De la începutul existenței sale, Pământul a fost expus radiațiilor electromagnetice ale Soarelui și Cosmosului. În procesul acestui impact, în magnetosferă și atmosfera Pământului apar fenomene complexe, interconectate, care afectează direct organismele vii ale biosferei și ale mediului.
În procesul de evoluție, organismele vii s-au adaptat la fondul natural al CEM. Cu toate acestea, datorită progresului științific și tehnologic, fondul electromagnetic al Pământului este în prezent nu numai în creștere, dar suferă și modificări calitative. Au apărut radiații electromagnetice cu astfel de lungimi de undă, care sunt de origine artificială ca urmare a activităților create de om.
Principalele surse de CEM de origine antropogenă includ stații de televiziune și radar, instalații radio puternice de inginerie, echipamente tehnologice industriale, linii electrice de înaltă tensiune de frecvență industrială, magazine termice, instalații cu plasmă, laser și raze X, reactoare nucleare și nucleare.
Intensitatea spectrală a unor surse tehnogene de EMF poate diferi semnificativ de fundalul electromagnetic natural format evolutiv cu care oamenii și alte organisme vii sunt obișnuiți.
Câmp electromagnetic este o combinație de două câmpuri interdependente: electric și magnetic .
O trăsătură caracteristică a câmpului electric este că acesta acționează asupra unei sarcini electrice (particulă încărcată) cu o forță care nu depinde de viteza sarcinii.
O trăsătură caracteristică a câmpului magnetic (MF) este că acționează asupra sarcinilor electrice în mișcare cu forțe proporționale cu vitezele sarcinilor și direcționate perpendicular pe aceste viteze.
undele electromagnetice sunt numite perturbări ale câmpului electromagnetic (adică un câmp electromagnetic alternant) care se propagă în spațiu.
Viteza de propagare a undelor electromagnetice în vid coincide cu viteza luminii în vid.
Spectrul de radiații electromagnetice, stăpânit de omenire în prezent, pare a fi neobișnuit de larg: de la câteva mii de metri până la 10 -12 cm.
Se știe acum că undele radio, lumina, radiațiile infraroșii și ultraviolete, razele X și radiațiile g sunt toate unde de aceeași natură electromagnetică, care diferă în lungimea de undă l. Există anumite regiuni ale spectrului electromagnetic în care generarea și înregistrarea undelor este dificilă. Capetele spectrului de lungimi de undă lungi și scurte de undă nu sunt foarte strict definite. Scara radiației electromagnetice este prezentată în fig. 7.1.
Nr. 1 - 11 - sub-benzi stabilite de Comitetul Consultativ Internațional pentru Radiocomunicații (CCIR). Prin decizia acestui comitet, sub-benzile 5 până la 11 se referă la unde radio. Conform reglementărilor CCIR, undele cu frecvențe de 3-30 GHz sunt alocate domeniului de microunde. Cu toate acestea, s-a dezvoltat istoric în domeniul microundelor pentru a înțelege oscilațiile cu o lungime de undă de la 1 m la 1 mm. Subdomeniile nr. 1 - 4 caracterizează câmpurile electromagnetice ale frecvenţelor industriale.
În domeniul optic în radiofizică, optică, electronică cuantică se înțelege intervalul de lungimi de undă de la aproximativ submilimetru până la ultraviolete îndepărtate. Intervalul vizibil este o mică parte din domeniul optic. Limitele tranzițiilor radiației ultraviolete, raze X, radiații g nu sunt exact fixate, dar corespund aproximativ cu valorile l și n indicate pe diagramă; Radiația g trece în radiații de energii foarte înalte, numite raze cosmice.
În ciuda naturii electromagnetice comune, oricare dintre intervalele de oscilații electromagnetice se distinge prin tehnica de generare și măsurare.
Date într-un articol separat;
Transparența unei substanțe pentru razele gamma, spre deosebire de lumina vizibilă, nu depinde de forma chimică și de starea de agregare a substanței, ci în principal de sarcina nucleelor care alcătuiesc substanța și de energia razelor gamma. Prin urmare, capacitatea de absorbție a unui strat de substanță pentru cuante gamma în prima aproximare poate fi caracterizată prin densitatea sa de suprafață (în g/cm²). Multă vreme s-a crezut că crearea de oglinzi și lentile pentru razele γ este imposibilă, totuși, conform ultimelor cercetări în acest domeniu, refracția razelor γ este posibilă. Această descoperire înseamnă, probabil, crearea unei noi ramuri a opticii - γ-optica.
