Главным условием излучения электромагнитных волн является наличие. Электромагнитные волны: излучение, распространение и взаимодействие с веществом

Как происходит излучение электромагнитных волн. Какие условия необходимы для их генерации. Как электромагнитные волны распространяются в пространстве и взаимодействуют с веществом. Какие эффекты возникают при этом взаимодействии.

Природа электромагнитных волн и условия их излучения

Электромагнитные волны представляют собой колебания взаимосвязанных электрического и магнитного полей, распространяющиеся в пространстве. Главным условием излучения электромагнитных волн является наличие ускоренно движущихся электрических зарядов.

Каковы основные характеристики электромагнитных волн? Ключевыми параметрами являются:

• Длина волны
• Частота колебаний
• Скорость распространения
• Энергия

При каких условиях происходит излучение электромагнитных волн? Для генерации электромагнитных волн необходимы следующие факторы:

1. Наличие свободных электрических зарядов
2. Ускоренное движение этих зарядов
3. Периодическое изменение электрического и магнитного полей

Механизмы распространения электромагнитных волн

Электромагнитные волны способны распространяться в вакууме, не требуя наличия среды. В чем заключается механизм их распространения? Электромагнитная волна представляет собой взаимосвязанные колебания электрического и магнитного полей, которые поддерживают друг друга:

• Изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле
• Изменяющееся магнитное поле в свою очередь создает электрическое поле
• Этот процесс повторяется, обеспечивая распространение волны в пространстве

С какой скоростью распространяются электромагнитные волны? В вакууме электромагнитные волны распространяются со скоростью света c = 3 × 10^8 м/с. В других средах скорость распространения уменьшается.

Взаимодействие электромагнитных волн с веществом

При взаимодействии с веществом электромагнитные волны могут проявлять различные эффекты. Какие основные явления наблюдаются? Выделяют следующие виды взаимодействия:

• Отражение
• Преломление
• Поглощение
• Рассеяние
• Дифракция
• Интерференция

Как происходит отражение электромагнитных волн? При отражении волна меняет направление распространения, встречая на своем пути границу раздела двух сред. Угол падения равен углу отражения.

В чем заключается явление преломления? Преломление наблюдается при прохождении волны через границу раздела сред с разными показателями преломления. При этом волна меняет направление распространения.

Поглощение и рассеяние электромагнитных волн

Поглощение электромагнитных волн веществом приводит к уменьшению их интенсивности. Какие процессы при этом происходят? При поглощении энергия волны переходит в другие виды энергии, например:

• Тепловую энергию (нагрев вещества)
• Энергию возбуждения атомов и молекул
• Энергию ионизации

Что представляет собой рассеяние электромагнитных волн? Рассеяние — это изменение направления распространения волн при взаимодействии с неоднородностями среды. Различают следующие виды рассеяния:

• Рэлеевское рассеяние (на частицах меньше длины волны)
• Рассеяние Ми (на частицах сравнимых с длиной волны)
• Комбинационное рассеяние (с изменением частоты)

Дифракция и интерференция электромагнитных волн

Дифракция представляет собой огибание волнами препятствий. При каких условиях она наблюдается? Дифракция проявляется, когда размер препятствий сравним с длиной волны. Она приводит к отклонению волн от прямолинейного распространения.

Что такое интерференция электромагнитных волн? Интерференция — это сложение двух или более когерентных волн, при котором происходит усиление или ослабление результирующих колебаний. Условия наблюдения интерференции:

• Одинаковая частота волн
• Постоянная разность фаз
• Одинаковое направление колебаний

Применение электромагнитных волн в науке и технике

Электромагнитные волны широко используются в различных областях. Каковы основные сферы их применения? Выделяют следующие направления:

• Радиосвязь и телевидение
• Радиолокация
• Радиоастрономия
• Медицинская диагностика (рентген, УЗИ, МРТ)
• Спектральный анализ
• Лазерные технологии
• Беспроводная передача энергии

Как используются электромагнитные волны в радиосвязи? Принцип передачи информации с помощью радиоволн:

