Что такое электромагнитное излучение. Какие бывают виды электромагнитных волн. Как связаны частота и длина волны электромагнитного излучения. Какие основные свойства имеет электромагнитное излучение. Как электромагнитное излучение используется в дистанционном зондировании.
Что такое электромагнитное излучение
Электромагнитное излучение представляет собой распространение энергии в форме электромагнитных волн. Это колебания взаимосвязанных электрического и магнитного полей, которые распространяются в пространстве со скоростью света.
Основные свойства электромагнитного излучения:
- Состоит из колеблющихся электрического и магнитного полей
- Распространяется со скоростью света в вакууме
- Может передавать энергию на большие расстояния
- Характеризуется длиной волны и частотой колебаний
- Проявляет как волновые, так и корпускулярные свойства
Виды электромагнитных волн
Электромагнитное излучение включает в себя широкий спектр волн с разной длиной и частотой:
- Радиоволны (самые длинные)
- Микроволны
- Инфракрасное излучение
- Видимый свет
- Ультрафиолетовое излучение
- Рентгеновское излучение
- Гамма-излучение (самые короткие)
Все эти виды излучения имеют одинаковую природу, но отличаются длиной волны и частотой колебаний.
Связь между частотой и длиной волны
Частота и длина волны электромагнитного излучения связаны обратно пропорциональной зависимостью:
λ = c / f
где:
- λ — длина волны (м)
- c — скорость света (≈3×10^8 м/с)
- f — частота колебаний (Гц)
То есть чем больше частота, тем меньше длина волны и наоборот. Эта зависимость позволяет определить один параметр через другой.
Основные свойства электромагнитного излучения
Ключевые свойства электромагнитных волн:
- Дифракция — огибание препятствий
- Интерференция — наложение волн друг на друга
- Поляризация — ориентация колебаний в пространстве
- Отражение от поверхностей
- Преломление при прохождении через среды
- Дисперсия — зависимость скорости от длины волны
Эти свойства позволяют использовать электромагнитное излучение для передачи информации и исследования объектов.
Применение электромагнитного излучения в дистанционном зондировании
В дистанционном зондировании электромагнитное излучение используется для получения информации об объектах без непосредственного контакта с ними. Основные методы:
- Пассивные — регистрация естественного излучения объектов
- Активные — облучение объектов и анализ отраженного сигнала
Применяются различные диапазоны электромагнитных волн в зависимости от задачи:
- Радиоволны — радиолокация
- Микроволны — радиометрия
- ИК-излучение — тепловая съемка
- Видимый свет — оптическая съемка
Анализ характеристик принятого излучения позволяет получать разнообразную информацию об исследуемых объектах дистанционно.
Источники электромагнитного излучения
Электромагнитное излучение может генерироваться различными источниками:
- Природные источники:
- Солнце и звезды
- Молнии
- Нагретые тела
- Искусственные источники:
- Радио- и телепередатчики
- Мобильные телефоны
- Лазеры
- Рентгеновские аппараты
В зависимости от механизма генерации излучения, источники могут создавать волны определенных длин или широкого спектра частот.
Влияние электромагнитного излучения на живые организмы
Воздействие электромагнитного излучения на биологические объекты зависит от его частоты и интенсивности:
- Низкочастотное излучение (радиоволны) — слабое влияние
- Видимый свет и ИК-излучение — в основном тепловое воздействие
- УФ-излучение — может вызывать ожоги и мутации
- Рентгеновское и гамма-излучение — ионизирующее действие, опасно для живых тканей
При этом умеренные дозы некоторых видов излучения могут оказывать положительное влияние на организм. Например, ультрафиолет стимулирует выработку витамина D в коже.
Методы регистрации электромагнитного излучения
Для обнаружения и измерения параметров электромагнитных волн используются различные приборы:
- Антенны — для радиоволн
- Фотодетекторы — для видимого и ИК-излучения
- Счетчики фотонов — для высокоэнергетического излучения
Выбор метода регистрации зависит от диапазона длин волн и решаемой задачи. Современные детекторы позволяют регистрировать даже очень слабые электромагнитные сигналы.
Применение электромагнитного излучения в науке и технике
Электромагнитное излучение широко используется в различных областях:
- Связь — радио, телевидение, мобильная связь
- Медицина — рентгенодиагностика, лазерная терапия
- Астрономия — исследование космических объектов
- Спектроскопия — анализ состава веществ
- Радиолокация — обнаружение объектов
- Навигация — GPS, ГЛОНАСС
Понимание свойств электромагнитного излучения позволяет создавать новые технологии и совершенствовать существующие методы его применения.