Nu există o limită inferioară ascuțită pentru radiația gamma, dar de obicei se crede că cuantele gamma sunt emise de nucleu, iar cuantele de raze X sunt emise de învelișul de electroni a atomului (aceasta este doar o diferență terminologică care nu afectează proprietăţile fizice ale radiaţiilor).
radiații cu raze X
- de la 0,1 nm = 1 Å (12.400 eV) la 0,01 nm = 0,1 Å (124.000 eV) - radiografii dure. Surse: unele reacții nucleare, tuburi catodice.
- de la 10 nm (124 eV) la 0,1 nm = 1 Å (12.400 eV) - raze X moi. Surse: tuburi catodice, radiații termice plasmatice.
Cuantele de raze X sunt emise în principal în timpul tranzițiilor electronilor din învelișul de electroni a atomilor grei către orbitele joase. Vacanțele pe orbitele joase sunt create de obicei de impactul electronilor. Razele X produse în acest mod au un spectru de linii cu frecvențe caracteristice unui atom dat (vezi radiația caracteristică); aceasta face posibilă, în special, investigarea compoziției substanțelor (analiza fluorescenței cu raze X). Razele X termice, bremsstrahlung și sincrotron au un spectru continuu.
În razele X, se observă difracția pe rețelele cristaline, deoarece lungimile de undă ale undelor electromagnetice la aceste frecvențe sunt apropiate de perioadele rețelelor cristaline. Metoda de analiză prin difracție cu raze X se bazează pe aceasta.
Radiația ultravioletă
Interval: 400 nm (3,10 eV) până la 10 nm (124 eV)
| Nume | Abreviere | Lungime de undă în nanometri | Cantitatea de energie pe foton |
|---|---|---|---|
| Aproape | NUV | 400 - 300 | 3,10 - 4,13 eV |
| In medie | MUV | 300 - 200 | 4,13 - 6,20 eV |
| Mai departe | FUV | 200 - 122 | 6,20 - 10,2 eV |
| Extrem | EUV, XUV | 121 - 10 | 10,2 - 124 eV |
| Vid | VUV | 200 - 10 | 6,20 - 124 eV |
| Ultraviolet A, lungime de undă lungă, lumină neagră | UVA | 400 - 315 | 3,10 - 3,94 eV |
| Ultraviolete B (gamă medie) | UVB | 315 - 280 | 3,94 - 4,43 eV |
| Ultraviolete C, unde scurte, interval germicid | UVC | 280 - 100 | 4,43 - 12,4 eV |
radiatii optice
Radiația domeniului optic (lumină vizibilă și infraroșu apropiat [ ]) trece liber prin atmosferă, poate fi ușor reflectat și refractat în sisteme optice. Surse: radiații termice (inclusiv Soarele), fluorescență, reacții chimice, LED-uri.
Culorile radiației vizibile corespunzătoare radiației monocromatice se numesc spectrale. Spectrul și culorile spectrale pot fi văzute atunci când un fascicul îngust de lumină trece printr-o prismă sau un alt mediu de refracție. În mod tradițional, spectrul vizibil este împărțit, la rândul său, în game de culori:
| Culoare | Gama de lungimi de undă, nm | Gama de frecvență, THz | Gama de energie fotonică, eV |
|---|---|---|---|
| violet | 380-440 | 790-680 | 2,82-3,26 |
| Albastru | 440-485 | 680-620 | 2,56-2,82 |
| Albastru | 485-500 | 620-600 | 2,48-2,56 |
| Verde | 500-565 | 600-530 | 2,19-2,48 |
| Galben | 565-590 | 530-510 | 2,10-2,19 |
| Portocale | 590-625 | 510-480 | 1,98-2,10 |
| roșu | 625-740 | 480-405 | 1,68-1,98 |
Radiația în infraroșu apropiat acoperă intervalul de la 207 THz (0,857 eV) la 405 THz (1,68 eV). Limita superioară este determinată de capacitatea ochiului uman de a percepe roșul, care variază de la persoană la persoană. De regulă, transparența în radiația infraroșie apropiată corespunde transparenței în lumina vizibilă.