1. Генерация высокочастотных колебаний
2. Модуляция колебаний передаваемым сигналом
3. Излучение модулированных волн антенной
4. Прием и детектирование волн приемником
5. Выделение исходного сигнала

Влияние электромагнитных волн на живые организмы

Воздействие электромагнитных волн на биологические объекты может иметь как положительные, так и негативные последствия. Какие эффекты наблюдаются? Основные виды влияния:

• Тепловое воздействие
• Нетепловые эффекты (влияние на нервную систему)
• Индуцирование токов в тканях
• Возможные мутагенные эффекты

Существуют ли нормы по ограничению воздействия электромагнитных волн? Да, разработаны санитарные нормы, регламентирующие предельно допустимые уровни электромагнитных полей для различных частотных диапазонов. Они учитывают:

• Частоту излучения
• Интенсивность поля
• Время воздействия
• Расстояние от источника

Белорусский государственный университет транспорта — БелГУТ (БИИЖТ)

Регистрация на конференцию ИТЭС

Регистрация на конференцию «Актуальные проблемы теории и практики современной науки»

Регистрация на конференцию «Архитектура и строительство: традиции и инновации»

Как поступить в БелГУТ

Как получить место

в общежитии БелГУТа

Как поступить иностранному гражданину

События

Все события

Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
	1	2	3	4	5 Дата : 2022-11-05	6 Дата : 2022-11-06
7	8 Дата : 2022-11-08	9	10	11	12 Дата : 2022-11-12	13
14	15	16 Дата : 2022-11-16	17 Дата : 2022-11-17	18	19 Дата : 2022-11-19	20
21 Дата : 2022-11-21	22	23	24 Дата : 2022-11-24	25 Дата : 2022-11-25	26 Дата : 2022-11-26	27
28	29	30

Все анонсы

• Полуфинал игр спартакиады по мини-футболу. ..
• ПРОГРАММА. XII Международная научно-практическая к…
• Приглашаем в бассейн
• V Международная научно-практическая конференция ст…
• Олимпиада по высшей математике для студентов…
• Навстречу Дню освобождения г. Гомеля от немецко-…
• Открытая лекция «Конституция как основной закон го…
• А, ну-ка, первокурсник — 2022
• Кубок БелГУТа по гандболу и соревнования по мини-ф…
• С Днем студента поздравляет Студсовет!…

Анонсы

Университет

Абитуриентам

Студентам

Конференции

Приглашения

Полуфинал игр спартакиады по мини-футболу…

ПРОГРАММА. XII Международная научно-практическая к…

Приглашаем в бассейн

V Международная научно-практическая конференция ст…

Новости

Университет

Международные связи

Спорт

Воспитательная работа

Жизнь студентов

Новости подразделений



• Университет

XII Международная научно-практическая конференция «Проблемы безопаснос.

..
24 ноября 2022

Лауреаты конкурса «Лучшая научная работа 2022»…
24 ноября 2022

• Студенческая жизнь

Студотряды БелГУТа — лучшие студотряды Гомельской области…
24 ноября 2022

• Воспитательная работа

У памятника братьям Лизюковым
24 ноября 2022

• Университет

Материалы XII Международной научно-практической конференции «Проблемы …
24 ноября 2022

• Студенческая жизнь

В музыке не существует границ
24 ноября 2022

• Воспитательная работа

Телемост двух государств «Поезд памяти». ..
24 ноября 2022

• Университет

Встреча ректора БелГУТа с коллективом локомотивного депо Гомель…
23 ноября 2022

• Университет

Братские могилы на Лещинском кладбище
23 ноября 2022

Другие новости

• Экскурсия на участок обороны Гомельского народного ополчения…
• Будь в теме!
• Наши студотрядовцы — лучшие!
• Лучший молодой специалист года!
• Это — та самая живая история
• День открытых дверей механического факультета…
• «Полесские зори» на Международном фестивале «ТранспАрт-2022»…
• За содействие в поддержке одаренной и талантливой молодежи…
• «А, ну-ка, первокурсник!» — 2022
• Второй тур осенней серии игр «Что? Где? Когда?»…
• Победа в открытом турнире по аэробике спортивной и танцевальной «Золот. ..