Гамма-излучение
ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ
Gamma-radiation Гамма-излучение (γ-излучение) – электромагнитное излучение, принадлежащее наиболее высокочастотной (коротковолновой) части спектра электромагнитных волн. Приведем классификацию электромагнитных волн:
| Название | Длина волны, м | Частота, Гц |
|---|---|---|
| радиоволны | 3·105 — 3 | 103 — 108 |
| микроволны | 3 — 3·10-3 | 108 — 1011 |
| инфракрасное излучение | 3·10-3 — 8·10-7 | 1011 —
4. 1014 |
| видимый свет | 8·10-7 — 4·10-7 | 4·1014 — 8·1014 |
| ультрафиолетовое излучение | 4·10-7 — 3·10-9 | 8·1014 — 1017 |
| рентгеновское излучение | 3·10-9 — 10-10 | 1017 — 3·1018 |
| гамма-излучение | < 10-10 | > 3·1018 |
На шкале электромагнитных волн гамма-излучение соседствует
с рентгеновскими лучами, но имеет более короткую длину волны. Первоначально
термин “гамма-излучение” относился к тому типу излучения радиоактивных ядер,
который не отклонялся при прохождении через магнитное поле, в отличие от
α- и β-излучений.
Условно верхней границей длин волн гамма-излучения, отделяющей его от рентгеновского излучения, можно считать величину 10-10 м. При столь малых длинах волн первостепенное значение имеют корпускулярные свойства излучения. Гамма-излучение представляет собой поток частиц — гамма-квантов или фотонов, с энергиями Е = hν (h – постоянная Планка, равная 4.14·10-15 эВ.сек, ν – частота электромагнитных колебаний). Фотоны с энергиями Е > 10 кэВ относят к гамма-квантам. Между длиной волны λ гамма-излучения и его частотой ν существует то же соотношение, что и для других типов электромагнитных волн:
ν·λ = с (с – скорость света).
Частота гамма-излучения (> 3·10
И наоборот, гамма-излучение
может поглощаться атомными ядрами и способно вызывать превращения частиц.
Изучение спектров ядерного гамма-излучения и гамма-излучения, возникающего
в процессах взаимодействия частиц, дает важную информацию о структуре этих
микрообъектов.
Гамма-излучение может также возникать при торможении быстрых
заряженных частиц в среде (тормозное гамма-излучение) или при их движении
в сильных магнитных полях (синхротронное излучение).
Источниками гамма-излучения являются также процессы в космическом
пространстве. Космические гамма-лучи приходят от пульсаров, радиогалактик,
квазаров, сверхновых звёзд.
е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров
ядерного гамма-излучения позволяет определить энергии состояний (уровней)
ядра.При распадах частиц и реакциях с их участием обычно испускаются гамма-кванты с бoльшими энергиями — десятки-сотни МэВ.
Гамма-излучение, образующееся при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, вызывается их торможением в кулоновском поле ядер вещества. Тормозное гамма-излучение имеет сплошной, спадающий с ростом энергии спектр, верхняя граница которого совпадает с кинетической энергией заряженной частицы. На ускорителях заряженных частиц получают тормозное гамма-излучение с энергиями до нескольких десятков ГэВ и более.
Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, т. е. может проходить сквозь большие толщи вещества. Интенсивность узкого пучка моноэнергетических гамма-квантов падает экспоненциально с ростом проходимого им в веществе расстояния. Основные процессы взаимодействия гамма-излучения с веществом — фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), комптоновское рассеяние (комптон-эффект) и образование пар электрон-позитрон. При фотоэффекте гамма-квант выбивает из атома один из его электронов, а сам исчезает. При комптон-эффекте гамма-квант рассеивается на одном из слабо связанных с атомом или свободных электронов вещества. Если энергия гамма-кванта превышает 1.02 МэВ, то возможно его превращение в электрическом поле ядер в пару электрон-позитрон (процесс обратный аннигиляции).
Рис. Зависимость полного коэффициента поглощения гамма-излучения
в свинце и алюминии от энергии (сплошные линии). Поглощение за счёт фотоэффекта
в алюминии пренебрежимо мало при рассматриваемых энергиях.
Гамма-излучение используется в технике (напр., дефектоскопия), радиационной химии (для инициирования химических превращений, напр., при полимеризации), сельском хозяйстве и пищевой промышленности (мутации для генерации хозяйственно-полезных форм, стерилизация продуктов), в медицине (стерилизация помещений, предметов, лучевая терапия) и др.
Свет и цвет: основы основ / Хабр
Мы часто говорим о таком понятии как свет, источниках освещения, цвете изображений и объектов, но не совсем хорошо себе представляем, что такое свет и что такое цвет. Пора разобраться с этими вопросами и перейти от представления к понимаю.
Мы окружены
Осознаем мы этого или нет, но мы находимся в постоянном взаимодействии с окружающим миром и принимаем на себя воздействие различных факторов этого мира.
Мы видим окружающее нас пространство, постоянно слышим звуки от различных источников, ощущаем тепло и холод, не замечаем, что пребываем под воздействием естественного радиационного фона, а также постоянно находимся в зоне излучения, которое исходит от огромного количества источников сигналов телеметрии, радио и электросвязи. Почти всё вокруг нас испускает электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение — это электромагнитные волны, созданные различными излучающими объектами – заряженными частицами, атомами, молекулами. Волны характеризуются частотой следования, длинной, интенсивностью, а также рядом других характеристик. Вот вам просто ознакомительный пример. Тепло, исходящее от горящего костра – это электромагнитная волна, а точнее инфракрасное излучение, причем очень высокой интенсивности, мы его не видим, но можем почувствовать. Врачи сделали рентгеновский снимок – облучили электромагнитными волнами, обладающими высокой проникающей способностью, но мы этих волн не ощутили и не увидели.
