden nach verschiedenen Kriterien (Erzeugungsverfahren, Registrierungsverfahren, Art der Wechselwirkung mit Materie) bedingt in Bereiche eingeteilt.

Folie 3

Folie 4

elektromagnetische Strahlung

1. Gammastrahlung 2. Infrarot 3. Röntgenstrahlung 4. Radiostrahlung und Mikrowellen 5. Sichtbarer Bereich 6. Ultraviolett

Folie 5

Gammastrahlung

Anwendung

Folie 6

Gammastrahlung Auf dem Gebiet der Entdeckung von Gammastrahlen gehört einer der ersten Orte dem Engländer Ernest Rutherford. Rutherford hat sich zum Ziel gesetzt, nicht nur neue strahlende Substanzen zu entdecken. Er wollte herausfinden, was ihre Strahlen waren. Er nahm zu Recht an, dass geladene Teilchen in diesen Strahlen angetroffen werden könnten. Und sie weichen in einem Magnetfeld ab. 1898 begann Rutherford mit einer Untersuchung der Uranstrahlung, deren Ergebnisse 1899 in dem Artikel „Die Strahlung des Urans und die dadurch erzeugte elektrische Leitfähigkeit“ veröffentlicht wurden. Rutherford führte einen starken Radiumstrahl zwischen den Polen eines starken Magneten hindurch. Und seine Annahmen bewahrheiteten sich.

Folie 7

Die Strahlung wurde durch ihre Einwirkung auf eine fotografische Platte aufgezeichnet. Während kein Magnetfeld vorhanden war, erschien ein Fleck auf der Platte durch die darauf fallenden Radiumstrahlen. Aber der Strahl ging durch ein Magnetfeld. Jetzt ist es irgendwie auseinander gefallen. Ein Strahl wich nach links ab, der andere nach rechts. Die Ablenkung von Strahlen in einem Magnetfeld zeigte deutlich, dass die Zusammensetzung der Strahlung geladene Teilchen enthielt; aus dieser Abweichung könnte man auch auf das Vorzeichen der Teilchen schließen. Nach den ersten beiden Buchstaben des griechischen Alphabets benannte Rutherford die beiden Komponenten der Strahlung radioaktiver Stoffe. Alphastrahlen () - Teil der Strahlung, die abgelenkt wurde, da positive Teilchen abgelenkt würden. Negative Partikel wurden als Beta () bezeichnet. Und 1900 wurde von Villars in der Uranstrahlung eine weitere Komponente entdeckt, die in einem Magnetfeld nicht abweicht und die größte Durchdringungskraft hat, sie wurde Gammastrahlen () genannt. Dabei handelte es sich, wie sich herausstellte, um „Teilchen“ elektromagnetischer Strahlung – die sogenannten Gamma-Quanten. Gammastrahlung, kurzwellige elektromagnetische Strahlung. Auf der Skala der elektromagnetischen Wellen grenzt sie an harte Röntgenstrahlung und nimmt den gesamten Frequenzbereich  > 3 * 1020 Hz ein, was den Wellenlängen  entspricht

Folie 8

Gammastrahlung entsteht beim Zerfall radioaktiver Kerne, Elementarteilchen, bei der Vernichtung von Teilchen-Antiteilchen-Paaren sowie beim Durchgang schneller geladener Teilchen durch Materie.. Gammastrahlung, die den Zerfall radioaktiver Kerne begleitet, wird beim Zerfall emittiert Übergang des Kerns von einem angeregteren Energiezustand zu einem weniger angeregten oder Hauptzustand. Die Emission eines Gamma-Quants durch den Kern bringt im Gegensatz zu anderen Arten radioaktiver Umwandlungen keine Änderung der Ordnungszahl oder der Massenzahl mit sich. Die Linienbreite von Gammastrahlung ist normalerweise extrem klein (~10-2 eV). Da der Abstand zwischen den Ebenen um ein Vielfaches größer ist als die Linienbreite, ist das Gammastrahlenspektrum linienförmig, d.h. besteht aus einer Reihe diskreter Linien. Die Untersuchung der Spektren der Gammastrahlung ermöglicht es, die Energien der angeregten Kernzustände festzustellen.

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Die Quelle der Gammastrahlung stellt eine Änderung des Energiezustands des Atomkerns sowie die Beschleunigung frei geladener Teilchen dar. Beim Zerfall einiger Elementarteilchen werden Gammaquanten mit hohen Energien emittiert. So entsteht beim Zerfall eines p°-Mesons in Ruhe Gammastrahlung mit einer Energie von ~70 MeV. Gammastrahlung aus dem Zerfall von Elementarteilchen bildet ebenfalls ein Linienspektrum. Zerfallende Elementarteilchen bewegen sich jedoch oft mit Lichtgeschwindigkeit. Als Ergebnis tritt eine Doppler-Verbreiterung der Linie auf und das Spektrum der Gammastrahlung wird über einen weiten Energiebereich verschmiert. Gammastrahlung, die beim Durchgang schneller geladener Teilchen durch Materie entsteht, entsteht durch deren Abbremsung im Coulomb-Feld der Atomkerne der Materie. Bremsstrahlungs-Gammastrahlung ist ebenso wie Bremsstrahlungs-Röntgenstrahlung durch ein kontinuierliches Spektrum gekennzeichnet, dessen obere Grenze mit der Energie eines geladenen Teilchens, beispielsweise eines Elektrons, zusammenfällt. Im interstellaren Raum kann Gammastrahlung durch Kollisionen von Quanten weicherer langwelliger elektromagnetischer Strahlung wie Licht mit Elektronen entstehen, die durch die Magnetfelder von Weltraumobjekten beschleunigt werden. Dabei überträgt ein schnelles Elektron seine Energie auf elektromagnetische Strahlung und sichtbares Licht wird zu härterer Gammastrahlung. Ein ähnliches Phänomen kann unter irdischen Bedingungen auftreten, wenn hochenergetische Elektronen, die an Beschleunigern erzeugt werden, mit sichtbaren Lichtphotonen in intensiven Lichtstrahlen kollidieren, die von Lasern erzeugt werden. Das Elektron überträgt Energie auf ein Lichtphoton, das sich in einen Gammastrahl verwandelt. Praktisch ist es möglich, einzelne Lichtphotonen in hochenergetische Gammastrahlenquanten umzuwandeln.

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Gammastrahlung hat eine hohe Durchdringungskraft, dh sie kann ohne merkliche Schwächung große Dicken von Materie durchdringen. Sie durchquert eine meterlange Betonschicht und eine mehrere Zentimeter dicke Bleischicht.