КУДА ПОСТУПАТЬ

Все факультеты

БелГУТ на Доске почета

Достижения университета

Предложения

Все предложения

Видеотека

Все видео

Фотогалерея

Все фото

Страница не найдена

Размер:

AAA

Цвет: C C C

Изображения Вкл. Выкл.

Обычная версия сайта

RUENBY

Гомельский государственный

медицинский университет

• Университет
  • Университет
  • История
  • Руководство
  • Устав и Символика
  • Воспитательная деятельность
  • Организация образовательного процесса
  • Международное сотрудничество
  • Система менеджмента качества
  • Советы
  • Факультеты
  • Кафедры
  • Подразделения
  • Первичная профсоюзная организация работников
  • Издания университета
  • Гордость университета
  • Выпускник-2021
  • Первичная организация «Белорусский союз женщин»
  • Одно окно
  • ГомГМУ в международных рейтингах
  • Структура университета
• Абитуриентам
  • Приёмная комиссия
  • Университетская олимпиада по биологии
  • Целевая подготовка
  • Заключение, расторжение «целевого» договора
  • Льготы для молодых специалистов
  • Архив проходных баллов
  • Карта и маршрут проезда
  • Порядок приёма на 2023 год
  • Специальности
  • Контрольные цифры приёма в 2022 году
  • Стоимость обучения
  • Информация о ходе приёма документов
  • Приём документов и время работы приёмной комиссии
  • Порядок приёма граждан РФ, Кыргызстана, Таджикистана, Казахстана
  • Горячая линия по вопросам вступительной кампании
• Студентам
  • Первокурснику
  • Расписание занятий
  • Расписание экзаменов
  • Информация для студентов
  • Студенческий клуб
  • Спортивный клуб
  • Общежитие
  • Нормативные документы
  • Практика
  • Стоимость обучения
  • Безопасность жизнедеятельности
  • БРСМ
  • Профком студентов
  • Учебный центр практической подготовки и симуляционного обучения
  • Многофункциональная карточка студента
  • Анкетирование студентов
• Выпускникам
  • Интернатура и клиническая ординатура
  • Докторантура
  • Аспирантура
  • Магистратура
  • Распределение
• Врачам и специалистам
  • Профессорский консультативный центр
  • Факультет повышения квалификации и переподготовки
• Иностранным гражданам
  • Факультет иностранных студентов
  • Стоимость обучения
  • Регистрация и визы
  • Полезная информация
  • Правила приёма
  • Информация о возможностях и условиях приема в 2022 году
  • Официальные представители ГомГМУ по набору студентов
  • Страхование иностранных граждан
  • Приём на Подготовительное отделение иностранных граждан
  • Прием иностранных граждан для обучения на английском языке / Training of foreign students in English
  • Повышение квалификации и переподготовка для иностранных граждан
• Научная деятельность
  • Направления научной деятельности
  • Научно-педагогические школы
  • Инновационные технологии в ГомГМУ
  • Научно-исследовательская часть
  • Научно-исследовательская лаборатория
  • Конкурсы, гранты, стипендии
  • Научные мероприятия
  • Работа комитета по этике
  • В помощь исследователю
  • Совет молодых ученых
  • Студенчеcкое научное общество
  • Диссертационный совет
  • Патенты
  • Инструкции на метод
  • «Горизонт Европа»
  • Госпрограмма (ЧАЭС)

• Главная

волновых режимов | Управление научной миссии

Световые волны электромагнитного спектра ведут себя схожим образом. Когда световая волна сталкивается с объектом, она либо передается, отражается, поглощается, преломляется, поляризуется, дифрагирует или рассеивается в зависимости от состава объекта и длины волны света.

Специализированные приборы на борту космических кораблей и самолетов НАСА собирают данные о поведении электромагнитных волн при взаимодействии с веществом. Эти данные могут раскрыть физический и химический состав вещества.

Отражение

Отражение — это когда падающий свет (входящий свет) попадает на объект и отражается от него. Очень гладкие поверхности, такие как зеркала, отражают почти весь падающий на них свет.