То, что электрический ток и все приборы, которые работают под его действием, являются источниками электромагнитного излучения, вы все, конечно же, знаете. Но в этой статье я не стану рассказать вам теорию электромагнитного излучения и его физическую природу, я постараюсь более мене простым языком объяснить, что же такое видимый свет и как образуется цвет объектов, которые мы с вами видим. Я начал говорить про электромагнитные волны, чтобы сказать вам самое главное: Свет – это электромагнитная волна, которая испускается нагретым или находящимся в возбужденном состоянии веществом. В роли такого вещества может выступить солнце, лампа накаливания, светодиодный фонарик, пламя костра, различного рода химические реакции. Примеров может быть достаточно много, вы и сами можете привести их в гораздо большем количестве, чем я написал. Необходимо уточнить, что под понятием свет мы будем подразумевать видимый свет. Всё выше сказанное можно представить в виде вот такой картинки (Рисунок 1).
Рисунок 1 – Место видимого излучения среди других видов электромагнитного излучения.
На Рисунке 1 видимое излучение представлено в виде шкалы, которая состоит из «смеси» различных цветов. Как вы уже догадались – это спектр. Через весь спектр (слева направо) проходит волнообразная линия (синусоидальная кривая) – это электромагнитная волна, которая отображает сущность света как электромагнитного излучения. Грубо говоря, любое излучение – есть волна. Рентгеновское, ионизирующее, радиоизлучение (радиоприемники, телевизионная связь) – не важно, все они являются электромагнитными волнами, только каждый вид излучения имеет разную длину этих волн. Синусоидальная кривая является всего лишь графическим представлением излучаемой энергии, которая изменяется во времени. Это математическое описание излучаемой энергии. На рисунке 1 вы также можете заметить, что изображенная волна как бы немного сжата в левом углу и расширена в правом. Это говорит о том, что она имеет разную длину на различных участках. Длина волны – это расстояние между двумя её соседними вершинами.
Видимое излучение (видимый свет) имеет длину волны, которая изменяется в пределах от 380 до 780nm (нанометров). Видимый свет — всего лишь звено одной очень длинной электромагнитной волны.
От света к цвету и обратно
Ещё со школы вы знаете, что если на пути луча солнечного света поставить стеклянную призму, то большая часть света пройдет через стекло, и вы сможете увидеть разноцветные полосы на другой стороне призмы. То есть изначально был солнечный свет — луч белого цвета, а после прохождения через призму разделился на 7 новых цветов. Это говорит о том, что белый свет состоит из этих семи цветов. Помните, я только что говорил, что видимый свет (видимое излучение) — это электромагнитная волна, так вот, те разноцветные полосы, которые получились после прохождения солнечного луча через призму – есть отдельные электромагнитные волны. То есть получаются 7 новых электромагнитных волн. Смотрим на рисунок 2.
Рисунок 2 – Прохождение луча солнечного света через призму.
Каждая из волн имеет свою длину.
Видите, вершины соседних волн не совпадают друг с другом: потому что красный цвет (красная волна) имеет длину примерно 625-740nm, оранжевый цвет (оранжевая волна) – примерно 590-625nm, синий цвет (синяя волна) – 435-500nm., не буду приводить цифры для остальных 4-х волн, суть, я думаю, вы поняли. Каждая волна – это излучаемая световая энергия, то есть красная волна излучает красный свет, оранжевая – оранжевый, зеленая – зеленый и т.д. Когда все семь волн излучаются одновременно, мы видим спектр цветов. Если математически сложить графики этих волн вместе, то мы получим исходный график электромагнитной волны видимого света – получим белый свет. Таким образом, можно сказать, что спектр электромагнитной волны видимого света – это сумма волн различной длины, которые при наложении друг на друга дают исходную электромагнитную волну. Спектр «показывает из чего состоит волна». Ну, если совсем просто сказать, то спектр видимого света – это смесь цветов, из которых состоит белый свет (цвет).
Надо сказать, что и у других видов электромагнитного излучения (ионизирующего, рентгеновского, инфракрасного, ультрафиолетового и т.д.) тоже есть свои спектры.
Любое излучение можно представить в виде спектра, правда таких цветных линий в его составе не будет, потому, как человек не способен видеть другие типы излучений. Видимое излучение – это единственный вид излучений, который человек может видеть, потому-то это излучение и назвали – видимое. Однако сама по себе энергия определенной длины волны не имеет никакого цвета. Восприятие человеком электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение.
Но только ли путем сложения семи основных цветов мы можем получить белый цвет? Отнюдь. В результате научных исследований и практических экспериментов было установлено, что все цвета, которые способен воспринимать человеческий глаз, можно получить смешиванием всего лишь трех основных цветов.