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Die Hauptprozesse, die bei der Wechselwirkung von Gammastrahlung mit Materie ablaufen, sind: Photoelektrische Absorption (Photoelektrischer Effekt), Compton-Streuung (Compton-Effekt) und die Bildung von Elektron-Positron-Paaren. Beim photoelektrischen Effekt wird ein Gamma-Quant von einem der Elektronen des Atoms absorbiert und die Energie des Gamma-Quants, abzüglich der Bindungsenergie des Elektrons im Atom, in die kinetische Energie des herausfliegenden Elektrons umgewandelt das Atom. Die Wahrscheinlichkeit des photoelektrischen Effekts ist direkt proportional zur 5. Potenz der Ordnungszahl des Elements und umgekehrt proportional zur 3. Potenz der Gammastrahlungsenergie. Beim Compton-Effekt wird ein g-Quant an einem der schwach im Atom gebundenen Elektronen gestreut, anders als beim photoelektrischen Effekt verschwindet das Gamma-Quant beim Compton-Effekt nicht, sondern ändert nur die Energie (Wellenlänge) und Richtung der Ausbreitung. Durch den Compton-Effekt wird ein schmaler Strahl von Gammastrahlen breiter und die Strahlung selbst weicher (langwellig). Die Intensität der Compton-Streuung ist proportional zur Anzahl der Elektronen in 1 cm3 der Substanz, und daher ist die Wahrscheinlichkeit dieses Prozesses proportional zur Ordnungszahl der Substanz. Der Compton-Effekt macht sich bemerkbar bei Stoffen mit niedriger Ordnungszahl und bei Gammastrahlungsenergien, die die Bindungsenergie von Elektronen in Atomen überschreiten Übersteigt die Energie eines Gammaquants 1,02 MeV, erfolgt der Vorgang der Bildung von Elektron-Positron-Paaren im elektrischen Feld von Kernen wird möglich. Die Wahrscheinlichkeit der Paarbildung ist proportional zum Quadrat der Ordnungszahl und steigt mit steigendem hv. Daher ist bei hv ~ 10 der Hauptprozess in jeder Substanz die Bildung von Paaren. Der umgekehrte Prozess der Vernichtung eines Elektron-Positron-Paares ist eine Quelle von Gammastrahlung. Nahezu die gesamte -Strahlung, die aus dem Weltraum auf die Erde trifft, wird von der Erdatmosphäre absorbiert. Dies bietet die Möglichkeit der Existenz von organischem Leben auf der Erde. -Strahlung entsteht während der Explosion einer Atomwaffe durch den radioaktiven Zerfall von Atomkernen.

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Gammastrahlung wird in der Technik zum Beispiel zum Auffinden von Fehlern in Metallteilen eingesetzt – Gammafehlererkennung. In der Strahlenchemie wird Gammastrahlung verwendet, um chemische Umwandlungen, wie z. B. Polymerisationsprozesse, einzuleiten. Gammastrahlung wird in der Lebensmittelindustrie zur Sterilisation von Lebensmitteln eingesetzt. Die Hauptquellen von Gammastrahlung sind natürliche und künstliche radioaktive Isotope sowie Elektronenbeschleuniger. Die Wirkung von Gammastrahlung auf den Körper ähnelt der Wirkung anderer Arten ionisierender Strahlung. Gammastrahlung kann im Körper Strahlenschäden bis hin zum Tod verursachen. Die Art des Einflusses der Gammastrahlung hängt von der Energie der γ-Quanten und den räumlichen Merkmalen der Exposition ab, beispielsweise extern oder intern. Gammastrahlung wird in der Medizin zur Behandlung von Tumoren, zur Sterilisation von Räumen, Geräten und Medikamenten eingesetzt. Gammastrahlung wird auch verwendet, um Mutationen mit anschließender Auswahl wirtschaftlich nützlicher Formen zu erhalten. So werden hochproduktive Sorten von Mikroorganismen (zB zur Gewinnung von Antibiotika) und Pflanzen gezüchtet.

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Infrarotbereich

Ursprung und terrestrische Anwendung

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William Herschel bemerkte zuerst, dass es jenseits des roten Randes des mit einem Prisma erhaltenen Sonnenspektrums unsichtbare Strahlung gibt, die das Thermometer aufheizen lässt. Diese Strahlung wurde später thermisch oder infrarot genannt.

Nahinfrarotstrahlung ist dem sichtbaren Licht sehr ähnlich und wird von denselben Instrumenten erfasst. Im mittleren und fernen IR werden Bolometer verwendet, um Änderungen anzuzeigen. Im mittleren IR-Bereich leuchten der gesamte Planet Erde und alle Objekte darauf, sogar Eis. Dadurch wird die Erde nicht durch Sonnenwärme überhitzt. Aber nicht die gesamte Infrarotstrahlung durchdringt die Atmosphäre. Es gibt nur wenige transparente Fenster, der Rest der Strahlung wird von Kohlendioxid, Wasserdampf, Methan, Ozon und anderen Treibhausgasen absorbiert, die eine schnelle Abkühlung der Erde verhindern. Aufgrund der Absorption in der Atmosphäre und der Wärmestrahlung von Objekten werden Teleskope für mittleres und fernes Infrarot in den Weltraum gebracht und auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff oder sogar Helium abgekühlt.

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Quellen Im Infrarotbereich kann das Hubble-Teleskop mehr Galaxien als Sterne sehen.

Ein Fragment eines der sogenannten Hubble Deep Fields. 1995 sammelte ein Weltraumteleskop 10 Tage lang Licht, das von einem Teil des Himmels kam. Dadurch war es möglich, extrem lichtschwache Galaxien zu sehen, deren Entfernung bis zu 13 Milliarden Lichtjahre beträgt (weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall). Sichtbares Licht von solchen entfernten Objekten erfährt eine deutliche Rotverschiebung und wird infrarot. Die Beobachtungen wurden in einer Region weit entfernt von der Ebene der Galaxie durchgeführt, wo relativ wenige Sterne sichtbar sind. Daher sind die meisten registrierten Objekte Galaxien in unterschiedlichen Entwicklungsstadien.

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Die Sombrero-Galaxie im Infrarot

Die riesige Spiralgalaxie, auch als M104 bezeichnet, befindet sich im Galaxienhaufen im Sternbild Jungfrau und ist für uns fast von der Seite sichtbar. Sie hat eine riesige zentrale Ausbuchtung (eine kugelförmige Verdickung im Zentrum der Galaxie) und enthält etwa 800 Milliarden Sterne - 2-3 Mal mehr als die Milchstraße. Im Zentrum der Galaxie befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch mit einer Masse von etwa einer Milliarde Sonnenmassen. Diese wird aus den Geschwindigkeiten der Sterne in der Nähe des Zentrums der Galaxie bestimmt. Im Infraroten ist in der Galaxie ein Ring aus Gas und Staub deutlich sichtbar, in dem Sterne aktiv geboren werden.

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Nebel und Staubwolken nahe dem Zentrum der Galaxis im Infrarot

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EmpfängerSpitzer Infrared Space Telescope

Der Hauptspiegel mit 85 cm Durchmesser besteht aus Beryllium und wird auf eine Temperatur von 5,5 K gekühlt, um die spiegeleigene Infrarotstrahlung zu reduzieren. Das Teleskop wurde im August 2003 im Rahmen des NASA Four Great Observatory Program gestartet, das Folgendes umfasst: das Compton Gamma Observatory (1991–2000, 20 keV-30 GeV), sehen Sie den Himmel in 100 MeV Gammastrahlen, das Chandra X-ray Observatory » (1999, 100 eV-10 keV), Hubble Space Telescope (1990, 100–2100 nm), Spitzer Infrared Telescope (2003, 3–180 µm). Es wird erwartet, dass die Lebensdauer des Spitzer-Teleskops etwa 5 Jahre beträgt. Das Teleskop erhielt seinen Namen zu Ehren des Astrophysikers Lyman Spitzer (1914-97), der 1946, lange vor dem Start des ersten Satelliten, den Artikel „Vorteile für die Astronomie eines extraterrestrischen Observatoriums“ veröffentlichte und 30 Jahre später die NASA überzeugte und der US-Kongress, um mit der Entwicklung eines Weltraumteleskops "Hubble" zu beginnen.