Цвет объекта на самом деле представляет собой длину волны отраженного света, в то время как все остальные длины волн поглощаются. Цвет в данном случае относится к разным длинам волн света в спектре видимого света, воспринимаемом нашими глазами. Физический и химический состав вещества определяет, какая длина волны (или цвет) отражается.

Это отражающее поведение света используется лазерами на борту Лунного разведывательного орбитального аппарата НАСА для картирования поверхности Луны. Прибор измеряет время, необходимое лазерному импульсу для достижения поверхности и возврата. Чем дольше время отклика, тем дальше от поверхности и ниже высота над уровнем моря. Более короткое время отклика означает, что поверхность находится ближе или выше по высоте. На этом изображении южного полушария Луны низкие возвышения показаны фиолетовым и синим, а большие возвышения показаны красным и коричневым.

Авторы и права: NASA/Goddard

 

Поглощение

Поглощение происходит, когда фотоны падающего света сталкиваются с атомами и молекулами и заставляют их вибрировать. Чем больше движутся и вибрируют молекулы объекта, тем горячее он становится. Затем это тепло излучается объектом в виде тепловой энергии.

Некоторые объекты, например объекты более темного цвета, поглощают больше энергии падающего света, чем другие. Например, черный тротуар поглощает большую часть видимой и ультрафиолетовой энергии и очень мало отражает, тогда как светлый бетонный тротуар отражает больше энергии, чем поглощает. Таким образом, черный тротуар горячее, чем тротуар в жаркий летний день. Фотоны отскакивают во время этого процесса поглощения и по пути отдают часть энергии многочисленным молекулам. Затем эта тепловая энергия излучается в виде более длинноволновой инфракрасной энергии.

Тепловое излучение энергопоглощающего асфальта и крыш в городе может повысить температуру его поверхности на целых 10° по Цельсию. На спутниковом снимке Landsat 7 ниже показан город Атланта как остров тепла по сравнению с окружающей местностью. Иногда это потепление воздуха над городами может влиять на погоду, что называется эффектом «городского острова тепла».

Авторы и права: Марит Джентофт-Нильсен, на основе данных Landsat-7.

 

Дифракция

Дифракция — это изгиб и распространение волн вокруг препятствия. Наиболее ярко она проявляется, когда световая волна падает на объект, размер которого сравним с ее собственной длиной волны. Прибор, называемый спектрометром, использует дифракцию для разделения света на диапазон длин волн — спектр. В случае видимого света разделение длин волн за счет дифракции приводит к радуге.

Спектрометр использует дифракцию (и последующую интерференцию) света от щелей или решеток для разделения длин волн. Затем можно обнаружить и записать слабые пики энергии на определенных длинах волн. График этих данных называется спектральной сигнатурой. Образцы спектральной сигнатуры помогают ученым определить физическое состояние и состав звездной и межзвездной материи.

На приведенном ниже графике инфракрасного спектрометра SPIRE, установленного на борту космического телескопа ЕКА (Европейское космическое агентство) Herschel, видны сильные эмиссионные линии монооксида углерода (CO), атомарного углерода и ионизированного азота в галактике M82.

Авторы и права: ESA/NASA/JPL-Caltech

 

Рассеяние

Рассеяние происходит, когда свет отражается от объекта в различных направлениях. Величина рассеяния зависит от длины волны света, размера и структуры объекта.

Небо кажется голубым из-за такого рассеяния. Свет с более короткими длинами волн — синий и фиолетовый — рассеивается азотом и кислородом при прохождении через атмосферу. Более длинные волны света — красный и желтый — проходят через атмосферу. Это рассеяние света на более коротких волнах освещает небо светом синего и фиолетового конца видимого спектра. Хотя фиолетовый рассеивается больше, чем синий, небо кажется нам голубым, потому что наши глаза более чувствительны к синему свету.

