Виды электромагнитного излучения: Как обнаружить опасное излучение

Содержание

Электромагнитное излучение

Определение 1

Электромагнитное излучение – это электромагнитные волны, которые возбуждаются разными излучающими объектами (атомами, заряженными частицами, молекулами, антеннами).

С момента зарождения жизни на планете существует стабильный электромагнитный фон. На протяжении длительного времени он был неизменен. Однако интенсивность этого фона с развитием человечества растет с неимоверной скоростью. Огромное количество электрических приборов, линии электропередач, мобильная связь – все эти «новшества эволюции» стали основным источником электромагнитного загрязнения.

Особенности электромагнитного излучения

На первый взгляд может показаться, что нет ничего общего между столь разыми явлениями электромагнитного излучения. И в самом деле, что общего между рентгеновской трубкой, радиоактивным веществом, теплой печкой, лампой фонарика и генератором переменного тока, который подключен к линии электропередачи, как, впрочем, и между глазом, фотопленкой, термопарой, радиоприемником и телевизионной антенной? Второй список состоит из приемников, а первый – из источников электромагнитного излучения.{-12}$ метров для рентгеновского излучения и до нескольких тысяч километров для низкочастотных колебаний. Поэтому воздействие электромагнитных волн с веществом очень отличается в различных частях спектра. Электромагнитные волны значительно отличаются от звука тем, что их можно передать к источнику от приемника через вакуум.

Готовые работы на аналогичную тему

Пример 1

Например, рентгеновские лучи, которые возникают в вакуумной трубке, влияют на фотопленку, что расположены вдали от нее. В то время, как звук колокольчика, что находится под колпаком, невозможно услышать, если откачать воздух из-под колпака.

Глаз человека воспринимает солнечные лучи видимого света, а антенна, что расположена на Земле, — радиосигналы космического аппарата, который удален на миллионы километров.

Замечание 1

Таким образом, для распространения электромагнитных волн никакой материальной среды не требуется.

Виды электромагнитного излучения

В зависимости от длины волны, электромагнитное излучение можно разделить на множество видов:

  1. Видимый свет. Сюда относится то электромагнитное излучение, которое человек может воспринимать зрительно. Длина световых волн в данном случае варьируется от 380 до 780 нанометров. Из этого следует, что электромагнитные волны видимого света очень короткие.
  2. Инфракрасное излучение. Данный вид излучения находится в электромагнитном спектре между радиоволнами и световым излучением. Длина инфракрасных волн значительно больше световых волн и располагается в диапазоне от 780 нанометров до 1-го миллиметра.
  3. Радиоволны. Сюда же можно отнести микроволны, что излучает микроволновая печь. Это самые длинные электромагнитные волны. К ним относится все виды излучения, длина волн которых начинается от 0,5 миллиметра.
  4. Ультрафиолетовое излучение. Данный вид электромагнитного излучения является пагубным для большинства живых существ. Длина таких волн находится в диапазоне от 10 до 400 нанометров. Располагаются волны инфракрасного излучения в промежутке между видимым и рентгеновским излучением.{-10}$ метра. Гамма-лучи имеют самую высокую энергию излучения. Этот вид – самый опасный вид электромагнитного излучения для человеческого организма.

Источники электромагнитного излучения

Несмотря на то, что электромагнитное излучение имеет физические различия, во всех его источниках это излучение возбуждается при помощи движущихся с ускорением электрических зарядов.

Различают два вида источников электромагнитного излучения:

  1. Микроскопические источники электромагнитного излучения. Заряженные частицы в «микроисточниках» переходят из одного энергетического уровня в другой при помощи скачков. Такие скачки происходят внутри молекул и атомов. Излучатели такого типа испускают ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-, инфракрасное и видимое излучение. В некоторых случаях возникает длинноволновое излучение. В качестве примера тут можно привести линию в спектре водорода, которая соответствует длине волны 21 сантиметр. Такое вид излучения играет важную роль в радиоастрономии.2}$

    Рентгеновское излучение формируется при бомбардировке в вакууме на поверхности металлического анода при помощи электронов, которые обладают огромными скоростями. Замедляясь в материале анода, данные электроны испускают «тормозное излучение», которое имеет непрерывный спектр. А перестройка внутренней структуры атомов, что происходит в результате электронной бомбардировки, сопровождается испусканием характеристического излучения. Частоты данного излучения определяются материалом анода.

    Световое видимое и ультрафиолетовое излучение дают такие же электронные переходы в атоме. Что касается инфракрасного излучения, то оно является результатом трансформаций, которые практически не затрагивают электронную структуру и что связаны с изменением амплитуды колебаний и вращательного момента импульса молекулы.

    «Колебательный контур» имеется в генераторах электрических колебаний. Тут электроны совершают вынужденные колебания с частотой, которая зависит от его размеров и конструкции. Самые высокие частоты, которые соответствуют сантиметровым и миллиметровым волнам, генерируются магнетронами и клистронами. Это электровакуумные приборы с металлическими резонаторами, в которых колебания возбуждаются токами электронов.

    Колебательный контур в генераторах с низкими частотами состоит из катушки индуктивности $L$ и конденсатора с емкостью $C$, который возбуждается транзисторной или ламповой схемой. Собственная частота такого контура, что близка при малом затухании к резонансной, представлена в виде выражения:

    $f = \frac {1} {2} \pi \sqrt {LC}$

    Переменные поля низких частот, которые применяются для передачи электроэнергии, создаются электромашинными генераторами тока, где роторы вращаются между магнитными полюсами.

    Примеры источников излучения

    Вокруг нас постоянно находится множество источников электромагнитного излучения, которые отдают в пространство опасные для человека электромагнитные волны. Перечислить их все практически нереально, поэтому рассмотрим наиболее глобальные и популярные примеры источников электромагнитного излучения:

    • Высоковольтные линии электропередач. Данные источники имеют мощный уровень электромагнитного излучения и высокое напряжение. Если жилой дом расположен менее чем на 1000 метров к таким линиям, то у жителей таких домов возрастают риски возникновения онкологических заболеваний.
    • Электрический транспорт. Сюда относятся поезда метрополитена и электрички, троллейбусы и трамваи, а также обычные лифты в домах и торговых центрах.
    • Радио- и телевизионные вышки. Электромагнитное излучение от таких вышек крайне опасно для человеческого здоровья. Особенно опасны те, что установлены не в соответствии с санитарными нормами.
    • Бытовые приборы. К ним можно отнести микроволновые печи, телевизор, компьютер, энергосберегающие лампы, фены, зарядные устройства и прочие.
    • Мобильные телефоны. Электромагнитное излучение от телефона негативно сказывается на общем самочувствии и плохо воздействует на человеческий мозг.
    • Медицинское оборудование. Рентген, компьютерный томограф, МРТ имеют сильное излучение.

    Все мы по-прежнему будем пользоваться этими приборами. Важно при этом минимизировать негативное воздействие, которое оказывают источники электромагнитного излучения.

    Виды электромагнитного излучения (в день физики)

    Виды электромагнитного излучения (в день физики)


    Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей.

    Диапазоны электромагнитного излучения

    1 Радиоволны

    2. Инфракрасное излучение (Тепловое)

    3. Видимое излучение (Оптическое)

    4. Ультрафиолетовое излучение

    5. Жёсткое излучение

    Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту и длину волны. Длина волны зависит от скорости распространения излучения. Скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше.

    Особенностями электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики являются наличие трёх взаимноперпендикулярных векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля E и вектора напряжённости магнитного поля H.

    Спектр электромагнитных излучений

    Электромагнитные волны — это поперечные волны (волны сдвига), в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приёмнику в том, числе и через вакуум.

    Общим для всех видов излучений является скорость их распространения в вакууме, равная 300 000 000 метров в секунду.

    Электромагнитные излучения характеризуются частотой колебаний, показывающих число полных циклов колебаний в секунду, или длиной волны, т.е. расстоянием, на которое распространяется излучение за время одного колебания (за один период колебаний).

    Частота колебаний (f), длина волны (λ) и скорость распространения излучения (с) связаны между собой соотношением:с = f λ.

    Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам

    . Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

    Ультракороткие радиоволны принято разделять на метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и субмиллиметровые или микрометровые. Волны с длиной λ длиной менее 1 м (частота более 300 МГц) принято также называть микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ).

    Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны 0,74 мкм) и микроволновым излучением (1-2 мм).

    Инфракрасное излучение занимает самую большую часть оптического спектра. Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как все тела, твёрдые и жидкие, нагретые до определённой температуры, излучают энергию в инфракрасном спектре. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения. Спектр излучения абсолютно чёрного тела при относительно невысоких (до нескольких тысяч Кельвинов) температурах лежит в основном именно в этом диапазоне.

    Видимый свет представляет собой сочетание семи основных цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового.Перед красными областями спектра в оптическом диапазоне находятся инфракрасные, а за фиолетовыми — ультрафиолетовые. Но не инфракрасные, не ультрафиолетовые не видимы для человеческого глаза.

    Видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение составляет так называемую оптическую область спектра в широком смысле этого слова. Самым известным источником оптического излучения является Солнце. Его поверхность (фотосфера) нагрета до температуры 6000 градусов и светит ярко-жёлтым светом. Этот участок спектра электромагнитного излучения непосредственно воспринимается нашими органами чувств.

    Излучение оптического диапазона возникает при нагревании тел (инфракрасное излучение называют также тепловым) из-за теплового движения атомов и молекул. Чем сильнее нагрето тело, тем выше частота его излучения. При определённом нагревании тело начинает светиться в видимом диапазоне (каление), сначала красным цветом, потом жёлтым и так далее. И наоборот, излучение оптического спектра оказывает на тела тепловое воздействие.

    В природе мы чаще всего встречаемся е телами, излучающими свет сложного спектрального состава, состоящего из воли различной длины. Поэтому энергия видимых излучений воздействует на светочувствительные элементы глаза и производит неодинаковое ощущение. Это объясняется разной чувствительностью глаза к излучениям с различными длинами волн.

    Видимая часть спектра лучистого потока

    Кроме теплового излучения источником и приёмником оптического излучения могут служить химические и биологические реакции. Одна из известнейших химических реакций, являющихся приёмником оптического излучения, используется в фотографии.

    Жёсткие лучи. Границы областей рентгеновского и гамма-излучения могут быть определены лишь весьма условно. Для общей ориентировки можно принять, что энергия рентгеновских квантов лежит в пределах 20 эВ — 0,1 МэВ, а энергия гамма-квантов — больше 0,1 МэВ.

    Ультрафиолетовое излучение (ультрафиолет, УФ, UV) — электромагнитное излучение, занимающее диапазон между видимым и рентгеновским излучением (380 — 10 нм, 7,9×1014 — 3×1016 Гц). Диапазон условно делят на ближний (380—200 нм) и дальний, или вакуумный (200—10 нм) ультрафиолет, последний так назван, поскольку интенсивно поглощается атмосферой и исследуется только вакуумными приборами.

    Длинноволновое ультрафиолетовое излучение обладает сравнительно небольшой фотобиологической активностью, но способно вызвать пигментацию кожи человека, оказывает положительное влияние на организм. Излучение этого поддиапазона способно вызывать свечение некоторых веществ, поэтому его используют дли люминесцентного анализа химического состава продуктов.

    Средневолновое ультрафиолетовое излучение оказывает тонизирующее и терапевтическое действие на живые организмы. Оно способно вызывать эритему и загар, превращать в организме животных необходимый для роста и развития витамин D в усвояемую форму, обладает мощным антирахитным действием. Излучение этого поддиапазона вредны для большинства растений.

    Коротковолновое ультрафиолетовое излечение отличается бактерицидным действием, поэтому его широко используют для обеззараживания воды и воздуха, дезинфекции и стерилизации различного инвентаря и посуды.

    Основной природный источник ультрафиолетового излучения на Земле — Солнце. Соотношение интенсивности излучения УФ-А и УФ-Б, общее количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли, зависит от различных факторов.