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Bodenanwendung: Nachtsichtgerät

Das Gerät basiert auf einem elektronenoptischen Konverter (IOC), der es ermöglicht, schwaches sichtbares oder infrarotes Licht erheblich (von 100 bis 50.000 Mal) zu verstärken. Die Linse erzeugt ein Bild auf der Photokathode, aus der wie bei einer PMT Elektronen herausgeschlagen werden. Dann werden sie durch Hochspannung (10–20 kV) beschleunigt, durch Elektronenoptik (ein elektromagnetisches Feld mit einer speziell ausgewählten Konfiguration) fokussiert und fallen auf einen fluoreszierenden Bildschirm, der einem Fernsehbildschirm ähnelt. Darauf wird das Bild durch die Okulare betrachtet. Die Beschleunigung von Photoelektronen ermöglicht es, bei schlechten Lichtverhältnissen buchstäblich jedes Lichtquant zu nutzen, um ein Bild zu erhalten, bei völliger Dunkelheit ist jedoch eine Beleuchtung erforderlich. Um die Anwesenheit eines Beobachters nicht zu verraten, wird dafür ein Strahler im nahen IR (760–3000 nm) verwendet.

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Es gibt auch Geräte, die die eigene Wärmestrahlung von Objekten im mittleren IR-Bereich (8-14 Mikrometer) erfassen. Solche Geräte werden Wärmebildkameras genannt. Sie ermöglichen es Ihnen, eine Person, ein Tier oder einen erhitzten Motor aufgrund ihres thermischen Kontrasts zum umgebenden Hintergrund zu erkennen.

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Kühler

Die gesamte Energie, die von einer elektrischen Heizung verbraucht wird, wird letztendlich in Wärme umgewandelt. Ein erheblicher Teil der Wärme wird von der Luft abgeführt, die mit der heißen Oberfläche in Kontakt kommt, sich ausdehnt und aufsteigt, sodass hauptsächlich die Decke erwärmt wird. Um dies zu vermeiden, sind Heizungen mit Ventilatoren ausgestattet, die warme Luft zum Beispiel an die Beine einer Person leiten und dabei helfen, die Raumluft zu mischen. Aber es gibt noch eine andere Möglichkeit, Wärme auf umgebende Objekte zu übertragen: die Infrarotstrahlung der Heizung. Sie ist umso stärker, je heißer die Oberfläche und je größer ihre Fläche ist. Um die Fläche zu vergrößern, werden Heizkörper flach gemacht. Die Oberflächentemperatur darf jedoch nicht hoch sein. Bei anderen Heizungsmodellen werden eine auf mehrere hundert Grad erhitzte Spirale (Rotglut) und ein konkaver Metallreflektor verwendet, der einen gerichteten Infrarotstrahlungsstrahl erzeugt.

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Röntgen

1. Quellen, Anwendung

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2. Um eine neue Art von Untersuchung hervorzuheben, nannte Wilhelm Roentgen sie Röntgenstrahlen (Röntgenstrahlen). Unter diesem Namen ist es auf der ganzen Welt bekannt, außer in Russland. Die charakteristischste Quelle von Röntgenstrahlen im Weltraum sind die heißen inneren Regionen von Akkretionsscheiben um Neutronensterne und Schwarze Löcher. Auch im Röntgenbereich leuchtet die auf 1–2 Millionen Grad erhitzte Sonnenkorona, obwohl es auf der Sonnenoberfläche nur etwa 6.000 Grad gibt. Aber Röntgenstrahlen können ohne extreme Temperaturen erhalten werden. In der Strahlerröhre eines medizinischen Röntgengerätes werden Elektronen durch eine Spannung von mehreren Kilovolt beschleunigt und prallen auf einen Metallschirm, der beim Bremsen Röntgenstrahlen aussendet. Körpergewebe absorbiert Röntgenstrahlen auf unterschiedliche Weise, sodass Sie die Struktur der inneren Organe untersuchen können. Röntgenstrahlen dringen nicht durch die Atmosphäre, kosmische Röntgenquellen werden nur aus dem Orbit beobachtet. Harte Röntgenstrahlen werden von Szintillationssensoren erfasst. Wenn Röntgenquanten absorbiert werden, erscheint in ihnen für kurze Zeit ein Leuchten, das von Photomultipliern eingefangen wird. Weiche Röntgenstrahlen werden durch schräg einfallende Metallspiegel fokussiert, von denen die Strahlen in einem Winkel von weniger als einem Grad reflektiert werden, wie Kieselsteine ​​von der Wasseroberfläche.

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QuellenRöntgenquellen in der Nähe des Zentrums unserer Galaxie

Ein Fragment eines Bildes aus der Nähe des Zentrums der Galaxie, das vom Röntgenteleskop "Chandra" aufgenommen wurde. Eine Reihe heller Quellen sind sichtbar, bei denen es sich höchstwahrscheinlich um Akkretionsscheiben um kompakte Objekte handelt - Neutronensterne und Schwarze Löcher.

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Umgebung eines Pulsars im Krebsnebel

Der Krebsnebel ist der Überrest einer Supernova aus dem Jahr 1054. Der Nebel selbst ist eine Hülle eines im Weltraum verstreuten Sterns, und sein Kern wurde komprimiert und bildete einen superdichten rotierenden Neutronenstern mit einem Durchmesser von etwa 20 km. Die Rotation dieses Neutronensterns wird durch streng periodische Schwingungen seiner Strahlung im Radiobereich verfolgt. Der Pulsar emittiert aber auch im sichtbaren und im Röntgenbereich. Mit Röntgenstrahlen konnte das Chandra-Teleskop eine Akkretionsscheibe um einen Pulsar und kleine Jets senkrecht zu seiner Ebene abbilden (vgl. eine Akkretionsscheibe um ein supermassereiches Schwarzes Loch).

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Sonnenprotuberanzen im Röntgenbild

Die sichtbare Oberfläche der Sonne wird auf etwa 6.000 Grad erhitzt, was dem sichtbaren Strahlungsbereich entspricht. Die Korona, die die Sonne umgibt, wird jedoch auf eine Temperatur von mehr als einer Million Grad erhitzt und leuchtet daher im Röntgenbereich des Spektrums. Dieses Bild wurde während der maximalen Sonnenaktivität aufgenommen, die mit einem Zeitraum von 11 Jahren variiert. Die Oberfläche der Sonne im Röntgenlicht strahlt praktisch nicht und sieht daher schwarz aus. Während des Sonnenminimums ist die Röntgenemission der Sonne deutlich reduziert. Das Bild wurde vom japanischen Satelliten Yohkoh („Sunbeam“) aufgenommen, auch bekannt als Solar-A, der von 1991 bis 2001 in Betrieb war.

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EmpfängerRöntgenteleskop "Chandra"

Eines der vier "Großen Observatorien" der NASA, benannt nach dem amerikanischen Astrophysiker indischer Herkunft Subramanyan Chandrasekhar (1910–95), Nobelpreisträger (1983), Spezialist für die Theorie der Struktur und Entwicklung von Sternen. Das Hauptinstrument des Observatoriums ist ein schräg einfallendes Röntgenteleskop mit einem Durchmesser von 1,2 m, das vier verschachtelte schräg einfallende Parabolspiegel enthält (siehe Abbildung), die sich in hyperbolische verwandeln. Das Observatorium wurde 1999 in die Umlaufbahn gebracht und arbeitet im weichen Röntgenbereich (100 eV-10 keV). Zu Chandras vielen Entdeckungen gehört das erste Bild einer Akkretionsscheibe um einen Pulsar im Krebsnebel.