Radiatii infrarosii
Radiația infraroșie este situată între lumina vizibilă și radiația terahertzi. Interval: 2000 µm (150 GHz) până la 740 nm (405 THz).
Transparența unei substanțe pentru razele gamma, spre deosebire de lumina vizibilă, nu depinde de forma chimică și de starea de agregare a substanței, ci în principal de sarcina nucleelor care alcătuiesc substanța și de energia razelor gamma. Prin urmare, capacitatea de absorbție a unui strat de materie pentru cuante gamma în prima aproximare poate fi caracterizată prin densitatea sa de suprafață (în g/cm?). Oglinzile și lentilele pentru raze γ nu există.
Nu există o limită inferioară ascuțită pentru radiația gamma, dar de obicei se crede că cuantele gamma sunt emise de nucleu, iar cuantele de raze X sunt emise de învelișul de electroni a atomului (aceasta este doar o diferență terminologică care nu afectează proprietăţile fizice ale radiaţiilor).
2.2. radiații cu raze X
Cuantele de raze X sunt emise în principal în timpul tranzițiilor electronilor din învelișul de electroni a atomilor grei către orbite inferioare. Vacanțele pe orbite joase sunt de obicei create de impactul electronilor. Razele X produse în acest fel au un spectru de linie cu frecvențe caracteristice unui atom dat (vezi razele X caracteristice), ceea ce face posibilă, în special, investigarea compoziției substanțelor (analiza fluorescenței cu raze X). Razele X termice, bremsstrahlung și sincrotron au un spectru continuu.
În razele X, se observă difracția pe rețelele cristaline, deoarece lungimile de undă ale undelor electromagnetice la aceste frecvențe sunt apropiate de perioadele rețelelor cristaline. Metoda de analiză prin difracție cu raze X se bazează pe aceasta.
2.3. Radiația ultravioletă
Interval: 400 nm (3,10 eV) până la 10 nm (124 eV)
| Nume | Abreviere | Lungime de undă în nanometri | Cantitatea de energie pe foton |
|---|---|---|---|
| Aproape | NUV | 400 - 300 | 3,10 - 4,13 eV |
| In medie | MUV | 300 - 200 | 4,13 - 6,20 eV |
| Mai departe | FUV | 200 - 122 | 6,20 - 10,2 eV |
| Extrem | EUV, XUV | 121 - 10 | 10,2 - 124 eV |
| Vid | VUV | 200 - 10 | 6,20 - 124 eV |
| Ultraviolet A, lungime de undă lungă, lumină neagră | UVA | 400 - 315 | 3,10 - 3,94 eV |
| Ultraviolete B (gamă medie) | UVB | 315 - 280 | 3,94 - 4,43 eV |
| Ultraviolete C, unde scurte, interval germicid | UVC | 280 - 100 | 4,43 - 12,4 eV |
2.4. radiatii optice
Radiația din domeniul optic (lumina vizibilă și radiația infraroșie apropiată) trece liber prin atmosferă, poate fi reflectată și refractată cu ușurință în sistemele optice. Surse: radiații termice (inclusiv Soarele), fluorescență, reacții chimice, LED-uri.
Spre deosebire de domeniul optic, studiul spectrului în domeniul radio se realizează nu prin separarea fizică a undelor, ci prin metode de procesare a semnalului.
Spectrul electromagnetic este o serie de forme de radiații electromagnetice, dispuse în ordinea mărimii frecvențelor sau lungimilor de undă ale acestora (Figura 4).
Figura 4 - Spectrul radiațiilor electromagnetice
Radiația electromagnetică (undele electromagnetice) este o perturbare a câmpurilor electrice și magnetice care se propagă în spațiu.
Domenii de radiație electromagnetică
- 1 Unde radio
- 2. Infraroșu (termic)
- 3. Radiații vizibile (optice)
- 4. Radiații ultraviolete
- 5. Radiații dure
Principalele caracteristici ale radiației electromagnetice sunt considerate a fi frecvența și lungimea de undă. Lungimea de undă depinde de viteza de propagare a radiației. Viteza de propagare a radiației electromagnetice în vid este egală cu viteza luminii, în alte medii această viteză este mai mică.
Caracteristicile undelor electromagnetice din punctul de vedere al teoriei oscilațiilor și al conceptelor de electrodinamică sunt prezența a trei vectori reciproc perpendiculari: vectorul de undă, vectorul intensității câmpului electric E și vectorul intensității câmpului magnetic H.