    Искусственные источники ультрафиолетового излучения многообразны. Сегодня искусственные источники ультрафиолетового излучения широко применяются в медицине, профилактических, санитарных и гигиенических учреждениях, сельском хозяйстве и т.д. предоставляются существенно большие возможности, чем при использовании естественного ультрафиолетового излучения излучения.

    Введение в дистанционное зондирование

    Спектр электромагнитных волн

    Свет и излучение представляют собой лишь небольшую часть существующих форм электромагнитной энергии. Человеческий глаз может видеть только ту часть спектра электромагнитных волн, которая содержит спектральные цвета; в то же время, наша кожа способна чувствовать разницу температур.

    Электромагнитное излучение — один из видов распространения энергии. Оно определяется как энергия волны и характеризуется частотой или длиной волны. Излучение распространяется со скоростью света (дальнейшая информация о частоте, длине волны и скорости света находится в разделе Анализ спектров Земли).

    Спектр электромагнитных волн может быть описан терминах частоты (в герцах) или длины волны (в микрометрах, миллиметрах или метрах), см. рисунок ниже.

    Спектр электромагнитных волн разделён на несколько диапазонов, начинающихся с очень малой длины волны и высокой частоты, т.н. рентгеновские лучи (около 0.01 µm). Далее идёт ультрафиолетовое излучение с длинами волн порядка 0.1 µm. Часть видимого света, которую воспринимает человеческий глаз, протянулась от 0.38 µm до 0.78 µm и от фиолетового, синего, зелёного, жёлтого до оранжевого и красного. После этого спектрального диапазона находятся инфракрасные длины волн, за которыми следуют ещё более длинные волны, такие как микроволны и радиоволны. Инфракрасный диапазон делится на ближний инфракрасный, средний инфракрасный и тепловой инфракрасный диапазоны (дальнейшая информация в разделе анализ спектров Земли).

    Источниками электромагнитного излучения являются Солнце и Земля, излучающие в инфракрасном диапазоне, а также активные сенсоры спутников.

    шкала и виды, влияние на человека, защита от от ЭМИ

    Что такое электромагнитное излучение?

    Электромагнитное излучение – это колебания электрического и магнитного полей. Скорость распространения в вакууме равна скорости света (около 300 000 км/с). В других средах скорость распространения излучения меньше.

    Электромагнитное излучение классифицируется по частотным диапазонам. Границы между диапазонами весьма условны, в них нет резких переходов.

    • Видимый свет. Это самый узкий диапазон во всем спектре. Человек может воспринимать только его. Видимый свет сочетает в себе цвета радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. За красным цветом находится инфракрасное излучение, за фиолетовым – ультрафиолетовое, но они уже не различимы человеческим глазом.

    Волны видимого света очень короткие и высокочастотные. Длина таких волн – одна миллиардная часть метра или один миллиард нанометров. Видимый свет от Солнца – своеобразный коктейль, в котором смешаны три основных цвета: красный, желтый и синий.

    • Ультрафиолетовое излучение – часть спектра между видимым светом и рентгеном. Ультрафиолетовое излучение используется для создания световых эффектов на сцене театра, дискотеках; банкноты некоторых стран содержат защитные элементы, видимые только при ультрафиолете.
    • Инфракрасное излучение является частью спектра между видимым светом и короткими радиоволнами. Инфракрасное излучение – это скорее тепло, чем свет: каждое нагретое твердое или жидкое тело испускает непрерывный инфракрасный спектр. Чем выше температура нагревания, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.
    • Рентгеновское излучение (рентген). Волны рентгеновского излучения обладают свойством проходить сквозь вещество и не поглощаться слишком сильно. Видимый свет такой способностью не обладает. Благодаря рентгену некоторые кристаллы могут светиться.
    • Гамма-излучение – это наиболее короткие электромагнитные волны, которые проходят сквозь вещество без поглощения: они могут преодолеть однометровую стену из бетона и свинцовую преграду толщиной в несколько сантиметров.

    ВАЖНО! Необходимо избегать рентгеновского и гаммы-излучений, так как они представляют для человека потенциальную опасность.

    Шкала электромагнитных излучений

    Процессы, происходящие в космосе, и объекты, которые там находятся, порождают электромагнитные излучения. Шкала волн является методом регистрации электромагнитных излучений.

    Детальная иллюстрация спектрального диапазона представлена на рисунке. Границы на такой шкале условны.

    Основные источники электромагнитного излучения

    • Линии электропередач. На расстоянии 10 метров они создают угрозу для здоровья человека, поэтому их размещают на большой высоте либо закапывают глубоко в землю.
    • Электротранспорт. Сюда входят электрокары, электрички, метро, трамваи и троллейбусы, а также лифты. Самым вредным воздействием обладает метро. Лучше передвигаться пешком или на собственном транспорте.
    • Спутниковая система. К счастью, сильное излучение, сталкиваясь с поверхностью Земли, рассеивается, и до людей долетает только малая часть опасности.
    • Функциональные передатчики: радары и локаторы. Они излучают электромагнитное поле на расстоянии 1 км, поэтому все аэропорты и метеорологические станции размещаются как можно дальше от городов.

    Излучение от бытовых электроприборов

    Широко распространенными источниками электромагнитного излучения являются бытовые приборы, которые находятся у нас дома.

    • Мобильные телефоны. Излучение от наших смартфонов не превышает установленные нормы, но когда мы звоним кому-то, после набора номера идет соединение базовой станции с телефоном. В этот момент сильно превышается норма, так что подносите телефон к уху не сразу, а через несколько секунд после набора номера.
    • Компьютер. Излучение также не превышает норму, но при длительной работе СанПин рекомендует каждый час делать перерыв на 5-15 минут.
    • Микроволновая печь. Корпус микроволновки создает защиту от излучений, но не на 100%. Находиться рядом с микроволновкой – опасно: излучение проникает под кожу человека на 2 см, запуская патологические процессы. Во время работы СВЧ-печи соблюдайте расстояние в 1-1,5 метра от нее.
    • Телевизор. Современные плазменные телевизоры не представляют большой опасности, а вот старых с кинескопами стоит опасаться и держаться на расстоянии минимум 1,5 м.
    • Фен. Когда фен работает, он создает электромагнитное поле огромной силы. В это время мы сушим голову достаточно долго и держим фен близко к голове. Чтобы снизить опасность, пользуйтесь феном максимум 1 раз в неделю. Суша волосы вечером, вы можете вызвать бессонницу.
    • Электробритва. Вместо нее приобретите обычный станок, а если привыкли – электробритву на аккумуляторе. Это в значительной мере снизит электромагнитную нагрузку на организм.
    • Зарядные устройства создают поле во все стороны на расстоянии 1 м. Во время зарядки вашего гаджета не находитесь близко к нему, а после зарядки отсоедините устройство из розетки, чтобы излучения не было.
    • Электропроводка и розетки. Кабеля, отходящие от электрощитов, представляют особую опасность. Расстояние от кабеля до спального места должно быть минимум 5 метров.
    • Энергосберегающие лампы также излучают электромагнитные волны. Это касается люминесцентных и светодиодных ламп. Установите галогеновую лампу или лампу накаливания: они ничего не излучают и не представляют опасности.

    Установленные нормы ЭМИ для человека

    Каждый орган в нашем теле вибрирует. Благодаря вибрации вокруг нас создается электромагнитное поле, содействующее гармоничной работе всего организма. Когда на наше биополе воздействуют другие магнитные поля, это вызывает в нем изменения. Иногда организм справляется с влиянием, иногда – нет. Это становится причиной ухудшения самочувствия.

    Даже большое скопление людей создает электрический заряд в атмосфере. Полностью изолироваться от электромагнитного излучения невозможно. Есть допустимый уровень ЭМИ, который лучше не превышать.

    Вот безопасные для здоровья нормы:

    • 30-300 кГц, возникающие при напряженности поля 25 Вольт на метр (В/м),
    • 0,3-3 МГц, при напряженности 15 В/м,
    • 3-30 МГц – напряженность 10 В/м,
    • 30-300 МГц – напряженность 3 В/м,
    • 300 МГц-300 ГГц – напряженность 10 мкВт/см2.

    При таких частотах работают гаджеты, радио- и телеаппаратура.

    Воздействие электромагнитных лучей на человека

    Нервная система чрезвычайна чувствительна к влиянию электромагнитных лучей: нервные клетки уменьшают свою проводимость. В результате ухудшается память, притупляется чувство координации.

    При воздействии ЭМИ на человека не только подавляется иммунитет – он начинает атаковать организм.

    ВАЖНО! Для беременных женщин электромагнитное излучение представляет особую опасность: снижается скорость развития плода, появляются дефекты в формировании органов, велика вероятность преждевременных родов.

    Защита от электромагнитных излучений

    • Если вы проводите много времени за компьютером, запомните одно правило: расстояние между лицом и монитором должно быть около метра.
    • Уровень электромагнитного излучения бытовой техники, которую вы покупаете, не должен доходить до отметки «минимум». Обратитесь к продавцу-консультанту. Он поможет выбрать наиболее безопасную технику.
    • Ваша кровать не должна находиться рядом с местом, где проложена электропроводка. Расположите спальное место в противоположном конце комнаты.
    • Установите защитный экран на компьютер. Он выполнен в виде мелкой металлической сетки и действует по принципу Фарадея: вбирает в себя все излучение, защищая пользователя.
    • Сократите пребывание в электрифицированном общественном транспорте. Отдавайте предпочтение пешей ходьбе, велосипеду.

    Как проверить уровень электромагнитного излучения в домашних условиях

    Точно обрисовать, как обстоят дела с электромагнитным излучением в вашем доме, могут только специалисты. Когда в службу СЭС поступает объявление о превышении допустимой нормы ЭМИ, на место выезжают работники со специальными приборами, позволяющими получить точные данные. Показатели обрабатываются. Если они завышены, предпринимаются определенные меры. Первым делом выясняют причину неполадки. Это может быть ошибка в строительстве, проектировании, неправильная эксплуатация.

    Для самостоятельного определения степени излучения понадобятся отвертка с индикатором и радиоприемник.

    1. Выдвиньте антенну из приемника;
    2. Прикрутите к ней проволочную петлю диаметром 40 см;
    3. Настройте радио на пустую частоту;
    4. Обойдите помещение. Прислушивайтесь к звукам приемника;
    5. Место, где слышатся отчетливые звуки, и является источником излучения;
    6. Поднесите индикаторную отвертку со светодиодом. Индикатор станет красным, а интенсивность цвета скажет о силе излучения.

    Увидеть значение в цифрах позволит ручной прибор. Он работает на разных частотах и улавливает напряжение электромагнитного поля. Прибор настраивается на нужный режим частот, выбирая единицы измерения: вольт/метр или микроватт/см2, отслеживает выбранную частоту и выводит результат на компьютер.

    Также хорошим прибором является АТТ-2592. Устройство портативное, имеет дисплей с подсветкой. Измерение выполняет изотропным методом, автоматически выключается через 15 минут.

    Конспект занятия по физике по теме: «Различные виды электромагнитных излучений»

    ГБПОУ Республики Мордовия

    «Саранский медицинский колледж»

    Конспект занятия по теме:

    «Различные виды электромагнитных излучений»

    Подготовила: преподаватель

    Горина А.Д.

    Саранск, 2016

    Дисциплина: физика

    Занятие №: 3.26

    Тема: Различные виды электромагнитных излучений

    Примечание: название занятия появляется на слайде 1 презентации.

    Цель: усвоение теоретических основ изучаемой темы (электромагнитное излучение, радиоволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое и рентгеновское излучения)

    Обеспечение занятия: учебник, конспект лекции, презентация

    Тип занятия: комбинированный урок

    Технология обучения: развивающее обучение

    Методы обучения: лекция, работа с книгой

    Компетенции:

    ОК 1. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.

    ОК 2. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.

    ОК 3. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

    ОК 4. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение своей квалификации.

    ПК 1. Оформлять документы первичного учета.

    Межпредметные связи: биология, медицина

    Используемая литература: Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Физика для средних специальных учебных заведений

    Примечание — работа с презентацией: в презентации содержатся гиперссылки для удобной навигации по презентации для переходов между основными этапами занятия.