Три основных цвета: красный, зеленый, синий. Если с помощью смешивания этих трех цветов можно получить практически любой цвет, значит можно получить и белый цвет! Посмотрите на спектр, который был приведен на рисунке 2, на спектре четко просматриваются три цвета: красный, зеленый и синий. Именно эти цвета лежат в основе цветовой модели RGB (Red Green Blue).
Проверим как это работает на практике. Возьмем 3 источника света (прожектора) — красный, зеленый и синий. Каждый из этих прожекторов излучает только одну электромагнитную волну определенной длины. Красный – соответствует излучению электромагнитной волны длиной примерно 625-740nm (спектр луча состоит только из красного цвета), синий излучает волну длиной 435-500nm (спектр луча состоит только из синего цвета), зеленый – 500-565nm (в спектре луча только зеленый цвет). Три разных волны и больше ничего, нет никакого разноцветного спектра и дополнительных цветов. Теперь направим прожектора так, чтобы их лучи частично перекрывали друг друга, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3 — Результат наложения красного, зеленого и синего цветов.
Посмотрите, в местах пересечения световых лучей друг с другом образовались новые световые лучи – новые цвета. Зеленый и красный образовали желтый, зеленый и синий – голубой, синий и красный — пурпурный. Таким образом, изменяя яркость световых лучей и комбинируя цвета можно получить большое многообразие цветовых тонов и оттенков цвета. Обратите внимание на центр пересечения зеленого, красного и синего цветов: в центре вы увидите белый цвет. Тот самый, о котором мы недавно говорили. Белый цвет – это сумма всех цветов. Он является «самым сильным цветом» из всех видимых нами цветов. Противоположный белому – черный цвет. Черный цвет – это полное отсутствие света вообще. То есть там, где нет света — там мрак, там всё становится черным. Пример тому — иллюстрация 4.
Рисунок 4 – Отсутствие светового излучения
Я как-то незаметно перехожу от понятия свет к понятию цвет и вам ничего не говорю.
Пора внести ясность. Мы с вами выяснили, что свет – это излучение, которое испускается нагретым телом или находящимся в возбужденном состоянии веществом. Основными параметрами источника света являются длина волны и сила света. Цвет – это качественная характеристика этого излучения, которая определяется на основании возникающего зрительного ощущения. Конечно же, восприятие цвета зависит от человека, его физического и психологического состояния. Но будем считать, что вы достаточно хорошо себя чувствуете, читаете эту статью и можете отличить 7 цветов радуги друг от друга. Отмечу, что на данный момент, речь идет именно о цвете светового излучения, а не о цвете предметов. На рисунке 5 показаны зависимые друг от друга параметры цвета и света.
Рисунки 5 и 6– Зависимость параметров цвета от источника излучения
Существуют основные характеристики цвета: цветовой тон (hue), яркость (Brightness), светлость (Lightness), насыщенность (Saturation).
Цветовой тон (hue)
– Это основная характеристика цвета, которая определяет его положение в спектре.
Вспомните наши 7 цветов радуги – это, иначе говоря, 7 цветовых тонов. Красный цветовой тон, оранжевый цветовой тон, зелёный цветовой тон, синий и т.д. Цветовых тонов может быть довольно много, 7 цветов радуги я привел просто в качестве примера. Следует отметить, что такие цвета как серый, белый, черный, а также оттенки этих цветов не относятся к понятию цветовой тон, так как являются результатом смешивания различных цветовых тонов.
Яркость (Brightness)
– Характеристика, которая показывает, насколько сильно излучается световая энергия того или иного цветового тона (красного, желтого, фиолетового и т.п.). А если она вообще не излучается? Если не излучается – значит, её нет, а нет энергии — нет света, а там где нет света, там черный цвет. Любой цвет при максимальном снижении яркости становится черным цветом. Например, цепочка снижения яркости красного цвета: красный — алый — бордовый — бурый — черный. Максимальное увеличение яркости, к примеру, того же красного цвета даст «максимально красный цвет».
Светлость (Lightness)
– Степень близости цвета (цветового тона) к белому. Любой цвет при максимальном увеличении светлости становится белым. Например: красный — малиновый — розовый — бледно-розовый — белый.
Насыщенность (Saturation)
– Степень близости цвета к серому цвету. Серый цвет является промежуточным цветом между белым и черным. Серый цвет образуется путем смешивания в равных количествах красного, зеленого, синего цвета с понижением яркости источников излучения на 50%. Насыщенность изменяется непропорционально, то есть понижение насыщенности до минимума не означает, что яркость источника будет снижена до 50%. Если цвет уже темнее серого, при понижении насыщенности он станет ещё более темным, а при дальнейшем понижении и вовсе станет черным цветом.
Такие характеристики цвета как цветовой тон (hue), яркость (Brightness), и насыщенность (Saturation) лежат в основе цветовой модели HSB (иначе называемая HCV).
Для того чтобы разобраться в этих характеристиках цвета, рассмотрим на рисунке 7 палитру цветов графического редактора Adobe Photoshop.