Undele electromagnetice sunt unde transversale (unde de forfecare), în care vectorii intensității câmpului electric și magnetic oscilează perpendicular pe direcția de propagare a undelor, dar diferă semnificativ de undele pe apă și de sunet prin faptul că pot fi transmise de la o sursă la o sursă. receptor în acel număr și prin vid.
Comun tuturor tipurilor de radiații este viteza de propagare a acestora în vid, egală cu 300.000.000 de metri pe secundă.
Radiația electromagnetică se caracterizează prin frecvența oscilațiilor, care arată numărul de cicluri complete de oscilații pe secundă, sau prin lungimea de undă, i.e. distanța pe care se propagă radiația în timpul unei oscilații (pentru o perioadă de oscilație).
Frecvența de oscilație (f), lungimea de undă (l) și viteza de propagare a radiației (c) sunt interconectate prin relația:
Radiația electromagnetică este de obicei împărțită în intervale de frecvență. Nu există tranziții ascuțite între intervale, uneori se suprapun, iar granițele dintre ele sunt condiționate. Deoarece viteza de propagare a radiației este constantă, frecvența oscilațiilor sale este strict legată de lungimea de undă în vid.
Undele radio ultrascurte sunt de obicei împărțite în metru, decimetru, centimetru, milimetru și submilimetru sau micrometru. Undele cu lungimea l mai mică de 1 m (frecvență mai mare de 300 MHz) mai sunt denumite în mod obișnuit microunde sau microunde.
Radiația infraroșie este radiația electromagnetică care ocupă regiunea spectrală dintre capătul roșu al luminii vizibile (cu o lungime de undă de 0,74 microni) și radiația cu microunde (1-2 mm).
Radiația infraroșie ocupă cea mai mare parte a spectrului optic. Radiația infraroșie este numită și radiație „termică”, deoarece toate corpurile, solide și lichide, încălzite la o anumită temperatură, radiază energie în spectrul infraroșu. În acest caz, lungimile de undă emise de corp depind de temperatura de încălzire: cu cât temperatura este mai mare, cu atât lungimea de undă este mai mică și intensitatea radiației este mai mare. Spectrul de radiații al unui corp absolut negru la temperaturi relativ scăzute (până la câteva mii de Kelvin) se află în principal în acest interval.
Lumina vizibilă este o combinație de șapte culori primare: roșu, portocaliu, galben, verde, cyan, indigo și violet. Înainte ca regiunile roșii ale spectrului din domeniul optic sunt infraroșu, iar în spatele violetului - ultraviolete. Dar nici infraroșul, nici ultravioletele nu sunt vizibile pentru ochiul uman.
Radiațiile vizibile, infraroșii și ultraviolete constituie așa-numita regiune optică a spectrului în cel mai larg sens al cuvântului. Cea mai cunoscută sursă de radiație optică este Soarele. Suprafața sa (fotosfera) este încălzită la o temperatură de 6000 de grade și strălucește cu lumină galbenă strălucitoare. Această secțiune a spectrului de radiații electromagnetice este percepută direct de simțurile noastre.
Radiația în domeniul optic apare atunci când corpurile sunt încălzite (radiația infraroșie este numită și radiație termică) din cauza mișcării termice a atomilor și moleculelor. Cu cât corpul este mai fierbinte, cu atât frecvența radiației sale este mai mare. Cu o anumită încălzire, corpul începe să strălucească în intervalul vizibil (incandescență), mai întâi roșu, apoi galben și așa mai departe. În schimb, radiația spectrului optic are un efect termic asupra corpurilor.
Pe lângă radiația termică, reacțiile chimice și biologice pot servi ca sursă și receptor de radiație optică. Una dintre cele mai cunoscute reacții chimice, care este receptorul radiației optice, este folosită în fotografie.
Grinzi dure. Limitele regiunilor de raze X și radiații gamma pot fi determinate doar foarte condiționat. Pentru o orientare generală, se poate presupune că energia cuantelor de raze X se află în intervalul 20 eV - 0,1 MeV, iar energia cuantelor gamma este mai mare de 0,1 MeV.