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Anwendung auf der Erde

Eine elektronische Lampe, die als Quelle für weiche Röntgenstrahlen dient. Zwischen zwei Elektroden in einer verschlossenen Vakuumflasche wird eine Spannung von 10–100 kV angelegt. Unter Einwirkung dieser Spannung werden die Elektronen auf eine Energie von 10–100 keV beschleunigt. Am Ende der Fahrt kollidieren sie mit einer polierten Metalloberfläche und bremsen scharf ab, wobei sie einen erheblichen Teil der Energie in Form von Strahlung im Röntgen- und Ultraviolettbereich abgeben.

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Röntgen

Das Bild wird aufgrund der ungleichen Durchlässigkeit der Gewebe des menschlichen Körpers für Röntgenstrahlen erhalten. In einer herkömmlichen Kamera bricht das Objektiv das vom Objekt reflektierte Licht und fokussiert es auf den Film, wo das Bild erzeugt wird. Röntgenstrahlen sind jedoch sehr schwer zu fokussieren. Daher gleicht die Arbeit des Röntgengerätes eher einem Kontaktabzug eines Bildes, wenn das Negativ auf Fotopapier gelegt und kurz beleuchtet wird. Nur in diesem Fall fungiert der menschliche Körper als Negativ, ein spezieller röntgenempfindlicher Fotofilm als Fotopapier und anstelle einer Lichtquelle wird eine Röntgenröhre verwendet.

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Radioemission und Mikrowellen

Anwendung

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Die Reichweite der Radiostrahlung steht der Gammastrahlung gegenüber und ist einerseits unbegrenzt - von langen Wellen bis hin zu niedrigen Frequenzen. Ingenieure unterteilen es in viele Abschnitte. Die kürzesten Funkwellen werden für die drahtlose Datenübertragung (Internet, Mobilfunk und Satellitentelefonie) verwendet; Meter-, Dezimeter- und Ultrakurzwellen (UKW) besetzen lokale Fernseh- und Radiosender; Kurzwellen (HF) werden für die globale Funkkommunikation verwendet - sie werden von der Ionosphäre reflektiert und können die Erde umrunden. Mittel- und Langwellen werden für den regionalen Rundfunk verwendet. Sehr lange Wellen (VLF) - von 1 km bis zu Tausenden von Kilometern - durchdringen Salzwasser und werden zur Kommunikation mit U-Booten sowie zur Suche nach Mineralien verwendet. Die Energie von Radiowellen ist extrem gering, aber sie regen Elektronen in einer Metallantenne zu schwachen Schwingungen an. Diese Schwingungen werden dann verstärkt und aufgezeichnet. Die Atmosphäre überträgt Radiowellen mit einer Länge von 1 mm bis 30 m. Sie ermöglichen die Beobachtung der Kerne von Galaxien, Neutronensternen und anderen Planetensystemen, aber die beeindruckendste Errungenschaft der Radioastronomie sind rekordverdächtige detaillierte Bilder kosmischer Quellen mit einer Auflösung von die zehn Tausendstel einer Bogensekunde übersteigt.

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Mikrowelle

Mikrowellen sind ein an Infrarot angrenzender Teilbereich der Funkstrahlung. Sie wird auch Mikrowellenstrahlung genannt, weil sie die höchste Frequenz im Funkband hat. Der Mikrowellenbereich ist für Astronomen interessant, da er die Reliktstrahlung aus der Zeit des Urknalls (ein anderer Name ist der kosmische Mikrowellenhintergrund) aufzeichnet. Es wurde vor 13,7 Milliarden Jahren emittiert, als die heiße Materie des Universums für ihre eigene Wärmestrahlung durchlässig wurde. Als sich das Universum ausdehnte, kühlte sich das CMB ab und hat heute eine Temperatur von 2,7 K. CMB kommt aus allen Richtungen zur Erde. Heute interessieren sich Astrophysiker für die Inhomogenitäten des Himmelsleuchtens im Mikrowellenbereich. Sie werden verwendet, um zu bestimmen, wie sich Galaxienhaufen im frühen Universum zu bilden begannen, um die Richtigkeit kosmologischer Theorien zu testen. Und auf der Erde werden Mikrowellen für alltägliche Aufgaben wie das Aufwärmen des Frühstücks und das Telefonieren mit dem Handy verwendet. Die Atmosphäre ist für Mikrowellen durchlässig. Sie können verwendet werden, um mit Satelliten zu kommunizieren. Es gibt auch Projekte, Energie mit Mikrowellenstrahlen über eine Distanz zu übertragen.

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Quellen des Krebsnebels im Radiobereich

Dieses Bild, das aus Beobachtungen des American National Radio Astronomy Observatory (NRAO) erstellt wurde, kann verwendet werden, um die Natur der Magnetfelder im Krebsnebel zu beurteilen. Der Krebsnebel ist der am besten untersuchte Überrest einer Supernova-Explosion. Dieses Bild zeigt, wie es im Funkbereich aussieht. Radioemission wird durch schnelle Elektronen erzeugt, die sich in einem Magnetfeld bewegen. Das Feld bewirkt, dass sich die Elektronen drehen, dh sich mit einer beschleunigten Geschwindigkeit bewegen, und wenn sie beschleunigt werden, senden die Ladungen elektromagnetische Wellen aus.

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Computermodell der Materieverteilung im Universum

Anfangs war die Verteilung der Materie im Universum nahezu vollkommen gleichförmig. Aber dennoch führten kleine (vielleicht sogar quantenmechanische) Dichteschwankungen über viele Millionen und Milliarden Jahre dazu, dass die Substanz fragmentiert wurde. Ähnliche Ergebnisse werden aus Beobachtungsdurchmusterungen der Verteilung von Galaxien im Weltraum erhalten. Für Hunderttausende von Galaxien werden Himmelskoordinaten und Rotverschiebungen bestimmt, aus denen Entfernungen zu Galaxien berechnet werden. Die Abbildung zeigt das Ergebnis einer Computersimulation der Entwicklung des Universums. Die Bewegung von 10 Milliarden Teilchen unter der Wirkung der gegenseitigen Schwerkraft über 15 Milliarden Jahre wurde berechnet. Als Ergebnis wurde eine poröse Struktur gebildet, die vage einem Schwamm ähnelte. Galaxienhaufen konzentrieren sich in ihren Knoten und Rändern, und zwischen ihnen gibt es riesige Wüsten, in denen es fast keine Objekte gibt - Astronomen nennen sie Voids (vom englischen Void - Leere).

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Eine gute Übereinstimmung zwischen Berechnungen und Beobachtungen ist jedoch nur möglich, wenn wir davon ausgehen, dass die sichtbare (im elektromagnetischen Spektrum leuchtende) Materie nur etwa 5% der gesamten Masse des Universums ausmacht. Der Rest fällt auf die sogenannte dunkle Materie und dunkle Energie, die sich nur durch ihre Schwerkraft manifestieren und deren Natur noch nicht geklärt ist. Ihre Erforschung ist eines der dringendsten Probleme der modernen Astrophysik.