Рисунок 7 – Палитра цветов Adobe Photoshop
Если вы внимательно посмотрите на рисунок, то обнаружите маленький кружочек, который расположен в самом верхнем правом углу палитры. Этот кружочек показывает, какой цвет выбран на цветовой палитре, в нашем случае это красный. Начнем разбираться. Сначала посмотрим на числа и буквы, которые расположены в правой половине рисунка. Это параметры цветовой модели HSB. Самая верхняя буква – H (hue, цветовой тон). Он определяет положение цвета в спектре. Значение 0 градусов означает, что это самая верхняя (или нижняя) точка цветового круга – то есть это красный цвет. Круг разделен на 360 градусов, т.е. получается, в нем 360 цветовых тонов. Следующая буква – S (saturation, насыщенность). У нас указано значение 100% — это значит, что цвет будет «прижат» к правому краю цветовой палитры и имеет максимально возможную насыщенность.
Затем идет буква B (brightness, яркость) – она показывает, насколько высоко расположена точка на палитре цветов и характеризует интенсивность цвета. Значение 100% говорит о том, что интенсивность цвета максимальна и точка «прижата» к верхнему краю палитры. Буквы R(red), G(green), B(blue) — это три цветовых канала (красный, зеленый, синий) модели RGB. В каждом в каждом из них указывается число, которое обозначает количество цвета в канале. Вспомните пример с прожекторами на рисунке 3, тогда мы выяснили, что любой цвет может быть получен путем смешивания трех световых лучей. Записывая числовые данные в каждый из каналов, мы однозначно определяем цвет. В нашем случае 8-битный канал и числа лежат в диапазоне от 0 до 255. Числа в каналах R, G, B показывают интенсивность света (яркость цвета). У нас в канале R указано значение 255, а это значит, что это чистый красный цвет и у него максимальная яркость. В каналах G и B стоят нули, что означает полное отсутствие зеленого и синего цветов. В самой нижней графе вы можете увидеть кодовую комбинацию #ff0000 — это код цвета.
У любого цвета в палитре есть свой шестнадцатиричный код, который определяет цвет. Есть замечательная статья Теория цвета в цифрах, в которой автор рассказывает как определять цвет по шестнадцатеричному коду.
На рисунке вы также можете заметить перечеркнутые поля числовых значений с буквами «lab» и «CMYK». Это 2 цветовых пространства, по которым тоже можно характеризовать цвета, о них вообще отдельный разговор и на данном этапе незачем вникать в них пока не разберетесь с RGB.
Можете открыть цветовую палитру Adobe Photoshop и поэксперовать со значением цветов в полях RGB и HSB. Вы заметите, что изменение числовых значений в каналах R, G, и B приводит к изменению числовых значений в каналах H, S, B.
Цвет объектов
Пора поговорить о том, как так получается, что окружающие нас предметы принимают свой цвет, и почему он меняется при различном освещении этих предметов.
Объект можно увидеть, только если он отражает или пропускает свет. Если же объект почти полностью поглощает падающий свет, то объект принимает черный цвет.
А когда объект отражает почти весь падающий свет, он принимает белый цвет. Таким образом, можно сразу сделать вывод о том, что цвет объекта будет определяться количеством поглощенного и отраженного света, которым этот объект освещается. Способность отражать и поглощать свет определятся молекулярной структурой вещества, иначе говоря — физическими свойствами объекта. Цвет предмета «не заложен в нем от природы»! От природы в нем заложены физические свойства: отражать и поглощать.
Цвет объекта и цвет источника излучения неразрывно связаны между собой, и эта взаимосвязь описывается тремя условиями.
— Первое условие: Цвет объект может принимать только при наличии источника освещения. Если нет света, не будет и цвета! Красная краска в банке будет выглядит черной. В темной комнате мы не видим и не различаем цветов, потому что их нет. Будет черный цвет всего окружающего пространства и находящихся в нем предметов.
— Второе условие: Цвет объекта зависит от цвета источника освещения.
Если источник освещения красный светодиод, то все освещаемые этим светом объекты будут иметь только красные, черные и серые цвета.
— И наконец, Третье условие: Цвет объекта зависит от молекулярной структуры вещества, из которого состоит объект.
Зеленая трава выглядит для нас зеленой, потому что при освещении белым светом она поглощает красную и синюю волну спектра и отражает зеленую волну (Рисунок 8).
Рисунок 8 – Отражение зеленой волны спектра
Бананы на рисунке 9 выглядят желтыми, потому что они отражают волны, лежащие в желтой области спектра (желтую волну спектра) и поглощает все остальные волны спектра.
Рисунок 9 – Отражение желтой волны спектра
Собачка, та что изображена на рисунке 10 – белая. Белый цвет – результат отражения всех волн спектра.
Рисунок 10 – Отражение всех волн спектра
Цвет предмета – это цвет отраженной волны спектра. Вот так предметы приобретают видимый нами цвет.
В следующей статье речь пойдет о новой характеристике цвета — цветовой температуре.
Электромагнитное излучение
В этом разделе
Знаете ли вы?
Как было отмечено в предыдущем разделе, первым требованием для дистанционного зондирования является наличие источника энергии для освещения цели (если только воспринятая энергия не излучается целью). Эта энергия находится в форме электромагнитного излучения.