Radiația ultravioletă (ultravioletă, UV, UV) - radiație electromagnetică, ocupând intervalul dintre radiația vizibilă și cea de raze X (380 - 10 nm, 7,9x1014 - 3x1016 Hz). Gama este împărțită condiționat în ultraviolete apropiate (380-200 nm) și departe, sau în vid (200-10 nm), aceasta din urmă fiind denumită astfel deoarece este absorbită intens de atmosferă și este studiată doar de dispozitive cu vid.
Radiația ultravioletă cu undă lungă are activitate fotobiologică relativ mică, dar poate provoca pigmentarea pielii umane și are un efect pozitiv asupra organismului. Radiația acestui subgamă este capabilă să provoace luminiscența anumitor substanțe; prin urmare, este utilizată pentru analiza luminiscentă a compoziției chimice a produselor.
Radiația ultravioletă cu undă medie are un efect tonic și terapeutic asupra organismelor vii. Este capabil să provoace eritem și arsuri solare, transformând vitamina D necesară creșterii și dezvoltării într-o formă asimilabilă în organismul animalelor și are un efect puternic anti-rahitism. Radiația din această subgamă este dăunătoare pentru majoritatea plantelor.
Tratamentul cu ultraviolete cu unde scurte are un efect bactericid, deci este utilizat pe scară largă pentru dezinfectarea apei și aerului, dezinfectarea și sterilizarea diferitelor echipamente și ustensile.
Principala sursă naturală de radiații ultraviolete de pe Pământ este Soarele. Raportul dintre intensitatea radiației UV-A și UV-B, cantitatea totală de raze ultraviolete care ajung la suprafața Pământului, depinde de diverși factori.
Sursele artificiale de radiații ultraviolete sunt diverse. Astăzi, sursele artificiale de radiații ultraviolete sunt utilizate pe scară largă în medicină, instituții preventive, sanitare și igienice, agricultură etc. Sunt oferite oportunități semnificativ mai mari decât atunci când se utilizează radiația ultravioletă naturală.
Fizicianul Roentgen a descoperit radiații cu lungime de undă și mai scurtă. Fără să ne gândim de două ori, aceste raze au fost numite după Roentgen însuși. Cu o putere de penetrare bună, radiația cu raze X și-a găsit aplicație în medicină și cristalografie. După cum probabil ați auzit, razele X sunt din nou dăunătoare organismelor vii. Iar atmosfera Pământului, din cauza înțelegerii lor, tocmai menționate, nu este o piedică pentru ei. Suntem salvați de magnetosfera Pământului. Întârzie multe radiații periculoase ale spațiului. Lungimile de undă ale fasciculelor de raze X sunt cuprinse între 0,1 A și 100 A.
Razele gamma au cele mai scurte lungimi de undă (mai puțin de 0,1 A). Acesta este cel mai periculos tip de radioactivitate, cea mai periculoasă radiație electromagnetică. Energia fotonică a razelor gamma este foarte mare, iar emisia lor are loc în timpul unor procese în interiorul nucleelor atomilor. Un exemplu de astfel de proces poate fi anihilarea - anihilarea reciprocă a unei particule și a unei antiparticule cu transformarea masei lor în energie. Înregistrate, din când în când, fulgerările misterioase de raze gamma pe cer nu au fost încă explicate de astronomi. Este clar că energia fenomenului care produce fulger este pur și simplu enormă. Potrivit unor estimări, pentru secundele cât durează un astfel de fulger, acesta radiază mai multă energie decât restul Universului. Radiația gamma nu este transmisă Pământului prin magnetosfera sa.
Există o serie de tipuri de radiații electromagnetice, variind de la unde radio la raze gamma. Razele electromagnetice de toate tipurile se propagă în vid cu viteza luminii și diferă unele de altele doar prin lungimile de undă.
1859 spectroscopie
1864 Ecuațiile lui Maxwell
1864 GAMĂ
RADIATIE ELECTROMAGNETICA
1900 radiații
corp negru
După apariția ecuațiilor lui Maxwell, a devenit clar că acestea prezic existența unui fenomen natural necunoscut științei - undele electromagnetice transversale, care sunt oscilații ale câmpurilor electrice și magnetice interconectate care se propagă în spațiu cu viteza luminii. Însuși James Clark Maxwell a fost primul care a subliniat comunității științifice această consecință din sistemul de ecuații pe care l-a derivat. În această refracție, viteza de propagare a undelor electromagnetice în vid s-a dovedit a fi o constantă universală atât de importantă și fundamentală încât a fost desemnată printr-o litera c separată, spre deosebire de toate celelalte viteze, care sunt de obicei notate cu litera v.