    Презентация к занятию
    PPT / 4.71 Мб

     

    Содержание занятия

    1. Организационный момент: 3-5 мин

    (отметка отсутствующих, проверка внешнего вида учащихся, санитарного состояния кабинета)

    2. Актуализация знаний: 10-15 мин

    Для актуализации знаний по ранее изученному материалу проводится фронтальный опрос с групповым обсуждением

    Контрольные вопросы:

    1. Какие виды электромагнитного излучения мы изучили?

    Примерный ответ: были изучены такие виды электромагнитного излучения, как радиоволны и видимое излучение.

    2. Каковы особенности этих видов излучения при их распространении?

    Примерный ответ: радиоизлучение обладает такими свойствами как отражение, преломление, дифракция. Видимое излучение обладает такими свойствами, как отражение, преломление, дифракция, интерференция.

    Примечание: ответы на данные вопросы появляются на слайде 2 презентации.

    3. Как зависит длина волны от частоты излучения?

    Примерный ответ: зависимость длины волны от частоты излучения выражается формулой

    Примечание: ответ на данный вопрос появляется на слайде 3 презентации.

    Далее на основе данной формулы решается несколько задач

    Затем обучающимся задается проблемный вопрос, ответ на который будет получен после изучения нового материала.

    Почему явление интерференции наблюдается не для каждого вида излучений?

    3. Изложение материала: 55 мин

    План:

    1) Электромагнитное излучение в различных диапазонах.

    2) Свойства и применение электромагнитных излучений.

    Обучающиеся конспектируют материал занятия, записывая со слайдов презентации. План занятия указан на слайде 4 презентации.

    Вопрос 1

    Шкала электромагнитных волн — непрерывная последовательность частот и длин волн, соответствующая разным электромагнитным излучениям.

    Примечание: на слайде 5 презентации показана шкала электромагнитных волн с соответствующими указанными частотами.

    Низкочастотные волны — электромагнитные волны, частота колебаний которых не превышает 100 кГц. Используется в электротехнике.

    Примечание: на слайде 6 презентации записан данный материал и области применения низкочастотного излучения.

    Экспериментальная «терагерцовая камера», регистрирующая изображение в длинноволновом ИК (которое излучается теплокровными организмами, но, в отличие от более коротковолнового ИК, не задерживается диэлектрическими материалами).

    Сверхвысокочастотное (микроволновое) излучение (СВЧ) — используется в бытовых микроволновых печах, для космической связи из-за прозрачности атмосферы в этом диапазоне.

    Инфракрасное (ИК) или тепловое излучение — электромагнитное излучение с длиной волны λ = 780 нм — 1 мм и частотой ν = 3*1011 — 3,85*1014 Гц. Диапазон ИК излучения: ближнее, среднее, дальнее.

    Свойства ИК излучения

    источник — все нагретые тела

    вода используется в качестве теплоизолирующего слоя

    Примечание: на слайде 7 презентации записан данный материал — основные свойства и особенности.

    Было экспериментально открыто В. Гершелем в 1800 г. при помещении термометра, в котором был зачернен шарик, за красную область спектра; в результате чего было зарегистрировано повышение температуры.

    Примечание: на слайде 8 презентации показывается, как было обнаружено инфракрасное излучение (с помощью анимационных переходов и удалений показанного материала).

    Применение ИК излучения

    Примечание: на слайде 9 презентации показаны основные области применения инфракрасного излучения на примерах (к каждому появляющемуся примеру выскакивает картинка, которая затем исчезает).

    применяется для сушки овощей, фруктов — стерилизация

    сушка различных лакокрасочных покрытий

    приборы ночного видения, которые позволяют преобразовать невидимое инфракрасное излучение в видимое. Изготавливаются бинокли, которые видят инфракрасное излучение; с их помощью можно видеть в темноте.

    ИК — локаторы (тепловизор) и дальномеры

    ИК самонаведение

    беспроводная передача данных

    пульт дистанционного управления

    физиотерапия (стимуляция и улучшение кровообращения, улучшение процессов метаболизма, повышение иммунитета, уменьшение болевых ощущений)

    проверка денег на подлинность

    ИК спектроскопия (определяют строение молекул различных органических (и неорганических) веществ с относительно короткими молекулами: антибиотиков, ферментов, алкалоидов, полимеров, комплексных соединений и др.)

    ИК нагреватели

    ИК астрономия (исследование объектов, видимых в ИК излучении)

    используются змеями для ориентации в пространстве

    Люминесценция — свечение, которое наблюдается при любой температуре тела. В зависимости от способов возбуждения свечения различают несколько видов люминесценции.

    Электролюминесценция вызывается пропусканием через вещество электрического тока или действием электрического тока.

    Катодолюминесценция возникает в результате бомбардировки электронами вещества.

    Фотолюминесценция — свечение, возникающее под действием различных видов излучения (видимого, ультрафиолетового и др.)

    Хемилюминесценция — свечение, возникающее в результате некоторых химических реакций с выделением энергии.

    Видимое излучение — электромагнитное излучение с длиной волны и частотой

    Ультрафиолетовое излучение (УФ) — электромагнитное излучение, с частотой ν=8*1014 до 3*1016 Гц и длиной волны λ=10 — 380 мкм. Диапазон УФ излучения: ближний (ультрафиолет A), средний (ультрафиолет B), дальний (ультрафиолет C).

    Свойства УФ излучения

    высока химическая активность

    обнаруживаются с помощью люминесценции. Если на такой экран попадут ультрафиолетовые лучи, то в месте контакта он начнет светиться

    появление защитного пигмента — загара и образование витамина D

    обладают разрушительным действием на кожу и сетчатку глаз. При этом стекло очень сильно поглощает ультрафиолетовые лучи

    Примечание: на слайде 10 презентации появляются основные свойства ультрафиолетового излучения (УФ излучения) и с помощью анимации появляется картинка о влиянии УФ излучения на хромосомный аппарат человека.

    Примечание: на слайде 11 презентации показывается, как было обнаружено ультрафиолетовое излучение (с помощью анимационных переходов и удалений показанного материала).

    Примечание: на слайде 12 презентации показываются области УФ излучения и рассказывается об их влиянии на организм человека.

    Применение УФ излучения

    Примечание: на слайде 13 презентации показаны основные области применения ультрафиолетового излучения на примерах (к каждому появляющемуся примеру выскакивает картинка, которая затем исчезает).

    кварцевание — уничтожение болезнетворных микробов

    терапевтические цели для лечения ряда заболеваний и косметологические услуги — солярии

    бактерицидное действие — дезинфекция воды

    полиграфия — создание штампов; создание светящихся красок и защитных покрытий

    УФ спектрометрия и хроматографический анализ (по цвету свечения)

    электросварка вольтовой дугой, автогенная резка и сварка

    изготовление лакированной кожи

    синтез веществ

    проверка подлинности картин и детектор валют

    криминалистика (обнаружение взрывчатых веществ)

    светокопировка чертежей

    ловля насекомых

    пчелы используют УФ — излучение для нахождения нектара

    Рентгеновское излучение — это излучение с частотами в диапазоне от 3*1016 до 3*1020 Гц. Рентгеновские лучи были открыты в 1895 г. немецким физиком Вильгельмом Рентгеном. Открытие рентгеновских лучей привело к открытию радиоактивности. Способствовал быстрому распространению практического применения своего открытия в медицине. В конце XIX в. всеобщее внимание физиков привлек газовый разряд при малом давлении. При этих условиях в газоразрядной трубке создавались потоки очень быстрых электронов. В то время их называли катодными лучами. Природа таких лучей еще не была с достоверностью установлена. Известно было лишь, что они берут начало на катоде трубки.

    Свойства рентгеновских лучей

    рентгеновское излучение является ионизирующим

    возникают при торможении быстрых электронов

    электромагнитное поля не оказывает никакого влияния на распространение лучей

    большая проникающая способность рентгеновских лучей

    не отражаются от каких-либо веществ и не испытывают преломление

    дифракция рентгеновских лучей. Если рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны, то оно должно обнаруживать дифракцию — явление, присущее всем видам волн. Сначала пропускали рентгеновские лучи через очень узкие щели в свинцовых пластинках, но ничего похожего на дифракцию обнаружить не удавалось.

    поглощение рентгеновских лучей пропорционально плотности вещества

    Примечание: на слайде 14 презентации появляются основные свойства рентгеновского излучения.

    Занявшись исследованием катодных лучей. Рентген скоро заметил, что фотопластинка вблизи разрядной трубки оказывалась засвеченной даже в том случае, когда она была завернута в черную бумагу. После этого ему удалось наблюдать еще одно очень поразившее его явление. Бумажный экран, смоченный раствором платиносинеродистого бария, начинал светиться, если им обертывалась разрядная трубка. Причем когда Рентген держал руку между трубкой и экраном, то на экране были видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний всей кисти руки.

    Ученый понял, что при работе разрядной трубки возникает какое-то неизвестное ранее сильно проникающее излучение. Он назвал его Х-лучами. Впоследствии за этим излучением прочно укрепился термин «рентгеновские лучи».

    Примечание: на слайде 15 презентации показывается, как было обнаружено рентгеновское излучение (с помощью анимационных переходов и удалений показанного материала).

    Рентген обнаружил, что новое излучение появлялось в том месте, где катодные лучи (потоки быстрых электронов) сталкивались со стеклянной стенкой трубки. В этом месте стекло светилось зеленоватым светом.

    Применение рентгеновских лучей

    Примечание: на слайде 16 презентации показаны основные области применения рентгеновского излучения на примерах (к каждому появляющемуся примеру выскакивает картинка, которая затем исчезает).

    в медицине — рентгенография и рентгеноскопия

    реставрация

    рентгеновская дефектоскопия

    для лечения раковых заболеваний

    диагностика — с помощью рентгеновских лучей можно получать фотографии внутренних органов человека. На этих фотографиях хорошо различимы кости скелета и места перерождений мягких тканей

    по дифракционной картине, даваемой рентгеновскими лучами при их прохождении сквозь кристаллы, удается установить порядок расположения атомов в пространстве — структуру кристаллов. Сделать это для неорганических кристаллических веществ оказалось не очень сложным. Но с помощью рентгеноструктурного анализа можно расшифровать также строение сложнейших органических соединений, в том числе белков. В частности, была определена структура молекулы гемоглобина, содержащей десятки тысяч атомов. Используется в кристаллографии, биохимии, материаловедении

    определение химического состава вещества

    Гамма-излучение — электромагнитное излучение с длиной волны λ=10-8 — 10 -11 см. По своим свойствам γ — лучи очень сильно напоминают рентгеновские, но только их проникающая способность гораздо больше, чем у рентгеновских лучей.

    Примечание: на слайде 17 презентации появляются основные свойства гамма-излучения.

    Свойства гамма-лучей

    проникающая способность, больше, чем у рентгеновского излучения

    электромагнитные лучи

    скорость распространения γ — лучей равна скорости света: около 300 000 км/с

    Применение гамма-лучей

    Примечание: на слайде 18 презентации показаны основные области применения рентгеновского излучения на примерах (к каждому появляющемуся примеру выскакивает картинка, которая затем исчезает).

    гамма-дефектоскопия

    стерилизация медицинских инструментов и оборудования

    лучевая терапия

    уровнемеры

    4. Закрепление нового материала: 15-22 мин

    На этапе закрепления нового материала делается обобщение о свойствах различных вида электромагнитного излучения и дается ответ на проблемный вопрос, поставленный после актуализации знаний.

    Чем больше длина волны (меньше частота), больше проявляются волновые свойства излучения.

    Чем меньше длина волны (больше частота), больше проявляются свойства излучения как частицы.

    Т.о. некоторые явления, общие для всех видов излучения, труднее обнаружить для рентгеновского и гамма-излучений.