[Текстовая версия]
Все электромагнитное излучение имеет фундаментальные свойства и ведет себя предсказуемым образом в соответствии с основами волновой теории. Электромагнитное излучение состоит из электрического поля (Е), величина которого изменяется в направлении, перпендикулярном направлению распространения излучения, и магнитного поля (М), ориентированного под прямым углом к электрическому полю. Оба эти поля движутся со скоростью света (c).
[Текстовая версия]
Две характеристики электромагнитного излучения особенно важны для понимания дистанционного зондирования.
Это длина волны и частота .
[Текстовая версия]
Длина волны — это длина одного цикла волны, которую можно измерить как расстояние между последовательными гребнями волны. Длина волны обычно обозначается греческой буквой лямбда (λ). Длина волны измеряется в метрах (м) или в нескольких метрах, например, нанометров (нм, 10 -9 метров), микрометров (мкм, 10 -6 метров) (мкм, 10 -6 метры) или сантиметры (см, 10 -2 метр). Частота относится к числу циклов волны, проходящей фиксированную точку в единицу времени. Частота обычно измеряется в герц (Гц), что эквивалентно одному циклу в секунду и различным кратным герцам.
Длина волны и частота связаны следующей формулой:
[Текстовая версия]
Таким образом, они обратно пропорциональны друг другу. Чем короче длина волны, тем выше частота. Чем длиннее длина волны, тем ниже частота.
Понимание характеристик электромагнитного излучения с точки зрения длины волны и частоты имеет решающее значение для понимания информации, которую необходимо извлечь из данных дистанционного зондирования. Далее мы рассмотрим, как мы классифицируем электромагнитное излучение именно для этой цели.
«Я сошел с ума!»
…что дистанционное зондирование, в самом широком смысле, включает в себя УЗИ, спутниковые карты погоды, радар скорости, выпускные фотографии и сонар — как для кораблей, так и для летучих мышей!. Больницы используют технологии визуализации, в том числе компьютерную томографию, магнитно-резонансную томографию (трехмерное изображение мягких тканей) и рентгеновские лучи для исследования нашего тела. Все это примеры неинтрузивных методов дистанционного зондирования.
…вы можете использовать осциллограф, специальное электронное устройство, которое отображает волны, подобные волнам электромагнитного излучения, которые вы видели здесь, чтобы посмотреть на длину волны и частотные характеристики вашего голоса.
Высокие звуки имеют короткие волны и высокие частоты. Низкие звуки наоборот. Ученые говорят, что сама Земля вибрирует на очень низкой частоте, издавая звук намного ниже диапазона человеческого слуха.
…что понятие длины волны и частоты является важным принципом, лежащим в основе так называемого доплеровского сдвига, который объясняет, как звуковые и световые волны воспринимаются как сжатые или расширенные, если объект, их производящий, движется относительно датчика. По мере того, как поезд или гоночный автомобиль приближается к нам, наши уши склонны слышать все более низкие звуки или частоты (более короткие волны), пока они не достигнут нас, первоначальную частоту объекта, когда он находится сбоку, а затем еще более низкие частоты по мере его удаления. Тот же самый принцип (применительно к свету) используется астрономами, чтобы увидеть, как быстро звезды удаляются от нас (красное смещение).
Тест на ум
Первым требованием для дистанционного зондирования является источник энергии, который может освещать цель.
Какой очевидный источник электромагнитной энергии вы можете себе представить? Какое «устройство дистанционного зондирования» вы лично используете для обнаружения этой энергии? Ответ: …
Предположим, что скорость света равна 3×10 8 м/с. Если частота электромагнитной волны составляет 500 000 ГГц (ГГц = гигагерц = 10 9 м/с), какова длина волны этого излучения? Выразите ответ в микрометрах (мкм). Ответ…
Тест на ум — Ответ
Ответ 1: Самым очевидным источником электромагнитной энергии и излучения является солнце. Солнце обеспечивает первоначальный источник энергии для большей части дистанционного зондирования поверхности Земли. Устройство дистанционного зондирования, которое мы, люди, используем для обнаружения солнечного излучения, — это наши глаза. Да, их можно считать дистанционными датчиками — и очень хорошими, — поскольку они обнаруживают видимый свет от солнца, который позволяет нам видеть. Есть и другие виды света, невидимые для нас.
.. но об этом позже.
[Текстовая версия]
Ответ 2: Используя уравнение связи между длиной волны и частотой, рассчитаем длину волны излучения с частотой 500 000 ГГц.
Сообщить о проблеме на этой странице Пожалуйста, выберите все подходящие варианты:Ссылка, кнопка или видео не работают
У него орфографическая ошибка
Информация отсутствует
Информация устарела или неверна
я не могу найти то, что ищу
Другая проблема, которой нет в этом списке
Спасибо за помощь!
Вы не получите ответа. Если у вас есть вопросы, свяжитесь с нами.