După ce a făcut această descoperire, Maxwell a stabilit imediat că lumina vizibilă este „doar” o varietate de unde electromagnetice. Până în acel moment, lungimile de undă ale luminii din partea vizibilă a spectrului erau cunoscute - de la 400 nm (raze violete) la 800 nm (raze roșii). (Un nanometru este o unitate de lungime egală cu o miliardime dintr-un metru, care este folosită în principal în fizica atomică și a razelor; 1 nm = 10 -9 m.) Toate culorile curcubeului corespund diferitelor lungimi de undă care se află în aceste limite înguste. Cu toate acestea, ecuațiile lui Maxwell nu conțineau restricții cu privire la gama posibilă de lungimi de undă electromagnetice. Când a devenit clar că trebuie să existe unde electromagnetice de lungimi foarte diferite, de fapt, a fost făcută imediat o comparație cu privire la faptul că ochiul uman distinge o bandă atât de îngustă de lungimi și frecvențe: o persoană a fost asemănată cu un ascultător al unui concert simfonic, al cărui auz este capabil să capteze doar o parte de vioară, fără a distinge toate celelalte sunete.
La scurt timp după predicția lui Maxwell cu privire la existența undelor electromagnetice în alte game ale spectrului, au urmat o serie de descoperiri, care confirmă corectitudinea acestuia. Undele radio au fost primele descoperite în 1888 de către fizicianul german Heinrich Hertz (1857-1894). Singura diferență dintre undele radio și lumină este că undele radio pot varia în lungime de la câțiva decimetri până la mii de kilometri. Conform teoriei lui Maxwell, cauza undelor electromagnetice este mișcarea accelerată a sarcinilor electrice. Oscilațiile electronilor sub influența unei tensiuni electrice alternative în antena unui emițător radio creează unde electromagnetice care se propagă în atmosfera terestră. Toate celelalte tipuri de unde electromagnetice apar, de asemenea, ca urmare a diferitelor tipuri de mișcare accelerată a sarcinilor electrice.
Asemenea undelor luminoase, undele radio pot călători pe distanțe lungi prin atmosfera pământului fără pierderi practic, ceea ce le face cei mai utili purtători de informații codificate. Deja la începutul anului 1894 - la puțin peste cinci ani după descoperirea undelor radio - fizicianul italian Gul-elmo Marconi (1874-1937) a proiectat
10" 10" 10* 10" 1
10 10* 10*
1SG 5 10* 10"" 10^ 10*
- 10"" cu raze X
raze - 10 -i*
- 10""
- 10"
- 1(G"
- 1<Г"
raze gamma
Undele electromagnetice formează un spectru continuu de lungimi de undă și energii (frecvențe), subdivizate în intervale condiționate - de la unde radio la raze gamma
primul telegraf fără fir funcțional - prototipul radioului modern - pentru care a fost distins cu Premiul Nobel în 1909.
După ce existența undelor electromagnetice în afara spectrului vizibil, prezisă de ecuațiile lui Maxwell, a fost pentru prima dată confirmată experimental, nișele rămase ale spectrului au fost umplute foarte repede. Astăzi, sunt descoperite unde electromagnetice din toate intervalele, fără excepție, și aproape toate găsesc o aplicație largă și utilă în știință și tehnologie. Frecvențele undelor și energiile cuantelor corespunzătoare de radiație electromagnetică (vezi bara constantă) cresc odată cu scăderea lungimii de undă. Totalitatea tuturor undelor electromagnetice formează așa-numitul spectru continuu al radiațiilor electromagnetice. Este subdivizată în următoarele intervale (în ordinea frecvenței crescătoare și a lungimii de undă descrescătoare):
unde radio
După cum sa menționat deja, undele radio pot varia semnificativ în lungime - de la câțiva centimetri la sute și chiar mii de kilometri, ceea ce este comparabil cu raza globului (aproximativ 6400 km). Undele tuturor benzilor radio sunt utilizate pe scară largă în tehnologie - undele decimetrice și ultrascurte sunt utilizate pentru difuzarea de televiziune și radio în undele ultrascurte modulate în frecvență (VHF / BYU), oferind o recepție de semnal de înaltă calitate în zona de propagare directă a undelor. Undele radio cu raza de contor și kilometru sunt utilizate pentru transmisie și comunicații radio pe distanțe lungi folosind modulația de amplitudine (AM), care, deși în detrimentul calității semnalului, asigură transmisia acestuia pe distanțe arbitrar lungi în interiorul Pământului datorită reflectării undele din ionosfera planetei. Cu toate acestea, astăzi acest tip de comunicare devine un lucru al trecutului datorită dezvoltării comunicațiilor prin satelit. Undele din gama decimetrică nu pot parcurge orizontul pământului ca undele metrice, ceea ce limitează zona de recepție la o zonă de propagare directă, care, în funcție de înălțimea antenei și de puterea emițătorului, variază de la câțiva la câteva zeci de kilometri. . Și aici repetoarele de satelit vin în ajutor, preluând rolul de reflectoare de unde radio, pe care ionosfera le joacă în raport cu undele metrice.