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Quasar: aktiver galaktischer Kern

Im Radiobild des Quasars sind Regionen mit hoher Intensität der Radioemission rot dargestellt: In der Mitte befindet sich der aktive Kern der Galaxie und an den Seiten davon zwei Jets. Die Galaxie selbst strahlt praktisch nicht im Radiobereich. Wenn zu viel Material auf das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum einer Galaxie geschleudert wird, wird eine riesige Menge an Energie freigesetzt. Diese Energie beschleunigt einen Teil der Materie auf nahezu Lichtgeschwindigkeit und schleudert sie mit relativistischen Plasmastrahlen in zwei entgegengesetzte Richtungen senkrecht zur Achse der Akkretionsscheibe. Wenn diese Jets mit dem intergalaktischen Medium kollidieren und langsamer werden, senden die Partikel, die in sie eintreten, Radiowellen aus.

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Radiogalaxie: Karte der Isolinien der Radiohelligkeit

Konturkarten werden normalerweise verwendet, um Bilder darzustellen, die bei einer einzelnen Wellenlänge aufgenommen wurden, was insbesondere für das Funkband gilt. Sie ähneln vom Konstruktionsprinzip her Höhenlinien auf einer topografischen Karte, verbinden aber anstelle von Punkten mit fester Höhe über dem Horizont Punkte mit der gleichen Funkhelligkeit der Quelle am Himmel. Um Weltraumobjekte in anderen Strahlungsbereichen als dem sichtbaren abzubilden, werden verschiedene Techniken verwendet. Meistens handelt es sich dabei um künstliche Farben und Konturkarten. Mit künstlichen Farben lässt sich darstellen, wie ein Objekt aussehen würde, wenn die lichtempfindlichen Rezeptoren des menschlichen Auges nicht für bestimmte Farben im sichtbaren Bereich, sondern für andere Frequenzen des elektromagnetischen Spektrums empfindlich wären.

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EmpfängerMikrowellen-Orbitalsonde WMAP

Die Untersuchung des Mikrowellenhintergrunds wurde von bodengestützten Radioteleskopen begonnen, 1983 vom sowjetischen Instrument „Relikt-1“ an Bord des Satelliten „Prognoz-9“ und 1989 vom amerikanischen Satelliten COBE (Cosmic Background Explorer) fortgesetzt Die detaillierteste Karte der Verteilung des Mikrowellenhintergrunds durch die Himmelskugel wurde 2003 von der WMAP-Sonde (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) erstellt. Die gewonnenen Daten erlegen den Modellen der Galaxienentstehung und der Entwicklung des Universums erhebliche Einschränkungen auf. Der kosmische Mikrowellenhintergrund, auch CMB genannt, erzeugt Radiorauschen, das in allen Himmelsrichtungen fast gleich ist. Und doch gibt es sehr kleine Intensitätsschwankungen - etwa ein Tausendstel Prozent. Das sind Spuren von Dichteinhomogenitäten im jungen Universum, die als Keime für zukünftige Galaxienhaufen dienten.

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Himmelsvermessungen

Die Energie eines nicht angeregten Wasserstoffatoms hängt von der gegenseitigen Orientierung der Protonen- und Elektronenspins ab. Wenn sie parallel sind, ist die Energie etwas höher. Solche Atome können spontan in einen Zustand mit antiparallelen Spins übergehen und dabei ein Radioemissionsquant aussenden, das einen winzigen Energieüberschuss wegträgt. Bei einem einzelnen Atom geschieht dies im Durchschnitt alle 11 Millionen Jahre. Aber die enorme Verbreitung von Wasserstoff im Universum macht es möglich, Gaswolken bei dieser Frequenz zu beobachten. Die berühmte Spektrallinie von 21,1 cm ist eine weitere Möglichkeit, neutralen atomaren Wasserstoff im Weltraum zu beobachten. Die Linie entsteht durch die sogenannte Hyperfeinaufspaltung des Grundenergieniveaus des Wasserstoffatoms.

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Funkhimmel auf einer Welle von 73,5 cm, 408 MHz (Bonn)

Eines der weltweit größten voll drehbaren Radioteleskope, das 100-Meter-Radioteleskop Bonn, wurde für den Bau der Vermessung verwendet. Dies ist die längste Wellenlänge aller Himmelsdurchmusterungen. Es wurde bei einer Wellenlänge durchgeführt, bei der eine beträchtliche Anzahl von Quellen in der Galaxis beobachtet werden. Außerdem war die Wahl der Wellenlänge technisch bedingt.

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Anwendung auf der Erde

Mikrowellenherd So erfolgt Mikrowellen-(MW)-Trocknung von Lebensmitteln, Auftauen, Garen und Erhitzen. Auch elektrische Wechselströme regen hochfrequente Ströme an. Diese Ströme können in Substanzen entstehen, in denen bewegliche geladene Teilchen vorhanden sind. Scharfe und dünne Metallgegenstände sollten jedoch nicht in einen Mikrowellenherd gestellt werden (dies gilt insbesondere für Geschirr mit aufgesprühten Metallverzierungen für Silber und Gold). Selbst ein dünner Vergoldungsring am Rand der Platte kann eine starke elektrische Entladung verursachen, die das Gerät beschädigt, das im Ofen eine elektromagnetische Welle erzeugt (Magnetron, Klystron). Der Hauptvorteil des Mikrowellenofens besteht darin, dass die Produkte im Laufe der Zeit im gesamten Volumen und nicht nur an der Oberfläche erhitzt werden. Mikrowellenstrahlung mit einer längeren Wellenlänge dringt tiefer als Infrarotstrahlung unter die Oberfläche von Produkten ein. Im Inneren des Lebensmittels regen elektromagnetische Schwingungen die Rotationsebenen von Wassermolekülen an, deren Bewegung im Wesentlichen eine Erwärmung des Lebensmittels bewirkt.

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Handy

Im GSM-Standard kann eine Basisstation nicht mehr als 8 Telefongespräche gleichzeitig führen. Bei Massenveranstaltungen und Naturkatastrophen steigt die Zahl der Anrufer dramatisch an, was die Basisstationen überlastet und zu Unterbrechungen der Mobilfunkkommunikation führt. Für solche Fälle haben Mobilfunkbetreiber mobile Basisstationen, die schnell in einen überfüllten Bereich geliefert werden können. Viele Kontroversen werfen die Frage nach dem möglichen Schaden der Mikrowellenstrahlung von Mobiltelefonen auf. Während eines Gesprächs befindet sich der Sender in unmittelbarer Nähe des Kopfes der Person. Wiederholt durchgeführte Studien konnten die negativen Auswirkungen der Funkemission von Handys auf die Gesundheit noch nicht zuverlässig erfassen. Obwohl die Wirkung schwacher Mikrowellenstrahlung auf das Körpergewebe nicht vollständig ausgeschlossen werden kann, besteht kein Anlass zu ernsthafter Besorgnis. Das Funktionsprinzip der Mobiltelefonie basiert auf der Nutzung eines Funkkanals (im Mikrowellenbereich) zur Kommunikation zwischen dem Teilnehmer und einer der Basisstationen. Informationen werden zwischen Basisstationen in der Regel über digitale Kabelnetze übertragen. Die Reichweite der Basisstation - Zellengröße - von mehreren zehn bis zu mehreren tausend Metern. Es kommt auf die Landschaft und die Signalstärke an, die so gewählt wird, dass nicht zu viele aktive Teilnehmer in einer Zelle sind.