- Дата изменения:
Электромагнитное излучение: определение, характеристики
ОбзорСначала считалось, что магнетизм и электричество представляют собой две независимые силы. Позже, в 1873 году, шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл создал комбинированную теорию электромагнетизма. Электромагнитное излучение, или электромагнитное излучение, создается электромагнитными полями. Телевизионные волны, микроволны, гамма-лучи, радиоволны, рентгеновские лучи, гамма-лучи, рентгеновские лучи и другие виды электромагнитного излучения окружают нас повсюду и являются формами энергии. В этой статье мы поговорим об определении электромагнитного излучения и его характеристиках.
Что такое электромагнитное излучение: теория электромагнетизма Ранее считалось, что магнетизм и электричество представляют собой разные силы. Однако всеобъемлющая теория электромагнетизма была создана в 1873 году шотландским физиком Клерком Максвеллом.
Его исследования сосредоточены на взаимодействии между электрически заряженными частицами и магнитным полем. Пункты, перечисленные ниже, предоставляют информацию о первичных электромагнитных взаимодействиях.
- Магнитные полюса аналогичны электрическим зарядам; они встречаются парами, которые сопротивляются и притягиваются друг к другу.
- Существует обратное соотношение между квадратом расстояния силы притяжения и отталкивания частицы.
- Формирование магнитного поля происходит, когда электрическое поле находится в движении.
- Электрический провод с током создает магнитное поле, ориентация которого определяется протеканием тока.
Электромагнитное излучение
Определение Что такое электромагнитное излучение? Это тип энергии, создаваемый колебательными магнитными и электрическими возмущениями или движением электрически заряженных частиц, проходящих через вакуум или вещество. Эти комбинированные магнитные и электрические волны идут перпендикулярно друг другу, поскольку электрическое и магнитное поля находятся под прямым углом, вызывая возмущения.
Фотоны, сгустки световой энергии, движущиеся со скоростью света в виде квантовых гармонических волн, являются побочными продуктами излучения электронов. Затем электромагнитный спектр используется для классификации этой энергии в зависимости от ее длины волны. Эти магнитные и электрические волны обладают определенными свойствами, такими как амплитуда, длина волны и частота, и они движутся перпендикулярно.
Таким образом, можно определить электромагнитное излучение как тип энергии, создаваемой электрически заряженными частицами, движущимися через вакуум или материю, а также колебательными электрическими и магнитными возмущениями. Комбинированные волны распространяются перпендикулярно как электрическому, так и магнитному осциллирующим полям, вызывая возмущение, вызванное сближением электрического и магнитного полей под углом 90°.
Все электромагнитные излучения имеют следующие общие характеристики:
- Электромагнитное излучение может проходить через вакуум или пустые пространства.
Почти все другие волны должны пройти через вещество для распространения. Например, звуковые волны должны пройти через твердое тело, жидкость или газ, чтобы их можно было услышать. - Скорость света всегда остается постоянной. (Скорость молнии: 2..99792458 х 108 м с-1)
- Длины волн рассчитываются как расстояние между гребнями и впадинами. Обычно его обозначают греческой буквой λ.
Почти все другие волны должны пройти через вещество для распространения. Например, звуковые волны должны пройти через твердое тело, жидкость или газ, чтобы их можно было услышать.Амплитуда
Амплитуда волны представляет собой расстояние между ее пиковым вертикальным смещением и ее центром. Он измеряет силу колебаний в определенной волне. Амплитуда обычно представляет собой длину (высоту) волны. Более высокая амплитуда соответствует большей энергии, тогда как более низкая амплитуда соответствует меньшей энергии. Амплитуда важна, потому что она передает яркость или интенсивность волны по отношению к другим волнам.
Длина волны
Длина волны ( λ ) – это расстояние одного полного цикла колебаний.
Волны с большей длиной волны, такие как радиоволны, содержат меньше энергии; по этой причине люди могут включать радио без каких-либо негативных последствий. Волны более высокой энергии с более короткими длинами волн, такие как рентгеновские лучи, могут нанести вред организму. В результате при рентгене используются свинцовые фартуки для защиты тела от опасного излучения. Это соотношение между длинами волн описывается следующим образом:
c = λv
где,
- c = скорость света,
- λ = длина волны, а
- ν = частота
Более высокая частота соответствует более высокой энергии, а более высокая частота соответствует более короткой длине волны. Длины волн важны, потому что они определяют тип изучаемой волны.
| Памятка Амплитуда описывает силу света, а длина волны описывает вид света. |
Частота
Частота относится к общему количеству циклов в секунду, обозначается как сек-1 или герц (Гц).
Энергия и частота прямо коррелированы, и частота может быть выражена как:
E = hv
где,
- E = энергия
- ч = постоянная Планка (со значением 6,62607 x 10-34 Дж)
- v = частота
Период
Период (T) относится к общему времени, за которое волна проходит одну длину волны. Он рассчитывается в секундах.
Скорость
Общее определение скорости волны классифицируется как:
В вакууме или космосе скорость электромагнитной волны составляет 2,99 108 м/с или 186 282 мили в секунду.
Электромагнитный спектр Частота волны увеличивается по мере уменьшения ее длины, и наоборот, по мере увеличения длины волны. При производстве электромагнитной энергии частота и длина волны уменьшаются по мере повышения уровня энергии. Затем электромагнитный спектр используется для классификации электромагнитного излучения в соответствии с его частотой или длиной волны. Электромагнитный спектр отображает различные типы электромагнитного излучения, включая микроволны, радиоволны, видимый свет, инфракрасные волны, ультрафиолетовое излучение, гамма-лучи и рентгеновские лучи.