Cuptor cu microunde
Microundele și undele radio din gama de microunde (SHF) au o lungime de 300 mm până la 1 mm. Undele centimetrice, cum ar fi undele radio decimetrice și metrice, practic nu sunt absorbite de atmosferă și, prin urmare, sunt utilizate pe scară largă în sateliți.
kovoy și comunicații celulare și alte sisteme de telecomunicații. Dimensiunea unei antene parabolice tipice este doar egală cu mai multe lungimi de undă ale unor astfel de unde.
Cuptoarele cu microunde mai scurte au, de asemenea, multe aplicații în industrie și în casă. Este suficient să amintim cuptoarele cu microunde, care astăzi sunt echipate atât cu brutării industriale, cât și cu bucătării casnice. Funcționarea unui cuptor cu microunde se bazează pe rotația rapidă a electronilor într-un dispozitiv numit klystron. Ca urmare, electronii emit microunde electromagnetice de o anumită frecvență, la care sunt absorbiți cu ușurință de moleculele de apă. Când puneți alimente în cuptorul cu microunde, moleculele de apă din alimente absorb energia cuptorului cu microunde, se mișcă mai repede și astfel încălzesc mâncarea. Cu alte cuvinte, spre deosebire de un cuptor sau cuptor convențional, unde alimentele sunt încălzite din exterior, un cuptor cu microunde le încălzește din interior.
raze infrarosii
Această parte a spectrului electromagnetic include radiații cu o lungime de undă de la 1 milimetru până la opt mii de diametre atomice (aproximativ 800 nm). O persoană simte razele acestei părți a spectrului direct cu pielea - ca căldură. Dacă întindeți mâna în direcția unui foc sau a unui obiect încins și simțiți căldura care emană din acesta, percepeți radiația infraroșie ca căldură. Unele animale (de exemplu, viperele vizuitoare) au chiar organe senzoriale care le permit să localizeze prada cu sânge cald prin radiația infraroșie din corpul său.
Deoarece majoritatea obiectelor de pe suprafața Pământului emit energie în intervalul de lungimi de undă în infraroșu, detectoarele cu infraroșu joacă un rol important în tehnologiile moderne de detectare. Ocularele cu infraroșu ale dispozitivelor de vedere pe timp de noapte permit oamenilor să „vadă în întuneric”, iar cu ajutorul lor este posibil să se detecteze nu numai oamenii, ci și echipamentele și structurile care s-au încălzit în timpul zilei și își degajă căldura mediului înconjurător la noaptea sub formă de raze infraroșii. Detectoarele cu infraroșu sunt utilizate pe scară largă de serviciile de salvare, de exemplu, pentru a detecta oamenii vii sub moloz după cutremure sau alte dezastre naturale sau provocate de om.
lumina vizibila
După cum sa menționat deja, lungimile de undă ale undelor electromagnetice în domeniul luminii vizibile variază de la opt până la patru mii de diametre atomice (800-400 nm). Ochiul uman este un instrument ideal pentru înregistrarea și analiza undelor electromagnetice din acest interval. Acest lucru se datorează a două motive. În primul rând, după cum sa menționat, undele părții vizibile a spectrului se propagă practic nestingherite într-o atmosferă care este transparentă pentru ele. În al doilea rând, temperatura suprafeței Soarelui (aproximativ 5000°C) este astfel încât vârful energiei solare se află în partea vizibilă a spectrului. Astfel, principala noastră sursă de energie emite o cantitate imensă de energie în domeniul luminii vizibile, iar mediul din jurul nostru este în mare măsură transparent la această radiație. Nu este deci surprinzător că ochiul uman în procesul de evoluție a fost format în așa fel încât să captureze și să recunoască această parte particulară a spectrului undelor electromagnetice.