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Fernsehen

Der Sender eines Fernsehsenders strahlt ständig ein Funksignal einer streng festgelegten Frequenz aus, die Trägerfrequenz genannt wird. Die Empfangsschaltung des Fernsehgeräts ist darauf abgestimmt - bei der gewünschten Frequenz tritt darin eine Resonanz auf, die es ermöglicht, schwache elektromagnetische Schwingungen zu erfassen. Informationen über das Bild werden durch die Schwingungsamplitude übertragen: große Amplitude - hohe Helligkeit, niedrige Amplitude - ein dunkler Bereich des Bildes. Dieses Prinzip wird als Amplitudenmodulation bezeichnet. Radiosender (außer UKW-Sender) übertragen den Ton auf die gleiche Weise. Mit dem Übergang zum digitalen Fernsehen ändern sich die Bildcodierungsregeln, aber das eigentliche Prinzip der Trägerfrequenz und ihrer Modulation bleibt erhalten. Das Fernsehbild wird auf Meter- und Dezimeterwellen übertragen. Jeder Rahmen ist in Linien unterteilt, entlang denen sich die Helligkeit auf eine bestimmte Weise ändert.

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Satellitenschüssel

Parabolantenne zum Empfang eines Signals von einem geostationären Satelliten im Mikrowellen- und VHF-Band. Das Funktionsprinzip ist dasselbe wie das eines Radioteleskops, aber die Schüssel muss nicht beweglich gemacht werden. Bei der Installation wird es an den Satelliten gesendet, der relativ zu irdischen Strukturen immer an der gleichen Stelle bleibt. Dies wird erreicht, indem der Satellit in eine geostationäre Umlaufbahn in einer Höhe von etwa 36.000 km über dem Erdäquator gebracht wird. Die Umlaufzeit entlang dieser Umlaufbahn ist genau gleich der Rotationszeit der Erde um ihre Achse relativ zu den Sternen - 23 Stunden 56 Minuten 4 Sekunden. Die Größe der Schüssel hängt von der Leistung des Satellitensenders und seiner Strahlungscharakteristik ab. Jeder Satellit hat einen Hauptdienstbereich, in dem seine Signale von einer Schüssel mit einem Durchmesser von 50–100 cm empfangen werden, und eine Randzone, in der das Signal schnell schwächer wird und eine Antenne von bis zu 2–3 m erforderlich sein kann, um es zu empfangen .

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Sichtbarer Bereich

Anwendung auf der Erde

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Der Bereich des sichtbaren Lichts ist der engste im gesamten Spektrum. Die Wellenlänge darin ändert sich weniger als zweimal. Sichtbares Licht macht die maximale Strahlung im Spektrum der Sonne aus. Unsere Augen haben sich im Laufe der Evolution an ihr Licht angepasst und können nur Strahlung in diesem schmalen Teil des Spektrums wahrnehmen. Fast alle astronomischen Beobachtungen bis Mitte des 20. Jahrhunderts wurden im sichtbaren Licht durchgeführt. Die Hauptquelle für sichtbares Licht im Weltraum sind die Sterne, deren Oberfläche auf mehrere tausend Grad erhitzt wird und daher Licht aussendet. Auf der Erde werden auch nicht-thermische Lichtquellen wie Leuchtstofflampen und Halbleiter-Leuchtdioden verwendet. Spiegel und Linsen werden verwendet, um Licht aus schwachen kosmischen Quellen zu sammeln. Empfänger für sichtbares Licht sind die Netzhaut, fotografischer Film, Halbleiterkristalle (CCD-Arrays), die in Digitalkameras, Fotozellen und Fotovervielfachern verwendet werden. Das Funktionsprinzip von Empfängern beruht darauf, dass die Energie eines Quants sichtbaren Lichts ausreicht, um in einer speziell ausgewählten Substanz eine chemische Reaktion hervorzurufen oder aus einer Substanz ein freies Elektron herauszuschlagen. Dann wird die empfangene Lichtmenge durch die Konzentration der Reaktionsprodukte oder durch die Größe der freigesetzten Ladung bestimmt.

Folie 47

Quellen

Einer der hellsten Kometen des späten 20. Jahrhunderts. Er wurde 1995 entdeckt, als er sich noch außerhalb der Jupiterbahn befand. Dies ist eine Rekordentfernung für die Entdeckung eines neuen Kometen. Er passierte das Perihel am 1. April 1997 und erreichte Ende Mai seine maximale Helligkeit - etwa null Magnitude. Komet Hale-Bopp Insgesamt blieb der Komet 18,5 Monate mit bloßem Auge sichtbar – doppelt so viel wie der bisherige Rekord des großen Kometen von 1811. Das Bild zeigt zwei Schweife des Kometen - staubig und gasförmig. Der Druck der Sonnenstrahlung lenkt sie von der Sonne weg.

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Planet Saturn

Der zweitgrößte Planet im Sonnensystem. Gehört zur Klasse der Gasriesen. Das Bild wurde von der interplanetaren Station Cassini aufgenommen, die seit 2004 im Saturnsystem forscht. Ringsysteme wurden Ende des 20. Jahrhunderts in allen Riesenplaneten gefunden – von Jupiter bis Neptun, aber nur im Saturn sind sie auch mit einem kleinen Amateurteleskop gut zugänglich.

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Sonnenflecken

Sie leben von mehreren Stunden bis zu mehreren Monaten. Die Anzahl der Punkte dient als Indikator für die Sonnenaktivität. Wenn man die Flecken mehrere Tage lang beobachtet, ist es leicht, die Rotation der Sonne zu bemerken. Das Bild wurde mit einem Amateurteleskop aufgenommen. Regionen mit niedriger Temperatur auf der sichtbaren Oberfläche der Sonne. Ihre Temperatur beträgt 4300-4800 K - etwa anderthalbtausend Grad niedriger als auf der übrigen Sonnenoberfläche. Dadurch ist ihre Helligkeit 2–4 mal geringer, was im Gegensatz dazu den Eindruck von schwarzen Flecken erweckt. Sonnenflecken entstehen, wenn das Magnetfeld die Konvektion und damit den Wärmeabtransport in den oberen Schichten der Sonnenmaterie verlangsamt.

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Empfänger

Amateurteleskop In der modernen Welt ist die Amateurastronomie zu einem faszinierenden und prestigeträchtigen Hobby geworden.Die einfachsten Instrumente mit einem Linsendurchmesser von 50–70 mm, die größten mit einem Durchmesser von 350–400 mm, sind in den Kosten mit einem prestigeträchtigen Auto vergleichbar erfordern eine dauerhafte Installation auf einem Betonfundament unter einer Kuppel. In geschickten Händen können solche Werkzeuge durchaus zu großer Wissenschaft beitragen.

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Glühlampe

Es emittiert sichtbares Licht und Infrarotstrahlung, indem es eine in einem Vakuum befindliche Wolframspule mit elektrischem Strom erhitzt. Das Emissionsspektrum ist sehr nah am schwarzen Strahler mit einer Temperatur von etwa 2000 K. Bei dieser Temperatur liegt die Emission im nahen Infrarotbereich und wird daher nutzlos für Beleuchtungszwecke verschwendet. Es ist nicht möglich, die Temperatur wesentlich zu erhöhen, da in diesem Fall die Spirale schnell versagt. Daher sind Glühlampen ein unwirtschaftliches Beleuchtungsgerät. Leuchtstofflampen sind viel effizienter darin, Strom in Licht umzuwandeln.