    5. Задание на дом: 5 мин

    гл. 34 § 5-6, 15-17

    6. Подведение итогов: 5-10 мин

    (выставляются оценки, их комментарий)

    Электромагнитный мониторинг мегаполиса | ФГУП НИИР

    УДК 574

    М.Ю. МАСЛОВ, начальник научно-образовательного центра «Технической электродинамики и антенных систем», филиал ФГУП НИИР – СОНИИР, к.т.н., доц.
    М.Ю. СПОДОБАЕВ, директор филиала ФГУП НИИР – СОНИИР, к.т.н.
    Ю.М. СПОДОБАЕВ, главный научный сотрудник научно-образовательного центра «Технической электродинамики и антенных систем», филиал ФГУП НИИР – СОНИИР, д.т.н.,проф.

    Ключевые слова: электромагнитные поля, электромагнитное загрязнение, электромагнитный мониторинг, электромагнитное прогнозирование, геоэкологическое картографирование.

    Статья опубликована в журнале «Труды НИИР» №4 от 2013 г.
    Скачать статью в формате .doc

    Введение

    Реалии сегодняшнего дня диктуют необходимость учета последствий взаимодействия созданной человеком техносферы с окружающей природной средой при решении любых прикладных задач. Проблемы экологии и охраны окружающей среды становятся важнейшими и актуальнейшими как в научно-технической, так и в социально-экономической сферах, поскольку последствия хозяйственной деятельности человека все чаще и чаще приобретают глобальные масштабы.

    Традиционно к задачам экологии относят следующие направления:

    – изучение закономерностей развития экологических ситуаций и факторов, на них влияющих, в историко-социально-техническом аспекте в течение значительного временного интервала;
    – анализ современного состояния экосистем и факторов, на него влияющих; здесь традиционно главенствующая роль отводится экологическому мониторингу с последующей системной обработкой его данных;
    – прогнозирование развития экологических ситуаций разного уровня локализации (локальных, региональных, субглобальных, глобальных) с выработкой рекомендаций по предотвращению неблагоприятных экосистемных изменений.
    При этом очевидно, что достаточно устойчивое состояние экосистем возможно только при непрерывном системном контроле состояния природной среды по всем существенным факторам антропогенного воздействия.

    И в быту, и в процессе трудовой деятельности человека окружают разнообразные технические средства, создающие электромагнитные поля (ЭМП), которые обладают различными пространственно-временными характеристиками. Причем для одних технических средств генерация электромагнитной энергии является специфической особенностью, диктуемой их функциональным назначением, а для других – напротив, побочным явлением. Однако, в обоих случаях, генерируемые поля являются активным фактором загрязнения окружающей среды. Отмеченные вопросы относятся к специфической области знания – «электромагнитной экологии» [1-6] и традиционно, проблемы с ними связанные, решаются при помощи электромагнитного мониторинга, включающего в себя:

    – расчетное прогнозирование ЭМП, что весьма важно для стадий разработки, проектирования и размещения технических средств города, являющихся источниками ЭМП;
    – инструментальный контроль электромагнитной обстановки на стадии эксплуатации объектов и их комплексов;
    – разработку мероприятий и рекомендаций по защите от ЭМП и нормализации городской электромагнитной обстановки.

    Обеспечение работоспособности и, в то же время, безопасности с точки зрения электромагнитной экологии технических средств, создающих ЭМП, как на отдельной площадке, мачте или башне, так и в пределах района или города – это актуальная и важная народнохозяйственная проблема. От правильных подходов к этой проблеме зачастую зависят решения ответственных административных, хозяйственных, финансовых, инвестиционных и коммерческих управленческих задач. При этом экологическая безопасность и оптимальная топология размещения технических средств и объектов городской застройки должна обеспечиваться и при внедрении новых технологий, связанных, во-первых, с общим развитием энергетических и телекоммуникационных систем и появлением принципиально новых технологий, и, во-вторых, со значительным расширением предоставляемых услуг.

    1. Разновидности электромагнитного мониторинга

    В общем случае электромагнитный мониторинг должен включать наблюдение за воздействующим фактором, оценку состояния среды по соответствующим критериям, прогнозирование обстановки по этому фактору и создание информационных систем различного целевого назначения.

    По целевой направленности можно различать несколько видов электромагнитного мониторинга: Электромагнитный мониторинг для оценки санитарно-гигиенического состояния окружающей среды, загрязненной ЭМП энергетических и телекоммуникационных технических средств. Его особенность – это строгое соответствие действующей в Российской Федерации нормативно-методической
    документации [1-3].

    Мониторинг электромагнитной обстановки, осуществляемый для целей санитарно-гигиенической экспертизы, проводится на этапах проектирования, строительства и эксплуатации излучающих технических средств. Основа такого мониторинга – это прогнозирование электромагнитной обстановки расчетными методами. Расчеты проводятся обычно на критические режимы работы – условия прямой видимости, предельные нагрузки, максимальные излучаемые мощности и прочее.

    Результаты этого мониторинга оформляются в виде санитарно-гигиенического заключения на
    излучающий объект и включают в себя материалы по санитарным зонам конкретного объекта. Для формирования обобщенной картины поля города они малопригодны.

    Геоэкологический электромагнитный мониторинг состояния окружающей среды [2, 5, 7-9], охватывающий, как правило, значительно большие территории, чем анализируемые при санитарно- гигиенической оценке. Его особенность – большое количество разнородных технических средств, пространственная разнесенность излучающих объектов, влияние рельефа местности и застройки на электромагнитную обстановку. Для оценок электромагнитной обстановки целесообразно иметь систему обобщенных оценок, как размещенного на территориях оборудования, так и уровней создаваемой электромагнитной угрозы.

    Результаты этого мониторинга должны допускать детальный анализ электромагнитной обстановки с оценкой вкладов различных излучающих технических средств и возможностью прогнозирования энергетических запасов оборудования.

    Именно такой мониторинг должен сопровождать хозяйственную деятельность в современном мегаполисе.

    Социально ориентированный электромагнитный мониторинг [6, 11]. На сегодняшний день развитие телекоммуникационных систем уже достигло такого уровня, что вопрос электромагнитной безопасности и мониторинга ЭМП на различных территориях встает все более остро. Часты случаи возникновения социальной напряженности при размещении излучающих объектов на селитебных территориях.

    Возникает необходимость в своевременном и оперативном осуществлении информирования населения об уровне электромагнитного загрязнения той или иной территории, с наглядной визуализацией полученных данных. Предоставление доступной и достоверной информации о состоянии окружающей среды – это требование Конституции РФ (статья 42).

    Результаты этого мониторинга должны быть доступны населению и могут непрерывно корректироваться с появлением новых проблем и вопросов по электромагнитной обстановке.

    Оперативный электромагнитный мониторинг, осуществляемый операторами телекоммуникационных сетей на основе возможностей современного оборудования [12, 13]. Он является составной частью общего мониторинга работоспособности телекоммуникационных сетей.

    К настоящему времени вопросы оценки санитарно-гигиенического состояния окружающей среды по электромагнитному фактору в Российской Федерации вообще и, в частности в Москве, решаются для средств телекоммуникаций достаточно успешно [1], благодаря существованию законченной нормативно-методической базы. «Белым пятном» области являются объекты энергетических систем, для которых создание подобной базы только начинается [2].

    Существование такого «белого пятна» в электромагнитной экологии можно оправдать только тем обстоятельством, что строительство объектов энергоснабжения различного назначения и увеличение их характерных для современных городов энергетических нагрузок приняло широкомасштабный характер именно в последние годы, и только сегодня эти проблемы приобрели особенную актуальность и социальную значимость.

    Проблемы оперативного мониторинга уровней электромагнитного излучения представляют интерес преимущественно для владельцев технических средств – компаний-операторов связи, организаций, занятых эксплуатацией энергосетевых объектов и т.п.

    Предметом настоящей публикации является системный мониторинг ЭМП в городе, ориентированный на геоэкологическое картографирование – область информационных технологий, активно развиваемую во многих регионах России, а в крупных мегаполисах, таких как Москва и Санкт-Петербург, ставшую приоритетным стандартом представления экологической информации [7-10, 13-15].

    Применение геоинформационных технологий при региональном экологическом контроле в последние годы стало стандартным решением. Вопросам, связанным с геоэкологическим картографированием, посвящены многие работы отечественных и зарубежных авторов. Общие подходы и примененные способы представления векторных и матричных данных на электронных картах могут быть с успехом применены для реализации целей геоэкологического мониторинга российских мегаполисов по электромагнитному фактору.

    2. Основные технологические этапы мониторинга электромагнитной обстановки в городе

    Безусловно, данные об электромагнитной обстановке в масштабах современного мегаполиса представляют собой массивы значительного объема. При этом весьма существенным обстоятельством, отличающим такие данные от результатов, получаемых в иных формах экологического мониторинга, является «генетическая» привязанность к географическим координатам. Действительно, области «сильного поля» оборудования, очевидно, оказываются локализованными вблизи мест расположения технических средств-источников, а результирующая электромагнитная обстановка образует сложную пространственную картину, привязанную к рельефу местности.

    Иными словами, неотъемлемой частью технологии контроля электромагнитной обстановки является частная технология визуализации и графической обработки геоэкологической информации.

    Использование геоэкологического картографирования электромагнитной обстановки весьма целесообразно еще и ввиду того обстоятельства, что практически во всех крупных регионах России в настоящее время созданы и развиваются комплексные геоинформационные системы, в том числе и экологической направленности. Присутствие в данных системах компонентов, содержащих информацию об экологической обстановке по фактору электромагнитного излучения, очевидно, крайне желательно.

    Первым этапом геоэкологического мониторинга электромагнитной обстановки города является инвентаризация излучающих технических средств, которая должна выполняться при участии служб Госвязьнадзора, транспортного и энергетического хозяйства города. Результатом инвентаризации является создание базы данных параметров и характеристик излучающих технических средств, необходимых для дальнейших операций.

    База данных должна сопрягаться с электронной картой местности, на которой в виде семантических вложений можно видеть характеристику и параметры объекта.
    Основная сложность инвентаризации заключается в получении данных от их владельцев.

    Результаты первого этапа позволяют получить исходные данные о размещении технических средств, обуславливающих результирующую электромагнитную обстановку в городе.

    На втором этапе, на основании исходных данных, формируются данные мониторинга электромагнитной обстановки расчетными, экспериментальными или комбинированными методами, привязанные к конкретной географической локализации источников.

    При формировании иерархии данных об источниках излучения целесообразно ввести некую систему классов, которая в дальнейшем определит унифицированные семантические структуры объектов.

    В соответствии с вышеизложенными принципами излучающие технические средства города следует классифицировать и группировать, прежде всего, по пространственному критерию. При этом возникают две группы (подсистемы) в качестве объектов разрабатываемой технологии:

    – группа распределенных источников ЭМП;
    – группа локальных источников ЭМП.

    В состав первой группы входят два типа распределенных источников: воздушные и подземные линии электропередач и цепи питания электротранспорта. При этом каждый источник вполне характеризуется набором параметров таких как, расстояние между проводниками, их пространственная ориентация, взаимное расположение, координаты концов участков, а так же некоторыми специфическими характеристиками, индивидуальными для каждого объекта. Перечисленные данные определяют форму семантики объектов.

    Вторую группу образуют источники ЭМП, локализованные в пространстве, такие как технические средства радиовещания и телевидения, подвижной радиосвязи и т.п. Следует отметить, что реальный характер пространственной локализации объектов может существенно различаться. В качестве примера можно привести различие пространственной локализации технических средств (антенн) телевизионной башни (вертикальная топология) и передающего радиоцентра ВЧ, СЧ и НЧ-диапазонов (горизонтальная топология).

    Для получения результатов мониторинга электромагнитной обстановки необходимо знать так же фоновые интенсивности ЭМП обусловленные иными причинами.

    Кроме того, необходимо задавать критерии оценки электромагнитной обстановки. В качестве таковых могут приниматься предельно допустимые уровни интенсивностей (напряженностей электрического и магнитного полей, плотности потока энергии ЭМП) для каждого вида объекта.