Аэрозоли в атмосфере также могут рассеивать свет. Спутник NASA Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO) может наблюдать за рассеянием лазерных импульсов, чтобы «видеть» распределение аэрозолей из таких источников, как пыльные бури и лесные пожары. На изображении ниже показано облако вулканического пепла, дрейфующее над Европой в результате извержения вулкана Эйяфьятлайокудль в Исландии в 2010 году.0007

Преломление — это изменение направления световых волн при переходе из одной среды в другую. Свет распространяется медленнее в воздухе, чем в вакууме, и еще медленнее в воде. Когда свет проходит в другую среду, изменение скорости искажает свет. Различные длины волн света замедляются с разной скоростью, что заставляет их изгибаться под разными углами.

Например, когда весь спектр видимого света проходит через стекло призмы, длины волн разделяются на цвета радуги.

Начало страницы  | Далее: Визуализация: от энергии к изображению

---

Ссылка

APA

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Управление научной миссии. (2010). Волновое поведение. Получено [вставьте дату — например. 10 августа 2016 г.] , с веб-сайта NASA Science: http://science.nasa.gov/ems/03_behaviors

MLA

Управление научной миссии. «Поведение волн» NASA Science . 2010. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. [вставить дату — напр. 10 августа 2016 г.] http://science.nasa.gov/ems/03_behaviors

Взаимодействие с атмосферой

Прежде чем излучение, используемое для дистанционного зондирования, достигнет поверхности Земли, оно должно пройти некоторое расстояние в земной атмосфере. Частицы и газы в атмосфере могут влиять на поступающий свет и излучение. Эти эффекты обусловлены механизмами рассеяния и поглощения .

Рассеяние происходит, когда частицы или большие молекулы газа, присутствующие в атмосфере, взаимодействуют с электромагнитным излучением и отклоняют его от первоначального пути. Степень рассеяния зависит от нескольких факторов, включая длину волны излучения, количество частиц или газов и расстояние, которое излучение проходит через атмосферу. Имеются три (3) типа рассеяния.

• Рэлеевское рассеяние
• рассеяния Ми
• Неселективное рассеяние

Рэлеевское рассеяние происходит, когда частицы очень малы по сравнению с длиной волны излучения. Это могут быть такие частицы, как мелкие пылинки или молекулы азота и кислорода. Рэлеевское рассеяние приводит к тому, что более короткие волны энергии рассеиваются гораздо сильнее, чем более длинные. Рэлеевское рассеяние является доминирующим механизмом рассеяния в верхних слоях атмосферы. Тот факт, что небо кажется «голубым» днем, связан с этим явлением. Когда солнечный свет проходит через атмосферу, более короткие длины волн (например, синий) видимого спектра рассеиваются больше, чем другие (более длинные) видимые длины волн. В восход и закат свет должен проходить через атмосферу дальше, чем в полдень, и рассеяние более коротких длин волн более полное; это оставляет большую часть более длинных волн проникать в атмосферу.

Рассеяние Ми происходит, когда размер частиц примерно равен длине волны излучения. Пыль, пыльца, дым и водяной пар являются распространенными причинами рассеяния Ми, которое имеет тенденцию влиять на более длинные волны, чем те, на которые влияет рэлеевское рассеяние. Рассеяние Ми происходит в основном в нижних слоях атмосферы, где больше крупных частиц, и преобладает при пасмурной облачности.

Последний важный механизм рассеяния называется неселективным рассеянием . Это происходит, когда частицы намного больше, чем длина волны излучения. Капли воды и крупные частицы пыли могут вызвать этот тип рассеяния. Неселективное рассеяние получило свое название из-за того, что все длины волн рассеиваются примерно одинаково. Этот тип рассеяния приводит к тому, что туман и облака кажутся нашим глазам белыми, потому что синий, зеленый и красный свет рассеиваются примерно в равных количествах (синий+зеленый+красный свет = белый свет).

Поглощение — еще один основной механизм взаимодействия электромагнитного излучения с атмосферой. В отличие от рассеяния, это явление заставляет молекулы в атмосфере поглощать энергию на различных длинах волн. Озон, двуокись углерода и водяной пар являются тремя основными составляющими атмосферы, поглощающими радиацию.

Озон служит для поглощения вредного (для большинства живых существ) ультрафиолетового излучения солнца. Без этого защитного слоя в атмосфере наша кожа сгорала бы под воздействием солнечных лучей.