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Ultraviolett

Anwendung auf der Erde

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Der ultraviolette Bereich der elektromagnetischen Strahlung liegt jenseits des violetten (kurzwelligen) Randes des sichtbaren Spektrums. Das nahe Ultraviolett der Sonne durchdringt die Atmosphäre. Es verursacht Sonnenbrand auf der Haut und ist für die Produktion von Vitamin D notwendig. Eine übermäßige Exposition ist jedoch mit der Entstehung von Hautkrebs behaftet. UV-Strahlung ist schädlich für die Augen. Daher ist es auf dem Wasser und besonders auf dem Schnee in den Bergen unerlässlich, eine Skibrille zu tragen. Härtere UV-Strahlung wird in der Atmosphäre von Ozonmolekülen und anderen Gasen absorbiert. Es kann nur vom Weltraum aus beobachtet werden, weshalb es als Vakuum-Ultraviolett bezeichnet wird. Die Energie ultravioletter Quanten reicht aus, um biologische Moleküle, insbesondere DNA und Proteine, zu zerstören. Dies ist eine der Methoden zur Zerstörung von Mikroben. Es wird angenommen, dass, solange es kein Ozon in der Erdatmosphäre gab, das einen erheblichen Teil der ultravioletten Strahlung absorbiert, das Leben das Wasser an Land nicht verlassen konnte. Ultraviolett wird von Objekten mit Temperaturen im Bereich von Tausenden bis Hunderttausenden von Grad emittiert, wie z. B. jungen, heißen, massereichen Sternen. UV-Strahlung wird jedoch von interstellarem Gas und Staub absorbiert, sodass wir oft nicht die Quellen selbst sehen, sondern die von ihnen beleuchteten kosmischen Wolken. Zum Sammeln von UV-Strahlung werden Spiegelteleskope und Photomultiplier zur Registrierung verwendet, und im nahen UV wie im sichtbaren Licht werden CCD-Matrizen verwendet.

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Quellen

Das Leuchten entsteht, wenn geladene Teilchen im Sonnenwind mit Molekülen in Jupiters Atmosphäre kollidieren. Die meisten Teilchen unter dem Einfluss des Magnetfelds des Planeten treten in der Nähe seiner Magnetpole in die Atmosphäre ein. Daher tritt Strahlung in einem relativ kleinen Bereich auf. Ähnliche Prozesse finden auf der Erde und auf anderen Planeten mit einer Atmosphäre und einem Magnetfeld statt. Das Bild wurde vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen. Aurora auf Jupiter im Ultraviolett

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Himmelsvermessungen

Sky in Hard Ultraviolet (EUVE) Die vom Orbital-Ultraviolett-Observatorium Extreme Ultraviolet Explorer erstellte Durchmusterung entspricht der Linienstruktur des Bildes der Bahnbewegung des Satelliten, und die Inhomogenität der Helligkeit einzelner Banden ist mit Änderungen der Helligkeit verbunden Kalibrierung der Ausrüstung. Schwarze Streifen sind Bereiche des Himmels, die nicht beobachtet werden konnten. Die wenigen Details in dieser Übersicht sind darauf zurückzuführen, dass es relativ wenige Quellen für hartes Ultraviolett gibt und außerdem ultraviolette Strahlung durch kosmischen Staub gestreut wird.

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Anwendung auf der Erde

Solariumanlage zur dosierten Bestrahlung des Körpers mit nahem Ultraviolett zum Bräunen. Ultraviolette Strahlung führt zur Freisetzung von Melaninpigment in den Zellen, das die Hautfarbe verändert.

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Währungsdetektor

Ultraviolette Strahlung wird verwendet, um die Echtheit von Banknoten zu bestimmen. Polymerfasern mit einem speziellen Farbstoff werden zu Banknoten gepresst, die ultraviolette Quanten absorbieren und dann weniger energiereiche sichtbare Strahlung emittieren. Unter dem Einfluss von ultraviolettem Licht beginnen die Fasern zu leuchten, was eines der Zeichen der Echtheit ist. Die UV-Strahlung des Detektors ist für das Auge unsichtbar, das beim Betrieb der meisten Detektoren wahrnehmbare blaue Leuchten ist darauf zurückzuführen, dass die verwendeten UV-Quellen auch im sichtbaren Bereich emittieren.

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Die Quelle elektromagnetischer Strahlung ist immer Materie, aber unterschiedliche Organisationsebenen von Materie in Materie haben einen unterschiedlichen Mechanismus zur Anregung elektromagnetischer Wellen.

So haben elektromagnetische Wellen als Quelle Ströme, die in Leitern fließen, elektrische Wechselspannungen an Metalloberflächen (Antennen) etc. Infrarotstrahlung hat als Quelle erhitzte Gegenstände und wird durch Schwingungen von Körpermolekülen erzeugt. Optische Strahlung entsteht durch den Übergang von Elektronen von Atomen von einer angeregten Bahn zu einer anderen (stationären Bahn). Röntgenstrahlen beruhen auf der Anregung der Elektronenhüllen von Atomen durch äußere Einflüsse, beispielsweise Beschuss mit Elektronenstrahlen. Gammastrahlung hat eine Quelle angeregter Atomkerne, die Anregung kann natürlich sein oder das Ergebnis induzierter Radioaktivität sein.

Elektromagnetische Wellenskala:

Elektromagnetische Wellen sind auch als Radiowellen bekannt. Funkwellen werden in Teilbänder unterteilt (siehe Tabelle).

Unterbereichsname	Wellenlänge, m	Schwingungsfrequenz, Hz.
Ultralange Wellen	über 10 4	weniger als 3 10 4
lange Wellen		310 4 -310 5
mittlere Wellen		310 5 -310 6
kurze Wellen		310 6 -310 7
Meterwellen		310 7 -310 8
Dezimeterwellen		310 8 -310 9
Zentimeter Wellen		310 9 -310 10
Millimeterwellen		310 10 -310 11
Submillimeterwellen	10 -3 -510 -5	310 11 -310 12

Lang- und Mittelwellen biegen sich um die Oberfläche, eignen sich gut für die Funkkommunikation über kurze und lange Reichweiten, haben jedoch eine geringe Kapazität.

Kurzwellen - von der Oberfläche reflektiert und haben eine größere Kapazität, werden für die Funkkommunikation über große Entfernungen verwendet;

VHF - nur in Sichtweite verteilt, für Funkkommunikation und Fernsehen verwendet;

IKI - werden für alle Arten von thermischen Geräten verwendet;

sichtbares Licht - wird in allen optischen Instrumenten verwendet;

UVI - in der Medizin verwendet;

Röntgenstrahlung wird in der Medizin und in Geräten zur Qualitätskontrolle von Produkten eingesetzt;

Gammastrahlen - Vibrationen der Oberfläche der Nukleonen, aus denen der Kern besteht. wird in der paramagnetischen Resonanz verwendet, um die Zusammensetzung und Struktur von Materie zu bestimmen.

2. Ändern von Feldern beim Verschieben von Objekten. Dopplereffekt und seine Anwendung in der Technik

Wenn sich ein Objekt in einem Kraftfeld bewegt – elektrisch, magnetisch oder elektromagnetisch – ändert sich seine Wahrnehmung der Wirkungen dieses Felds. Dies liegt daran, dass die Wechselwirkung von Objekt und Feld von der Relativgeschwindigkeit der Materie von Feld und Objekt abhängt und daher kein konstanter Wert bleibt. Am deutlichsten äußert sich dies im sogenannten Doppler-Effekt.

Der Doppler-Effekt ist eine Änderung der Frequenz von Schwingungen und der vom Empfänger von Schwingungen wahrgenommenen Wellenlänge aufgrund der Bewegung der Wellenquelle und des Beobachters relativ zueinander. Der Hauptgrund für den Effekt ist eine Änderung der Anzahl der Wellen, die in den Ausbreitungsweg zwischen Quelle und Empfänger passen.