    Очевидно, что эквивалентный уровень ЭМП во многом зависит от энергетических нагрузок фрагмента городской инфраструктуры, которые определяются максимально возможными расчетными токами в линиях энергоснабжения. Величины этих токов ограничены системами блокировки и защиты, располагающимися на входе линий. Представляется весьма перспективным введение на основе данных соображений энергетического критерия предварительной оценки электромагнитной нагрузки на город.

    3. Применение геоинформационных технологий к представлению результатов электромагнитного мониторинга

    Остановимся подробнее на вопросах визуализации результатов электромагнитного мониторинга с привязкой к геодезической информации [5].

    В последние годы довольно широкое распространение получила практика применения электронных карт и геоинформационных технологий к представлению результатов экологического мониторинга. В связи с этим появился специальный термин «геоэкологическое картографирование» [7, 16].

    Проблемы геоэкологического картографирования административных районов, в первую очередь, индустриальных и урбанизированных и городских территорий очень схожи. Особенно это проявляется при крупномасштабном картографировании наиболее развитых в промышленном отношении и густонаселенных участков административных районов.

    Но до настоящего времени не выработаны общие принципы и подходы к созданию крупномасштабных карт экологического содержания для таких сильно измененных хозяйственной деятельностью территорий. Возрастающие требования к материалам экологических исследований ведут к увеличению объемов исходной, обрабатываемой и выдаваемой потребителям геоэкологической информации.

    Наряду с этим возрастает глубина и ответственность при решении проблем территориального взаимодействия природы и общества и поиска путей его оптимизации на принципах рационального природопользования. Потребителям для решения постоянно расширяющихся и усложняющихся задач управления территориями, развития экономики и охраны природы уже недостаточно иметь чисто констатационные информационные материалы. Возникает насущная необходимость выполнения разнообразных оценок и прогнозов, выдачи практических рекомендаций, что ведет к возрастанию сложности задач переработки данных, необходимости использования современных геоинформационных технологий. В настоящее время это, прежде всего, связывается с внедрением в процесс экологических исследований географических информационных систем и компьютерного картографирования.

    Применение геоэкологического картографирования в электромагнитной экологии как никогда оправдано еще и тем обстоятельством, что информация об электромагнитном загрязнении окружающей среды изначально связана с данными о географическом положении источника ЭМП.

    Рассмотрим технологические основы визуального представления результатов экологического мониторинга при помощи ГИС-технологий.
    Первоначальным этапом решения поставленной практической задачи является создание базы данных, в которую заносятся все необходимые для дальнейших операций параметры излучающих технических средств.

    Далее необходимо осуществить размещение объектов базы данных на электронной карте местности. Интеграция базы данных и электронной карты может проходить несколькими способами. Один из способов предполагает первоначальное создание базы данных технических средств и последующим формированием графического отображения на растре карты. Другой способ – создание базы данных ТС с использованием специальной информационной системы – геоинформационной.

    Визуализация содержимого базы данных электронных карт производится в условных знаках, принятых для топографических, обзорно-географических, кадастровых и других видов карт. Широкие полномочия предоставляются для создания (добавления) пользовательских условных знаков с учетом специфики владельца информации или факторов внешнего воздействия. При этом система поддерживает без каких-либо дополнительных временных затрат различные системы координат и проекции.

    Представление электронной карты на дисплее является многослойным и может создаваться путем комбинирования растрового вида карт и фотоматериала, векторных объектов местности, матриц свойств местности (матрица высот, матрица экологически опасных участков местности, матрица проходимости местности и т.д.) и пользовательских данных, выводимых на карту средствами интерфейса Windows.
    Фрагмент электронной карты Москвы (Останкинский телецентр) с нанесенными линиями равного уровня эквивалентной плотности потока энергии (ППЭ) в диапазоне УВЧ (ЧМ-радиовещание и телевидение) приведен на рис. 1.

    Заключение

    В данной статье рассмотрены общие вопросы системного экологического мониторинга современного мегаполиса по фактору электромагнитного излучения.
    Описан алгоритм технологии геоэкологического мониторинга с учетом зависимости излучения от режима работы источника, обеспечивающие прогнозирование пространственного распределения уровней ЭМП при типичных и экстремальных сочетаниях режимов работы источников.
    Рассмотрены принципы визуализации данных экологического мониторинга с использованием геоинформационных технологий.
    Приведен один из фрагментов электронных карт Москвы, иллюстрирующий этап геоэкологического мониторинга.

    ЛИТЕРАТУРА

     1.     Сподобаев Ю.М., Кубанов В.П. Основы электромагнитной экологии. М.: Радио и связь, 2000. 239 с.

    2.     Довбыш В.Н., Маслов М.Ю., Сподобаев Ю.М. Электромагнитная безопасность элементов энергетических систем (монография). «ИПК «Содружество», Самара, 2009. 198 с.

    3.     Григорьев Ю.Г., Степанов В.С., Григорьев О.А., Меркулов А.В. Электромагнитная безопасность человека. Справочно- информационное издание. М.: Российский национальный комитет по защите от неионизирующего излучения, 1999. 151 с.

    4.     Довбыш В.Н., Сподобаев Ю.М., Маслов М.Ю. Электромагнитный мониторинг энергетических систем // Академия Энергетики. №1 (09), 2006. С. 4-7.

    5.     Сподобаев  Ю.М.  Методы  прогнозирования  и  картографирования  электромагнитных  полей  технических  средств телекоммуникаций в окружающей среде (на рус. и англ. яз.) // Материалы Международного совещания «Электромагнитные поля. Биологическое действие и гигиеническое нормирование», Женева, 1999. С.22-25

    6.     Борисов Б.М. К вопросу об оценке состояния здоровья населения в условиях антропогенного загрязнения окружающей среды // Экология промышленного производства. 1999. № 1. С.3-6.

    7.     Жуков В.Т., Новаковский Б.А., Чумаченко А.Н. Компьютерное геоэкологическое картографирование. М., Научный Мир, 1999. 128 с.

    8.     Берлянт А.М., Тикунов В.С. Геоинформационные системы: Сб. переводных статей – М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1994. 180 с.

    9.     Довбыш   В.Н.,   Сивков   В.С.,   Сподобаев   Ю.М.   Визуализация   электромагнитной   обстановки,   создаваемой телекоммуникационными техническими средствами, расположенными на больших территориях // Антенны, №10 (113), 2006. С.58-62.

    10.  Левич А.П., Булгаков Н.Г., Максимов В.Н. Теоретические и методические основы технологии регионального контроля природной среды по данным экологического мониторинга. М.: Наука, 2004. 250 с.

    11.  Ильин А.М., Сподобаев М.Ю. Разработка информационной системы социального электромагнитного мониторинга  // Инфокоммуникационные технологии. 2011. № 3. Том 9. С.102-105

    12.  Моденов С.В., Сподобаев М.Ю. Принципы оперативного мониторинга электромагнитной обстановки в сети подвижной связи // Инфокоммуникационные технологии. 2010. № 2. Том 8. С.78-81.

    13.  Сивков В.С., Сподобаев М.Ю. Геоинформационная система электромагнитной безопасности cредств инфокоммуникаций // T-Comm. Телекоммуникации и транспорт. Спецвыпуск: «Технологии информационного общества», часть III, август 2009. С. 85-87

    14.  Кошкарев А.В., Тикунов В.С. Геоинформатика / Под ред. Д.В. Лисицкого. М., 1993. – 200 с.

    15.  Urban ecology // edited: J. Breuste, H. Feldmann, O. Uhlmann. Berlin et al.: Springer, 1998. XVIII. 714 p.

    16.  Мамихин С.В. Компьютеризация экологических исследований //Вест. Российского университета дружбы народов. Экология и безопасность жизнедеятельности. 2000. № 4. С.150-157.

    характеристики, виды, волновые свойства, скорость

    Что такое электромагнитные излучения

    Электромагнитные излучения — это распространяющиеся в пространстве электромагнитные волны, излучаемые различными объектами.

    Волновая природа излучения

    Электромагнитное взаимодействие между предметами подчиняется электромагнитной теории, базирующейся на уравнениях Максвелла. Тот предположил, что электрическое и магнитное поля имеют замкнутые силовые линии — вектора напряженности, колеблющиеся перпендикулярно направлению распространения волны. Эти распространяющиеся в пространстве волны создают электромагнитное поле. Позднее их существование и волновая природа были доказаны экспериментально.

    Электромагнитная волна — это электрическое и магнитное поля, взаимно превращающиеся друг в друга.

    Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

    Причина ЭМ излучения

    Электрические поля возникают при разнице электрических напряжений, например, при появлении в атмосфере заряженных частиц во время грозы. Вокруг движущихся зарядов возникают магнитные поля, которые возбуждают вихревое электрическое поле.

    Виды электромагнитных излучений, их характеристики

    Все виды электромагнитных волн распространяются в вакууме с одинаковой скоростью. Но их частота, как и зависящая от нее длина, различается, что влияет на их взаимодействие с разными веществами. Поэтому основная классификация электромагнитных излучений делит их согласно частотным диапазонам.

    Также электромагнитные излучения различаются по происхождению:

    • природные;
    • антропогенные.

    При появлении большого количества антропогенных источников излучения стали классифицировать не только по частоте и длине волн, но и по степени их вреда для человека. Ионизирующие излучения могут быть причиной реактивных изменений в организме человека, называемых лучевой болезнью. Заряженные частицы испускают столько энергии, что нарушают связи между молекулами облучаемого объекта. К ионизирующим относят рентгеновское и гамма-излучение, хотя на атомы способны воздействовать и другие виды электромагнитных волн.

    Видимый свет

    Видимый свет состоит из лучей семи основных цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового. У каждого цвета собственная длина волны.

     


    Невозможно указать точные границы диапазона видимого излучения, так как уменьшение чувствительности при отдалении от точки максимума в зеленой части спектра происходит постепенно. Видимые излучения обычно имеют сложный спектральный состав, в который могут входить ультрафиолетовые и инфракрасные волны. Оттенки, не относящиеся к семи основным цветам, например, розовый или бежевый, образуются при смешении монохроматических излучений.

    Инфракрасное

    Инфракрасное излучение занимает область спектра между видимым светом и микроволновым излучением. Чем выше температура излучающего тела, тем интенсивнее излучение и короче длина волны. Для его регистрации используют тепловые и фотоэлектрические приемники. Излучение Солнца наполовину состоит из инфракрасных волн.

    В спектре этого вида излучения выделяют:

    • ближний инфракрасный свет, 0,75–1,4 мкм;
    • коротковолновый, 1,4–3 мкм;
    • средневолновый, 3–8 мкм;
    • длинноволновый, 8–15 мкм;
    • дальний, 15–1000 мкм.

    Радиоволны

    Радиоволны относятся к низкочастотным электромагнитным волнам — до 3 ТГц. Их принято классифицировать по длине волны:

    • сверхдлинные, более 10 км;
    • длинные, 10 км — 1 км;
    • средние, 1 км — 100 м;
    • короткие, 100 м — 10 м;
    • ультракороткие, 10 м — 0,1 мм.

    Также радиоволны можно разделить на амплитудно-модулированные (АМ) и частотно-модулированные (FM). FM-радиосигналы передают звук, меняя частоту несущего колебания, а не амплитуду, как AM-сигналы. Расстояние передачи FM-сигналов значительно меньше, но качество передаваемого звука выше, и они менее подвержены влиянию электромагнитных помех.{19}\) Гц. Оно возникает при столкновении электронов и поверхности анода на большой скорости, когда атомы анода меняют внутреннюю структуру. Частота излучения зависит от материала анода; его делят на мягкое, с большей длиной волны и меньшей частотой излучения, и жесткое.

    Гамма-излучение

    При распаде радиоактивных веществ ядра их атомов испускают гамма-излучение. Его частота определяется разностью энергий двух состояний ядра и рассчитывается по формуле \(f\;=\;(E1-E2)/h\), где \(h\) — постоянная Планка.

    Диапазоны ЭМ излучения

    Два главных параметра электромагнитных излучений — частота колебаний \(f\) (число полных циклов колебаний в секунду) и длина волны lambda (расстояние, которое она проходит за одно колебание) — жестко связаны между собой. Зная частоту излучения, можно определить длину его волны, и наоборот, подставив известное значение в выражение \(с\;=\;F\times\lambda\), где \(с\) — скорость света.