Vreau să subliniez încă o dată că nu există nimic special din punct de vedere fizic în domeniul razelor electromagnetice vizibile. Este doar o bandă îngustă într-un spectru larg de unde emise (vezi figura). Pentru noi, este atât de important doar în măsura în care creierul uman este echipat cu un instrument pentru detectarea și analiza undelor electromagnetice în această parte particulară a spectrului.
Raze ultraviolete
Razele ultraviolete includ radiațiile electromagnetice cu o lungime de undă de la câteva mii la câteva diametre atomice (400-10 nm). În această parte a spectrului, radiația începe să afecteze activitatea vitală a organismelor vii. Razele ultraviolete moi din spectrul soarelui (cu lungimi de undă care se apropie de partea vizibilă a spectrului), de exemplu, provoacă bronzare în doze moderate și arsuri grave în doze excesive. Ultravioletul dur (cu undă scurtă) este dăunător pentru celulele biologice și, prin urmare, este utilizat, în special, în medicină pentru a steriliza instrumentele chirurgicale și echipamentele medicale, ucigând toate microorganismele de pe suprafața lor.
Toată viața de pe Pământ este protejată de efectele nocive ale radiațiilor ultraviolete dure de către stratul de ozon al atmosferei pământului, care absoarbe majoritatea razelor ultraviolete dure din spectrul radiațiilor solare (vezi gaura de ozon). Dacă nu ar fi fost acest scut natural, viața de pe Pământ cu greu ar fi ajuns să aterizeze din apele oceanelor. Cu toate acestea, în ciuda stratului protector de ozon, unele dintre razele ultraviolete dure ajung la suprafața Pământului și pot provoca cancer de piele, în special la persoanele care sunt în mod natural predispuse la paloare și nu se bronzează bine la soare.
raze X
Radiația în intervalul de lungimi de undă de la câteva diametre atomice la câteva sute de diametre ale nucleului atomic se numește raze X. Razele X pătrund în țesuturile moi ale corpului și, prin urmare, sunt indispensabile în diagnosticul medical.
bifă. Ca și în cazul undelor radio, decalajul de timp dintre descoperirea lor în 1895 și începutul aplicării practice, marcat de primirea primei radiografii într-unul din spitalele pariziene, a fost o chestiune de ani. (Este interesant de observat că ziarele pariziene ale vremii erau atât de absorbite de ideea că razele X ar putea pătrunde în îmbrăcăminte, încât nu au raportat practic nimic despre aplicațiile lor medicale unice.)
raze gamma
Razele cele mai scurte ca lungime de undă și cele mai mari ca frecvență și energie din spectrul electromagnetic sunt razele y (razele gamma). Ele constau din fotoni cu energie ultraînaltă și sunt folosite astăzi în oncologie pentru a trata tumorile canceroase (sau mai degrabă, pentru a ucide celulele canceroase). Cu toate acestea, efectul lor asupra celulelor vii este atât de dăunător încât trebuie luată o grijă extremă pentru a nu dăuna țesuturilor și organelor sănătoase din jur.
În concluzie, este important să subliniem încă o dată că, deși toate tipurile de radiații electromagnetice descrise mai sus se manifestă în exterior în moduri diferite, în esență sunt gemeni. Toate undele electromagnetice din orice parte a spectrului sunt oscilații transversale ale câmpurilor electrice și magnetice care se propagă în vid sau într-un mediu, toate se propagă în vid cu viteza luminii c și diferă unele de altele doar prin lungimea de undă și, ca urmare , în energia pe care o poartă. Rămâne doar să adăugăm că limitele intervalelor pe care le-am numit sunt de natură destul de arbitrară (și în alte cărți, cel mai probabil, veți întâlni valori ușor diferite ale lungimilor de undă limită). În special, radiația cu microunde cu lungimi de undă mare este adesea și pe bună dreptate denumită unde radio cu microunde. Nu există limite clare între ultraviolete dure și razele X moi și între razele X dure și radiațiile gamma moi.
Spectroscopie
Prezența atomilor de elemente chimice într-o substanță poate fi identificată prin prezența liniilor caracteristice în spectrul de emisie sau de absorbție