Der Dopplereffekt für Schallwellen wird direkt beobachtet. Es äußert sich in einer Erhöhung des Tons (Frequenz) des Tons, wenn sich die Quelle des Tons und der Beobachter nähern, und dementsprechend in einer Abnahme des Tons, wenn sie sich entfernen.

Der Doppler-Effekt hat Anwendung zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Objekten gefunden - bei der Bestimmung der Geschwindigkeit eines fahrenden Autos, bei der Messung der Geschwindigkeit von Flugzeugen, bei der Messung der Annäherungs- oder Entfernungsgeschwindigkeit von Flugzeugen voneinander.

Im ersten Fall richtet der Verkehrsleiter den Strahl eines tragbaren Radars auf das Auto und bestimmt seine Geschwindigkeit anhand der Frequenzdifferenz zwischen dem gesendeten und dem reflektierten Strahl.

Im zweiten Fall wird der Doppler-Gselbst direkt am Flugzeug installiert. Drei oder vier Strahlen werden schräg nach unten abgestrahlt - nach links nach vorne, nach rechts nach vorne, nach links nach hinten und nach rechts nach hinten. Die empfangenen Signalfrequenzen werden mit den Frequenzen der ausgesendeten Signale verglichen, die Frequenzunterschiede geben eine Vorstellung von der Komponente der Flugzeugbewegung in Richtung des Strahls und dann durch Neuberechnung der empfangenen Informationen unter Berücksichtigung der Position der Strahlen relativ zum Flugzeug werden die Geschwindigkeit und der Driftwinkel des Flugzeugs berechnet.

Im dritten Fall bestimmt das am Flugzeug installierte Radar nicht nur die Entfernung zu einem anderen Flugzeug, wie bei herkömmlichen Radaren, sondern auch die Doppler-Frequenzverschiebung, die es ermöglicht, nicht nur die Entfernung zu einem anderen Flugzeug (Ziel) zu kennen, sondern auch seine Geschwindigkeit. Vor dem Hintergrund können Sie mit dieser Methode ein sich bewegendes Ziel von einem stationären unterscheiden.

Die Nutzung des Doppler-Effekts zusammen mit Spektrometern in der Astronomie ermöglicht es, eine große Menge an Informationen über das Verhalten von stellaren Objekten und Formationen fern von uns zu erhalten.

Die von Geräten erfassbaren Längen elektromagnetischer Wellen liegen in einem sehr weiten Bereich. Alle diese Wellen haben gemeinsame Eigenschaften: Absorption, Reflexion, Interferenz, Beugung, Dispersion. Diese Eigenschaften können sich jedoch auf unterschiedliche Weise manifestieren. Wellenquellen und -empfänger sind unterschiedlich.

Radiowellen

ν \u003d 10 5 - 10 11 Hz, λ \u003d 10 -3 -10 3 m.

Erhalten mit Schwingkreisen und makroskopischen Vibratoren. Eigenschaften. Funkwellen unterschiedlicher Frequenz und mit unterschiedlicher Wellenlänge werden von Medien auf unterschiedliche Weise absorbiert und reflektiert. Anwendung Funkkommunikation, Fernsehen, Radar. In der Natur werden Radiowellen von verschiedenen außerirdischen Quellen (Galaxienkerne, Quasare) ausgesendet.

Infrarotstrahlung (thermisch)

ν =3-10 11 - 4 . 10 14 Hz, λ =8 . 10 -7 - 2 . 10 -3 m.

Ausgestrahlt von Atomen und Molekülen der Materie.

Infrarotstrahlung wird von allen Körpern bei jeder Temperatur abgegeben.

Ein Mensch sendet elektromagnetische Wellen λ≈9 aus. 10 -6 m.

Eigenschaften

1. Geht durch einige undurchsichtige Körper sowie durch Regen, Dunst und Schnee.
2. Erzeugt einen chemischen Effekt auf Fotoplatten.
3. Wird von der Substanz absorbiert, erwärmt sie sich.
4. Verursacht einen internen photoelektrischen Effekt in Germanium.
5. Unsichtbar.

Registrieren Sie sich durch thermische Methoden, photoelektrisch und fotografisch.

Anwendung. Holen Sie sich Bilder von Objekten im Dunkeln, Nachtsichtgeräte (Nachtfernglas), Nebel. Sie werden in der Forensik, in der Physiotherapie, in der Industrie zum Trocknen von lackierten Produkten, beim Bau von Wänden, Holz und Früchten verwendet.

Teil der vom Auge wahrgenommenen elektromagnetischen Strahlung (von rot nach violett):

Eigenschaften.BEI beeinflusst das Auge.

(weniger als violettes Licht)

Quellen: Entladungslampen mit Quarzröhren (Quarzlampen).

Abgestrahlt von allen Festkörpern mit T > 1000°C, sowie leuchtendem Quecksilberdampf.

Eigenschaften. Hohe chemische Aktivität (Zersetzung von Silberchlorid, Glühen von Zinksulfidkristallen), unsichtbar, hohe Durchdringungskraft, tötet Mikroorganismen ab, hat in kleinen Dosen eine wohltuende Wirkung auf den menschlichen Körper (Sonnenbrand), aber in großen Dosen hat es eine negative biologische Wirkung Wirkung: Veränderungen der Zellentwicklung und des Stoffwechsels auf das Auge einwirkende Substanzen.

Röntgenstrahlen

Sie werden bei hoher Beschleunigung von Elektronen emittiert, beispielsweise bei ihrer Verzögerung in Metallen. Erhalten mit einer Röntgenröhre: Elektronen in einer Vakuumröhre (p = 10 -3 -10 -5 Pa) werden durch ein elektrisches Feld mit hoher Spannung beschleunigt, erreichen die Anode und werden beim Aufprall stark abgebremst. Beim Bremsen bewegen sich die Elektronen mit Beschleunigung und senden elektromagnetische Wellen mit kurzer Länge (von 100 bis 0,01 nm) aus. Eigenschaften Interferenz, Röntgenbeugung am Kristallgitter, große Durchschlagskraft. Bestrahlung in hohen Dosen verursacht Strahlenkrankheit. Anwendung. In der Medizin (Diagnose von Erkrankungen der inneren Organe), in der Industrie (Kontrolle der inneren Struktur verschiedener Produkte, Schweißnähte).

γ-Strahlung

Quellen: Atomkern (Kernreaktionen). Eigenschaften. Es hat eine enorme Durchschlagskraft, hat eine starke biologische Wirkung. Anwendung. In der Medizin, Fertigung γ - Fehlererkennung). Anwendung. In der Medizin, in der Industrie.

Eine gemeinsame Eigenschaft elektromagnetischer Wellen ist auch, dass alle Strahlungen sowohl Quanten- als auch Welleneigenschaften haben. Quanten- und Welleneigenschaften schließen sich dabei nicht aus, sondern ergänzen sich. Die Welleneigenschaften sind bei niedrigen Frequenzen stärker ausgeprägt und bei hohen Frequenzen weniger ausgeprägt. Umgekehrt sind Quanteneigenschaften bei hohen Frequenzen stärker ausgeprägt und bei niedrigen Frequenzen weniger ausgeprägt. Je kürzer die Wellenlänge, desto ausgeprägter die Quanteneigenschaften, und je länger die Wellenlänge, desto ausgeprägter die Welleneigenschaften.