Возможно, вы слышали, что двуокись углерода называют парниковым газом. Это связано с тем, что он имеет тенденцию сильно поглощать излучение в дальней инфракрасной части спектра — той области, которая связана с тепловым нагревом, — которая служит для улавливания этого тепла внутри атмосферы. Водяной пар в атмосфере поглощает большую часть поступающего длинноволнового инфракрасного и коротковолнового микроволнового излучения (от 22 мкм до 1 м). Присутствие водяного пара в нижних слоях атмосферы сильно варьируется от места к месту и в разное время года. Например, в воздушной массе над пустыней будет очень мало водяного пара для поглощения энергии, в то время как в тропиках будет высокая концентрация водяного пара (т.е. высокая влажность).

Поскольку эти газы поглощают электромагнитную энергию в очень специфических областях спектра, они влияют на то, где (в спектре) мы можем «смотреть» для целей дистанционного зондирования. Те области спектра, которые не подвержены сильному влиянию атмосферного поглощения и, таким образом, полезны для удаленных датчиков, называются атмосферными окнами . Сравнивая характеристики двух наиболее распространенных источников энергии/излучения (солнца и земли) с доступными нам атмосферными окнами, мы можем определить те длины волн, которые мы можем использовать наиболее эффективно для дистанционного зондирования. Видимая часть спектра, к которой наши глаза наиболее чувствительны, соответствует как атмосферному окну, так и пиковому уровню энергии Солнца. Отметим также, что тепловая энергия, излучаемая Землей, соответствует окну около 10 мкм в тепловом ИК-диапазоне спектра, а большое окно на длинах волн более 1 мм связано с микроволновым диапазоном.

Теперь, когда мы понимаем, как электромагнитная энергия совершает свой путь от источника к поверхности (а это, как видите, трудный путь), мы теперь рассмотрим, что происходит с этим излучением, когда оно достигает поверхности Земли.

Знаете ли вы?

«…извините, на конце радуги нет горшка с золотом…»

…капли воды действуют как крошечные отдельные призмы. Когда солнечный свет проходит через них, составляющие длины волн изгибаются в разной степени в зависимости от длины волны. Отдельные цвета солнечного света становятся видимыми, и в результате получается радуга с более короткими длинами волн (фиолетовый, синий) во внутренней части дуги и более длинными волнами (оранжевый, красный) вдоль внешней дуги.

…если бы рассеяния радиации в атмосфере не происходило, то тени казались бы угольно-черными, а не различной степени темноты. Рассеяние заставляет атмосферу иметь собственную яркость (от света, рассеянного частицами на пути солнечного света), что помогает освещать объекты в тени.

Whiz quiz

1. Большинство систем дистанционного зондирования избегают обнаружения и регистрации длин волн в ультрафиолетовой и синей частях спектра. Объясните, почему это будет так. Ответ…

2. Как вы думаете, какие атмосферные условия были бы одними из лучших для дистанционного зондирования в видимой части спектра? Ответ: …

 

Тест на ум — Ответ

1. Обнаружение и регистрация ультрафиолетового и синего излучений затруднены из-за рассеяния и поглощения в атмосфере. Газообразный озон в верхних слоях атмосферы поглощает большую часть ультрафиолетового излучения с длинами волн короче примерно 0,25 мкм. На самом деле это хорошо для нас и большинства других живых существ из-за вредного характера ультрафиолетового излучения ниже этих длин волн. Рэлеевское рассеяние, которое более сильно влияет на более короткие волны, чем на более длинные, приводит к тому, что оставшееся УФ-излучение и более короткие видимые волны (т. с поверхностью Земли. Фактически, синий свет рассеивается примерно в 4 раза сильнее, чем красный свет, а УФ-свет рассеивается в 16 раз сильнее, чем красный свет!

 

2. Около полудня в солнечный, сухой день без облаков и загрязнения было бы очень хорошо для дистанционного зондирования в видимом диапазоне длин волн. В полдень солнце будет находиться в самой прямой точке над головой, что уменьшит расстояние, которое должно пройти излучение, и, следовательно, эффект рассеяния сведет к минимуму.