    Частоты и длины электромагнитных волн изменяются в очень широких пределах: от нескольких колебаний в секунду до \(10^{27}\), от размеров, сопоставимых с размерами атомов, до миллионов километров в безвоздушном пространстве. Поэтому электромагнитные излучения принято делить на частотные диапазоны в порядке возрастания длины волны, от гамма-лучей к радиоволнам. Границы между выделенными диапазонами условны.

     

    Источники

    Независимо от устройства источника электромагнитного излучения, оно всегда возбуждается электрическими зарядами, меняющими свою скорость. Можно разделить источники на два типа — микроскопические и макроскопические.

    Микроскопические

    Заряженные частицы перемещаются между энергетических уровней внутри атомов и молекул. Микроскопические источники испускают высокочастотные излучения: гамма-излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое, инфракрасное, видимый свет. Их свойства — предмет изучения ядерной физики и оптики.

    Макроскопические

    В макроскопических источниках электромагнитное излучение испускают свободные электроны проводников, совершающие синхронные периодические колебания. Их поведение подчиняется законам классической электродинамики.

    Примеры источников ЭМ излучения

    Сверхдлинные естественные радиоволны излучают астрономические объекты. Солнце испускает видимый свет, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, поверхность Земли и облака отдают поглощенную энергию в атмосферу в виде инфракрасного излучения.

    Искусственное излучение генерируют вышки радио- и телевещания, мобильной связи. При проходе тока по линиям электропередачи происходит паразитное излучение электромагнитных волн. Также паразитное излучение могут создавать системы распределения электроэнергии, токоведущие элементы работающих электроустановок: генераторов, трансформаторов, электромагнитов. Степень опасности для человека, находящегося в зоне действия поля, зависит от мощности его источника.

    Практическое применение электромагнитных волн

    Космическое радиоизлучение регистрируют с помощью специальных телескопов, чтобы на основании полученных данных определять координаты небесных тел, структуру, интенсивность излучения и другие характеристики. Астрономы отправляют зондирующие радиосигналы и регистрируют их эхо, исследуя планеты Солнечной системы, их спутники и кольца, астероиды, кометы, космический мусор.

    Благодаря радиоволнам работает мобильная связь, радиосвязь, радиовещание, телевещание, спутниковая связь. Применение инфракрасных излучателей для обогрева помещений и сушки окрашенных поверхностей ускоряет процесс и уменьшает затраты электроэнергии. Инфракрасные каналы приема и передачи данных нечувствительны к электромагнитным помехам, что позволяет использовать инфракрасные волны в условиях, когда радиосвязь затруднена. Ультрафиолетовое излучение эффективно обеззараживает воздух и воду, а также применяется для сушки зубных пломб.

    Рентгеновские лучи помогают получить изображение костей и внутренних органов человека, высвечивают дефекты в рельсах и сварочных швах. В аэропортах применяют рентгенотелевизионные интроскопы для бесконтактного просмотра содержимого багажа.

    Различные виды электромагнитного излучения

    Он позволяет вам увидеть или поговорить с любимым человеком в другом уголке мира, а иногда он выдает вас из космоса — это электромагнитное излучение. Это действительно классная вещь. Итак, давайте посмотрим на все виды электромагнитного излучения и на то, почему все они на самом деле одно и то же.

    Изображение предоставлено Джорджем Джеймсом.

    Когда заряженные частицы в форме атомов (ионов) или элементарных частиц (электронов или протонов) получают достаточно энергии, чтобы двигаться и взаимодействовать со своими сверстниками, они начинают создавать магнитные и электрические поля.Взаимодействие между этими двумя типами полей порождает (вы никогда не догадаетесь) электромагнитные явления. И все это очень хорошие новости: электромагнетизм (ЭМ) — одна из фундаментальных сил в природе, набор из четырех естественных законов, которые взяли на себя ответственность после Большого взрыва и сформировали нашу Вселенную в том виде, в каком она есть сегодня.

    Один особенно интересный кусок пирога ЭМ — электромагнитное излучение. Эти явления в настоящее время являются бесспорным рекордом самых быстрых вещей в истории. Итак, давайте посмотрим на них, начиная с:

    Основы

    Фотоны, вероятно, наиболее известны своей ролью частиц, «переносящих» свет, но это только часть их работы.Эти элементарные частицы являются носителями энергии для нескольких других видов волн, которые вместе образуют спектр электромагнитного излучения (ЭМИ). Как и любой тип волн (да, волны на воде в том числе), они частично характеризуются длиной и частотой. В порядке увеличения частоты / уменьшения длины волны они могут быть:

    • радиоволны
    • микроволны
    • инфракрасное излучение
    • видимый свет
    • ультрафиолетовое излучение
    • Рентгеновские снимки
    • гамма-лучи

    На первый взгляд это могут показаться совершенно разными вещами.Например, рентгеновские лучи можно использовать для осмотра кожи с по , а ультрафиолетовые лучи вызывают загар и ожог кожи, если вы не пользуетесь солнцезащитным кремом. Совершенно разные, правда?

    Ну не совсем. Представьте спектр электромагнитного излучения как гитарную струну, натянутую на восемь ладов. Сыграйте самую низкую ноту, и вы получите радиоволны, сыграйте самую высокую, и вы получите гамма-лучи. На гитаре разные вибрационные паттерны струны будут издавать разные звуки в виде нот — наше восприятие их по-разному, но в основном это одно и то же, установленное на разных настройках интенсивности.Точно так же разные модели колебаний магнитного и электрического полей будут генерировать различные виды ЭМИ. Мы воспринимаем их как совершенно разные (некоторые из них мы вообще не можем ощутить напрямую), но в основном это одни и те же явления с разной интенсивностью.

    Источник генерирует электромагнитное излучение, когда в системе есть энергия, потому что это то, что заставляет частицы вибрировать. Как показывает практика, более горячие тела генерируют волны большей мощности и преимущественно на более высоких частотах. Частота измеряется в герцах (Гц), что определяется как один цикл в секунду.Частота в один Гц означает, что каждую секунду генерируется одна волна, один кГц означает, что в секунду генерируется 1000 волн, а один ГГц соответствует одному миллиарду волн в секунду.

    Просто измерьте расстояние между одинаковыми точками на волне.
    Изображение предоставлено Ричардом Ф. Лайоном / Википедия.

    Длина волны равна скорости по частоте и обычно используется для обозначения расстояния между двумя последовательными гребнями. Однако технически его можно измерить где угодно на волне.

    Наконец, электромагнитное излучение отличается от остальных электромагнитных явлений тем, что они являются эффектами «дальнего поля».Эти волны не ограничиваются взаимодействием с находящимися поблизости объектами, в отличие, например, от электростатического эффекта. Однажды возникнув, волны могут также разноситься в космосе (они «излучают», откуда и происходит термин «излучение») без каких-либо дополнительных затрат со стороны зарядов, которые их генерировали. Таким образом, эти волны будут продолжаться до тех пор, пока у них не закончится энергия — либо потому, что они столкнутся с некоторыми частицами, с которыми они могут взаимодействовать, либо потому, что они просто выдохнутся.

    Итак, теперь у нас есть общее представление о том, как они формируются, круто.Пройдемся по каждому типу волн.

    Радиоволны

    Генерация радиоволн в антенне постоянного тока.
    Изображение из Википедии.

    Радиоволны имеют самые низкие частоты из всех типов ЭМИ, а их фотоны несут наименьшее количество энергии. Обычно радиоволной считается что-либо в диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц, хотя в некоторых определениях все, что выше 1 ГГц или 3 ГГц, считается микроволнами. Это делает радиоволны ленивцами ЭМИ. Радиоволновые фотоны расположены далеко друг от друга — на частоте 3 кГц, длина волны составляет 100 км (62 мили), длина 1 мм (0.039 in) на частоте 300 ГГц — это означает, что они несут меньше энергии, чем другие типы ER.

    Их взаимодействие с материей в значительной степени ограничивается созданием связки электрических зарядов, распределенных по множеству атомов, поэтому каждый заряд довольно крошечный. Однако это полезно, поскольку такое расширение позволяет проводнику, подключенному к цепи, преобразовывать радиоволны обратно в некоторые электрические сигналы. Добавьте к этому их скорость (все электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью света), и они действительно хороши для связи на большие расстояния.

    В качестве альтернативы, если у вас есть проводник, который не привязан к цепи, скажем, самолет в полете, разделение этих зарядов будет генерировать новые радиоволны — это то, что позволяет радиолокационным сигналам «отражаться» от предметов. Поглощение или излучение радиоволн всегда производит электрический ток, тепло или и то, и другое.

    Микроволны

    Микроволны — это электромагнитное излучение с частотами от 300 МГц (длина волны 100 см) до 300 ГГц (0,1 см). Если не считать более энергичных фотонов и более короткой длины волны (что означает большую плотность энергии), они действительно похожи на радиоволны.Фактически, микроволновые печи также широко используются в связи, но с некоторыми ключевыми отличиями от радиоволн.

    Во-первых, вам нужна прямая видимость приемника, поскольку микроволны не изгибаются (не дифрагируют) вокруг холмов или гор, они не отражаются от ионосферы и не следуют за кривизной планеты, как поверхностные волны. Но они обладают большей мощностью, чем радиоволны, и могут проникать сквозь некоторые вещи, которые радио не может — например, густые облака или пыль — из-за своей более высокой частоты.

    Микроволны используются для передачи данных по беспроводным сетям, для связи со спутниками и космическими кораблями, в автономных и классических транспортных средствах для систем предотвращения столкновений, в некоторых радиосетях, системах входа без ключа и пультах для гаражных ворот.

    Их также можно использовать в духовках. Тот же процесс, который позволяет поглощению радиоволн для генерирования тепла, делает микроволновую печь 2,45 ГГц (12 см) очень хорошей для нагрева воды. А поскольку в пище всегда есть хоть немного воды, значит, микроволновые печи — отличный способ разогреть пищу.

    Инфракрасное излучение

    Сотрудник НАСА / Лаборатории реактивного движения Арт Хаммонд смотрит через инфракрасную камеру.
    Изображение предоставлено НАСА / Лаборатория реактивного движения.

    Любимец дрянных боевиков в инфракрасном или инфракрасном диапазоне. Он идет только в видимой части спектра, от 300 ГГц (1 мм) до нижнего видимого предела (красный цвет) на 430 ТГц (700 нм). Это спектр, в котором большинство объектов, с которыми вы будете взаимодействовать, излучают тепло. В отличие от радио и микроволнового излучения, инфракрасное излучение взаимодействует с диполями (сильно поляризованными химическими молекулами, такими как вода), что означает, что оно поглощается широким спектром веществ — и почти всеми органическими веществами, — которые превращают его колебания в тепло.Однако верно и обратное, что означает, что объемные вещества обычно излучают некоторые уровни ИК-излучения, выделяя свое тепло.

    Так что это не очень хорошо для связи на большие расстояния, так как будет просто поглощаться водой в атмосфере. Но ваш пульт от телевизора может использовать ИК-порт для выдачи команд на короткие расстояния с большим успехом. ИК-детекторы полезны, если вы пытаетесь увидеть что-то, что выделяет тепло, например грабителя посреди ночи. Инфракрасное излучение также используется в астрономии, чтобы смотреть сквозь облака пыли в поисках планет, в промышленных приложениях для отслеживания утечек тепла или предотвращения перегрева, в прогнозировании погоды и в некоторых медицинских приложениях.Военные также, очевидно, являются большим поклонником ИК, используя его как для наблюдения, так и для наведения боеприпасов на цель.

    И как знают любители ящериц, инфракрасное излучение — отличный способ направить тепло туда, где оно необходимо. Фактически, именно так люди открыли для себя IR. Еще в 1800 году астроном по имени сэр Уильям Гершель впервые описал инфракрасное излучение, наблюдая его влияние на термометре.