Спектр видимого света — это область электромагнитного спектра, которую мы можем наблюдать.
Радиоволны: длина волны радиоволн составляет примерно 103 метра. Как следует из названия, телепередачи, радиопередачи и даже сотовые телефоны передают радиоволны. Энергетические уровни радиоволн самые низкие. Газообразный водород в космосе излучает радиоэнергию только с низкой частотой, которая извлекается в виде радиоволн и используется в дистанционном зондировании. Они также используются в радиолокационных или сенсорных системах, где они передают радиоволны и собирают отраженную энергию. Радиолокационные устройства отображают карты земной поверхности и прогнозируют погодные условия, поскольку радиоизлучение легко передается через атмосферу.
Микроволны: Помимо приготовления пищи, микроволны могут передавать информацию через пространство. Они также используются в дистанционном зондировании, методе, при котором микроволны посылаются и отражаются при сборе данных.
Микроволны можно измерять в сантиметрах. Они эффективны для передачи информации, поскольку энергия может проходить через такие элементы, как небольшой дождь и облака. Доплеровские радары могут использовать короткие микроволны для прогнозирования погоды.
Инфракрасное излучение: Тепловая энергия или тепло могут быть получены посредством инфракрасного излучения. Также можно использовать отраженную энергию, известную как относительно близкое инфракрасное излучение из-за сходства с энергией видимого света. Наиболее часто инфракрасное излучение применяется в дистанционном зондировании, когда инфракрасные датчики собирают тепловую энергию для предоставления людям данных о погоде.
Видимый свет: Единственная область электромагнитного спектра, которую люди могут воспринимать естественным образом, — это видимый свет. Эта область спектра имеет множество цветов, каждый из которых обозначает определенную длину волны. Именно так создаются радуги: свет проходит сквозь вещество, где, в зависимости от длины волны, либо поглощается, либо отражается.
В результате одни оттенки отражаются в радуге сильнее, чем другие.
Рентгеновские лучи, гамма-лучи, радиация, ультрафиолет и радиация связаны с тем, что происходит в космосе. УФ-излучение так хорошо известно из-за его вредного воздействия на организм со стороны солнца, которое может привести к раку. Рентгеновские лучи обычно используются для получения изображений органов тела в медицинских целях. Поскольку гамма-излучение имеет высокий уровень энергии, люди могут использовать его в химиотерапии для удаления злокачественных новообразований из организма. Гамма-лучи, самые короткие волны, имеют длину волны около 10–12 м. Человеческий глаз может обнаружить волны только между 390 нм и 780 нм из этого обширного диапазона.
Свойства электромагнитного излучения- Скорость света всегда равна 2,99792458 x 108 м/с.
","469777815":"hybridMultilevel"}» aria-setsize=»-1″ data-aria-posinset=»1″ data-aria-level=»1″> Они способны путешествовать в пустом пространстве. Кроме электромагнитных волн, все волны должны проходить через какое-то вещество. Например, звуковые волны потребуют прохождения твердого тела, жидкости или газа.
","469777815":"hybridMultilevel"}» aria-setsize=»-1″ data-aria-posinset=»1″ data-aria-level=»1″> Символ «λ» используется для обозначения длины волны. Он определяется как расстояние между двумя ближайшими точками, которые находятся в фазе друг с другом. В результате два соседних гребня или впадины волны разделены одной полной длиной волны.Так что же такое электромагнитное излучение? Это форма энергии, в которой фотоны с волновыми и корпускулярными характеристиками движутся со скоростью света. При взаимодействии с любой формой материи эти электромагнитные волны передают энергию. Определение электромагнитного излучения гласит, что энергия обратно пропорциональна длине волны и частоте. Следовательно, электромагнитные волны с меньшими длинами волн несут больше энергии. Студенты должны хорошо усвоить эту тему, чтобы лучше понимать высшие предметы.
Часто задаваемые вопросы 1. Каковы области применения электромагнитного излучения в пищевых продуктах? Ответ.
Широкое использование электромагнитного излучения при приготовлении пищи может убить пищевые бактерии. Секция микроволнового или радиоволн электромагнитного спектра недавно изучалась на предмет потенциального применения в приготовлении пищи с положительными результатами для инактивации микроорганизмов. Наиболее широко используемая энергия электромагнитного излучения используется в различных технологиях обработки пищевых продуктов, включая микроволновую печь, радиочастоту, облучение, инфракрасное излучение, видимый свет и ультрафиолет.
Ответ. Когда заряженная частица меняет свою скорость, как электрон, то есть когда она ускоряется или замедляется, создается электромагнитное излучение. Заряженная частица несет ответственность за потерю энергии создаваемого электромагнитного излучения. Колебательный ток или заряд антенны — типичная иллюстрация этого явления.
3. Приведите несколько примеров обычных бытовых электромагнитных излучений.