    Как и все другие электромагнитные излучения, ИК-излучение несет энергию и ведет себя как волна, так и как квантовая частица, фотон.Чуть более половины всей солнечной энергии, которая достигает Земли, поступает в виде инфракрасного излучения, поэтому солнечный свет кажется таким теплым.

    Видимый свет

    Это интервал электромагнитного излучения, на который настроены ваши глаза. Видимый свет охватывает спектр от 430 до 770 ТГц (от 390 до 700 нм). Мы видим разные цвета, потому что некоторые части этого спектра поглощаются объектами, а остальные отражаются. Чтобы что-то казалось вам красным, оно должно поглощать длины волн, которые не соответствуют цвету, и отражать только красные длины волн, чтобы ваши глаза могли уловить их.

    Однако цвет также может возникать из-за того, как свет взаимодействует с конкретным объектом. Текстура объекта также создается примерно таким же механизмом. Снег, например, кажется белым, матовым и в то же время отражающим, но отдельные снежные кристаллы выглядят как кусочки стекла. Вы можете узнать почему здесь.

    Ультрафиолетовое излучение

    До и после солнцезащитного крема, видимые УФ-камерой, демонстрирующие его эффекты.
    Изображение: Wikimedia Commons

    ЭМ спектр на частоте 789 терагерц (ТГц) или более называется ультрафиолетовым.Ультрафиолетовый свет состоит из действительно коротких волн, от 10 до 400 нм, и несет в себе много энергии. Фактически, начиная с ультрафиолетовой границы, фотоны несут достаточно энергии, чтобы преобразовать определенные химические связи в новые структуры. Это ад , если вы — молекула ДНК, просто пытающаяся сохранить информацию. Что еще хуже для живых существ, определенные подтипы УФ-излучения, у которых недостаточно энергии для непосредственного повреждения ДНК (например, подтип A), по-прежнему представляют опасность, потому что они производят активные формы кислорода внутри тела, высокореактивные соединения, которые захватывают химические связи в ДНК.

    В целом УФ-излучение достаточно энергично, чтобы представлять реальную опасность для жизни. Даже относительно низкоэнергетическое ультрафиолетовое излучение может вызвать неприятные ожоги кожи, гораздо более серьезные, чем те, которые вызваны просто температурой (поскольку они также являются радиационными ожогами, как объяснялось выше). Воздействие ультрафиолетового излучения с более высокой энергией может привести к раку, поскольку волны наносят ущерб цепям ДНК.

    Эта способность наносить урон живым организмам будет обычным явлением отныне в списке, так как частота будет только расти дальше.На более высоких концах УФ-спектра (около 125 нм или меньше, иногда называемое «крайним УФ-излучением») энергия, переносимая этими волнами, настолько высока, что может фактически отрывать электроны от оболочек атомов в процессе, называемом фотоионизацией.

    Учитывая, что УФ-излучение составляет около 10% от общего количества солнечного света, оно доставит много проблем всем, кто живет на суше (поскольку вода довольно хорошо поглощает УФ-излучение). К счастью для нас, землян, мы защищены озоновым слоем и остальной атмосферой, которые отфильтровывают большую часть ультрафиолетовых лучей, прежде чем они нанесут какой-либо реальный ущерб.

    Однако это еще не все плохие новости. Ультрафиолетовое излучение является ключом к синтезу витамина D у большинства наземных позвоночных, включая человека. УФ-лучи также используются в фотографии и астрономии, в некоторых приложениях безопасности (для проверки подлинности счетов или кредитных карт), в судебной медицине, в качестве стерилизатора и, конечно же, в соляриях.

    Рентген / рентгеновское излучение

    Изображение предоставлено Джонни Линднером.

    С частотами в диапазоне от 30 петагерц до 30 эксагерц («пета» означает 15 нулей, «экса» означает 18 нулей) и длинами волн от 0.От 01 до 10 нанометров, рентгеновские лучи очень энергичны. Те, у которых длина волны меньше 0,2–0,1 нм, называются «жесткими» рентгеновскими лучами. Врачи используют их, чтобы увидеть кости внутри тела, потому что они настолько крошечные и мощные, что наши мягкие ткани практически прозрачны для них. То же самое и с багажом в аэропорту — через них можно видеть жесткие рентгеновские лучи. Их длина волны сопоставима с размером отдельных атомов, поэтому геологи используют их для определения кристаллических структур.

    Рентгеновские лучи (и более энергичные гамма-лучи) состоят из фотонов, которые все несут энергию минимальной ионизации (все они могут фотоионизировать), и поэтому называются ионизирующим излучением.Они могут нанести серьезный ущерб организмам и биомолекулам, часто поражая ткани очень глубоко под кожей, поскольку они легко проникают через большинство веществ.

    Они названы в честь Вильгельма Рентгена, немецкого ученого, который открыл их 8 ноября 1895 года. Сам Рентген назвал их рентгеновским излучением, потому что в то время это было довольно загадочно — никто толком не понимал, что это за излучение и что оно делает.

    Гамма-лучи

    Художественное изображение гамма-всплеска GRB 080319B.Обратите внимание на два полярных луча излучения: внутренний, более концентрированный, и внешний, более разбавленный.
    Изображение предоставлено NASA / Swift / Mary Pat Hrybyk-Keith и John Jones.

    Это ЭМИ с одиночными фотонами с самой высокой энергией, о которых мы знаем. Они имеют частоты, превышающие 30 эксагерц, и длину волны менее 10 пикометров (1 пикометр составляет тысячную нанометра или тысячную долю миллиардной доли метра), что меньше диаметра атома. В основном они возникают в результате радиоактивного распада здесь, на Земле (например, ядерного оружия или Чернобыля), но также могут происходить в виде смехотворно мощных гамма-всплесков, вероятно, в результате превращения умирающих звезд в сверхновые или более крупные гиперновые, прежде чем они коллапсируют в нейтронные звезды или черные дыры. .Они представляют собой самый смертоносный вид электромагнитного излучения для живых организмов. К счастью, они в значительной степени поглощаются атмосферой Земли.

    Искусственное гамма-излучение иногда используется для изменения внешнего вида драгоценных камней, например для превращения белого топаза в голубой топаз. США также экспериментируют с их использованием для создания своего рода рентгеновского аппарата на стероидах, который может сканировать до 30 контейнеров в час. Чтобы понять, насколько нелепо проникающие гамма-лучи, знайте, что в горнодобывающих предприятиях используются генераторы гамма-лучей, которые просматривают огромные груды руды и отбирают самые богатые для обработки.Другие применения включают облучение (используемое для стерилизации медицинского оборудования или пищевых продуктов), для уничтожения раковых опухолей и в ядерной медицине.

    Короче говоря, это категории, которые мы используем для описания электромагнитного излучения. У них есть вещи, через которые они хотят пройти, и вещи, от которых они размышляют. Это свет, который вы не видите, и он может быть приятным, очень опасным, а иногда и безумно смертельным.

    Электромагнитный спектр | Введение в химию

    Цель обучения
    • Вычислить частоту или энергию фотона, определить три физических свойства электромагнитных волн

    Ключевые моменты
      • Электромагнитный спектр включает обычные режимы, такие как ультрафиолетовый, видимый, микроволновый и радиоволны.
      • Электромагнитные волны обычно описываются одним из следующих трех физических свойств: частотой (f), длиной волны (λ) или интенсивностью (I). Кванты света обычно описываются частотой (f), длиной волны (λ) или энергией фотона (E). Спектр можно упорядочить по частоте или длине волны.
      • Электромагнитное излучение по-разному взаимодействует с веществом в разных частях спектра. Типы взаимодействия могут варьироваться от электронного возбуждения до молекулярной вибрации в зависимости от различных типов излучения, таких как ультрафиолетовое, рентгеновское, микроволны и инфракрасное излучение.

    Термины
    • спектр: Диапазон цветов, представляющих свет (электромагнитное излучение) смежных частот; отсюда электромагнитный спектр, видимый спектр, ультрафиолетовый спектр и т. д.
    • фотон — квант света и другой электромагнитной энергии, рассматриваемый как дискретная частица, имеющая нулевую массу покоя, отсутствие электрического заряда и неопределенно долгое время жизни.
    • гамма-излучениеЭлектромагнитное излучение высокой частоты и, следовательно, высокой энергии на фотон.

    Диапазон электромагнитного спектра

    Электромагнитный спектр — это диапазон всех возможных частот электромагнитного излучения. Электромагнитный спектр объекта имеет другое значение: это характерное распределение электромагнитного излучения, испускаемого или поглощаемого этим конкретным объектом.

    Свойства электромагнитного спектра Длины волн в различных областях электромагнитного спектра показаны вместе с приблизительным представителем размера длины волны.

    Электромагнитный спектр простирается от нижних частот, используемых для современной радиосвязи, до гамма-излучения на коротковолновой (высокочастотной) стороне, охватывая длины волн от тысяч километров до доли размера атома. Предел для длинных волн — это размер самой Вселенной, в то время как считается, что предел для коротких волн находится в районе планковской длины (1,616 x 10 -35 м), хотя в принципе спектр бесконечен и непрерывен. .

    Большая часть электромагнитного спектра используется в науке для спектроскопических и других зондирующих взаимодействий, как способов изучения и определения характеристик материи. В общем, если длина волны электромагнитного излучения аналогична длине волны конкретного объекта (атома, электрона и т. Д.), То можно исследовать этот объект с помощью этой частоты света. Кроме того, было обнаружено, что излучение из различных частей спектра имеет много других применений в связи и производстве.

    Энергия фотона

    Электромагнитные волны обычно описываются одним из следующих трех физических свойств: частотой (f) (также иногда обозначаемой греческой буквой nu, ν), длиной волны (λ) или энергией фотона (E). Частоты, наблюдаемые в астрономии, варьируются от 2,4 × 10 23 Гц (гамма-лучи 1 ГэВ) до локальной плазменной частоты ионизированной межзвездной среды (~ 1 кГц). Длина волны обратно пропорциональна частоте волны; следовательно, гамма-лучи имеют очень короткие длины волн, которые составляют часть размера атомов, тогда как другие длины волн могут быть такими же длинными, как и Вселенная.Энергия фотона прямо пропорциональна частоте волны, поэтому фотоны гамма-излучения имеют самую высокую энергию (около миллиарда электрон-вольт), в то время как радиоволновые фотоны имеют очень низкую энергию (около фемтоэлектронвольт). Эти отношения иллюстрируются следующими уравнениями:

    [латекс] f = \ frac {c} {\ lambda} или f = \ frac {E} {h} или E = \ frac {hc} {\ lambda} [/ latex]

    c = 299 792 458 м / с — скорость света в вакууме

    h = 6,62606896 (33) × 10 −34 Дж s = 4.13566733 (10) × 10 −15 эВ · с = постоянная Планка.

    Когда электромагнитные волны существуют в среде с веществом, их длина уменьшается. Длины волн электромагнитного излучения, независимо от того, через какую среду они распространяются, обычно указываются в терминах длины волны вакуума, хотя это не всегда явно указывается. Обычно электромагнитное излучение классифицируется по длине волны на радиоволны, микроволны, терагерцовое (или субмиллиметровое) излучение, инфракрасное, видимую область, которую мы воспринимаем как свет, ультрафиолет, рентгеновские лучи и гамма-лучи.Поведение электромагнитного излучения зависит от его длины волны. Когда электромагнитное излучение взаимодействует с отдельными атомами и молекулами, его поведение также зависит от количества энергии, приходящейся на квант (фотон), которое оно несет.

    A.2.1 Описание электромагнитного спектра IB Chemistry SL — YouTube На этот раз с помощью уравнений! Число волны = 1 / длина волны в см. Скорость света = длина волны x частота. Энергия = постоянная Планка x частота. Доктор Аткинсон вскоре перешел к ненужным гамма-лучам и улучшил их до дельта-лучей!

    Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом

    Электромагнитное излучение по-разному взаимодействует с веществом в разных частях спектра.Типы взаимодействия могут быть настолько разными, что кажется оправданным относить к разным видам излучения. В то же время существует континуум, содержащий все эти различных видов электромагнитного излучения. Таким образом, мы говорим о спектре, но разделяем его на основе различных взаимодействий с материей. Ниже приведены области спектра и их основные взаимодействия с веществом:

    • Радио: Коллективные колебания носителей заряда в массивном материале (плазменные колебания).Примером может служить колебание электронов в антенне.
    • Микроволновое излучение через дальний инфракрасный диапазон: колебания плазмы, вращение молекул.
    • Ближний инфракрасный свет: молекулярная вибрация, плазменная вибрация (только для металлов).
    • Видимый: молекулярное электронное возбуждение (включая молекулы пигмента, обнаруженные в сетчатке глаза человека), плазменные колебания (только для металлов).
    • Ультрафиолет: возбуждение молекулярных и атомных валентных электронов, включая выброс электронов (фотоэлектрический эффект).
    • Рентгеновские лучи: возбуждение и выброс остовных атомных электронов, комптоновское рассеяние (для малых атомных номеров).
    • Гамма-лучи: энергетический выброс остовных электронов в тяжелых элементах, комптоновское рассеяние (для всех атомных номеров), возбуждение атомных ядер, включая диссоциацию ядер.
    • Гамма-лучи высоких энергий: Создание пар частица-античастица. При очень высоких энергиях одиночный фотон может создать поток высокоэнергетических частиц и античастиц при взаимодействии с веществом.

    Эта классификация идет в порядке возрастания частоты и порядка убывания длины волны, что характерно для типа излучения. Хотя в целом схема классификации точна, в действительности часто существует некоторое перекрытие между соседними типами электромагнитной энергии. Например, радиоволны SLF с частотой 60 Гц могут приниматься и изучаться астрономами или могут передаваться по проводам в качестве электроэнергии, хотя последнее, в строгом смысле слова, вовсе не является электромагнитным излучением.

    Показать источники

    Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

    Электромагнитная энергия: Примеры | Что такое электромагнитное излучение? — Видео и стенограмма урока

    Два основных свойства, которые мы используем для классификации электрогенного излучения, частота электромагнитного излучения и длина волны электромагнитного излучения, являются обратными.Поскольку скорость света постоянна, более высокая частота всегда будет означать более короткую длину волны, а более высокая длина волны всегда будет означать более низкую частоту.

    Частота может быть определена как количество волн, проходящих через точку каждую секунду. А длина волны может быть определена как длина волны, измеренная от гребня до гребня или от впадины до впадины в любой данный момент. Обычно эти две величины связаны формулой частоты : {eq} f = v / w {/ eq}

    В приведенной выше формуле f обозначает частоту, v обозначает скорость волны и w означает длину волны.В случае электромагнитных волн v всегда равно скорости света, по крайней мере, в вакууме. Таким образом, решение для длины волны на данной частоте или для частоты на данной длине волны — это простой вопрос умножения или деления. Таким образом, частоты и длины волн радиоволн, видимого света и даже рентгеновских лучей являются хорошо известными величинами. Это важная информация, которую нужно знать, когда речь идет о конструкции антенн, радиоприемников, спутников и другого оборудования, использующего электромагнитные волны.

    Кроме того, энергию фотона можно рассчитать по формуле {eq} E = hf {/ eq}, где E обозначает энергию, f обозначает частоту и h обозначает постоянную Планка, одну из наименьшие константы в физике.

    Примеры электромагнитной энергии

    Электромагнитная энергия бывает разных форм. Микроволновая печь использует электромагнитные волны для вибрации молекул воды и разогрева пищи. Сотовый телефон посылает электромагнитные волны на вышку, которая отправляет их на спутник, передавая телефонные звонки и текстовые сообщения по всему миру.Фактически, все семь категорий электромагнитного излучения играют важную и очень разные роли в нашей повседневной жизни. Ниже приведены некоторые примеры электромагнитного излучения, включая описания и приложения.

    Радиоволны

    Радиоволны — это низкочастотные длинноволновые электромагнитные волны. Это наименее энергичный и наименее опасный тип электромагнитного излучения. Их длина волны определяется как любая длина волны выше 1 миллиметра, а их частота определяется как любая частота ниже 300000000000 Гц.Радиоволны используются во всем, от автомобильных стереосистем до сотовых телефонов и открывателей гаражных ворот.

    Радиовышки используют радиоволны для передачи сигналов на огромные расстояния.

    Микроволны

    Микроволны имеют более высокую частоту и меньшую длину волны, чем радиоволны, но они все еще обычно считаются низкоэнергетическими и обычно не считаются опасными для человека. Их длина волны определяется как любая длина волны от 1 миллиметра до 25 микрометров, а их частота определяется как любая частота от 300 000 000 000 до 10 000 000 000 000 Гц.Микроволны, конечно, используются в микроволновых печах, но также и в некоторых типах радаров, наушниках и динамиках Bluetooth, GPS и даже Wi-Fi.

    Инфракрасное излучение

    Помимо микроволновых частот, это тип излучения, известный как инфракрасный свет. Префикс infra на латыни означает «ниже». Инфракрасный означает «ниже красного» в электромагнитном спектре. Инфракрасные волны определяются как любая длина волны от 25 микрометров до 2,5 микрометров, а их частота определяется как любая частота от 10 000 000 000 000 до 400 000 000 000 000 Гц.Инфракрасный свет создается нагревательными лампами, тостерами и даже духовками для разогрева пищи. Хотя следует отметить, что эти устройства также могут создавать видимый свет, когда они установлены на достаточно высокий уровень.

    Видимый свет

    Видимый свет принципиально не отличается от инфракрасного света. Но он имеет достаточно высокую частоту и достаточно низкую длину волны, чтобы его можно было обнаружить человеческим глазом. Он бывает разных цветов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и т. Д.), Которые соответствуют разным частотам.Но важно отметить, что видимый свет — это явно человеческая категория; многие змеи могут видеть инфракрасный свет, а многие птицы могут видеть ультрафиолетовый свет. Длины волн видимого света варьируются от 400 до 750 нанометров, а частоты — от 400 000 000 000 000 до 750 000 000 000 000 Гц.

    Ультрафиолетовый свет

    За пределами видимого света, чуть более высоких частот и энергий, находится ультрафиолет. Приставка ultra происходит от латинского, что означает «находящийся за пределами».«Таким образом, ультрафиолетовый свет расположен сразу за фиолетовым в электромагнитном спектре. Однако одно ключевое различие между ультрафиолетовым светом и видимым светом состоит в том, что ультрафиолетовый свет может быть опасен. На высоких частотах и ​​в больших количествах ультрафиолетовый свет способен отщеплять электроны от материалы, которые он поражает. Это может повредить клетки и ткани человека, вызывая солнечные ожоги и тому подобное. Длины волн ультрафиолетового света варьируются от 1 до 400 нанометров, а частоты — от 1 000 000 000 000 000 до 100 000 000 000 000 000 Гц.

    Рентгеновские лучи

    Рентгеновские лучи имеют более высокую частоту, несут больше энергии и имеют более короткие длины волн, чем ультрафиолетовый свет. Они очень опасны, способны повредить клетки человека и вызвать рак. Но они тоже очень полезны. Поскольку рентгеновские лучи проникают в мягкие ткани легче, чем в кости, врачи используют рентгеновские лучи для выявления переломов и оценки многих заболеваний. Однако важно, чтобы они использовались безопасно. Обычно рентгеновские аппараты включаются только на короткое время, а внутренние органы защищаются от процедуры свинцовым одеялом или чем-то подобным.Длины волн рентгеновского излучения находятся в диапазоне от 1 нанометра до 1 пикометра, а частоты — от 1000000000000000000 до 100000000000000000000 Гц.

    Рентген используется для диагностики всего, от переломов костей до пневмонии.

    Гамма-лучи

    Гамма-лучи — это самый высокочастотный тип электромагнитного излучения. У них очень маленькая длина волны, и каждый фотон несет большое количество энергии.К тому же они очень опасны. Гамма-лучи могут быть чрезвычайно вредными для человека, если они подвергаются сильному воздействию. Это одна из причин того, что ядерные отходы настолько вредны; он излучает гамма-лучи в течение сотен и тысяч лет после того, как ядерное топливо израсходовано. Однако гамма-лучи могут быть полезны в медицине (где они могут убивать раковые клетки) и в некоторых отраслях промышленности (где они используются для стерилизации). Длины волн гамма-лучей классифицируются как менее 1 пикометра, а частоты — выше 1000000000000000000 герц.

    Краткое содержание урока

    Электромагнитное излучение — это распространение электромагнитных волн (света) в пространстве. Он создается движением заряженных частиц и включает семь типов: радиоволны, микроволны, инфракрасный свет, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Электромагнитная энергия движется со скоростью света и может излучаться, отражаться или поглощаться различными объектами. Каждый фотон несет определенное количество энергии в зависимости от его частоты (но не амплитуды).

    Электромагнитный спектр — это диапазон частот и длин волн всех типов электромагнитных волн . Радиоволны имеют самую низкую частоту, наибольшую длину волны и наименьшее количество энергии. На другом конце спектра гамма-лучи имеют самую высокую частоту, самую короткую длину волны и несут наибольшую энергию. Частота может быть определена как количество волн, которые проходят через точку каждую секунду, а длина волны может быть определена как длина волны.Эти два свойства противоположны друг другу. Все семь типов электромагнитного излучения принципиально схожи, но имеют множество различных применений: от сотовых телефонов (радиоволны) до GPS (микроволны) до уничтожения раковых клеток (гамма-лучи) и т. Д.

    видов электромагнитного излучения | Фейерверк в темной Вселенной

    Аннотация:

    Электромагнитное излучение исходит от ускоряющих электрических зарядов и передается через различные среды (включая абсолютный вакуум) посредством изменения электрического и магнитного полей в космосе.Это самый известный вид излучения, без которого нашу жизнь невозможно представить. Радио- и телепередачи, сотовые телефоны, солнечный свет, электрическое освещение, рентгеновское изображение, инфракрасные устройства, микроволновые печи и радары — все это лишь несколько примеров электромагнитного излучения и его применений. И, как мы упоминали ранее, открытие электромагнитного излучения также привело к развитию специальной теории относительности Эйнштейна. Скорость электромагнитной волны в вакууме — самая высокая во Вселенной и одна из основных постоянных природы.Его значение составляет 300 000 км / сек (или, если быть точным, 299 792 км / сек), а его общий символ в научной литературе — c. Эта скорость, которая называется и скорость света , идентична для всех видов электромагнитного излучения — радиоволн, микроволн, видимого света, ультрафиолетового излучения, рентгеновских лучей и гамма-лучей. Параметр, который различает эти типы излучения, — это длина волны или, альтернативно, ее частота. Помимо этой разницы, все упомянутые виды излучения идентичны.Видимый свет, диапазон длин волн, к которым чувствителен человеческий глаз, составляет лишь очень небольшую часть электромагнитного спектра. Радиоволны имеют самую большую длину волны, достигающую нескольких километров, в то время как гамма-лучи имеют самую короткую длину волны — менее одной миллионной нанометра (один нанометр равен одной миллиардной доли метра). Возможное существование электромагнитных волн было впервые предсказано в конце 19, -го, века британским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом, после формулировки законов электромагнетизма в виде четырех основных уравнений, названных уравнениями Максвелла .Эти уравнения описывают все явления, связанные с электрическими и магнитными полями, включая явления, связанные с электромагнитными волнами. В 1887 году Генрих Рудольф Герц построил первый передатчик и приемник радиоволн, продемонстрировав существование электромагнитных волн. Действительно, эксперименты Герца привели к развитию телеграфа и радиоустройств, и в его честь названа единица частоты, которая измеряется в циклах в секунду. Частота в один мегагерц (один миллион герц) эквивалентна длине волны 300 м…

    Электромагнитное излучение

    Электромагнитное излучение Электромагнитное излучение :

    Электромагнитное излучение — это энергия, которая распространяется по свободному пространство или через материальную среду в виде электромагнитного волны, такие как радиоволны, видимый свет и гамма-лучи.Срок также относится к излучению и передаче такой лучистой энергии.

    Шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл первым предсказал существование электромагнитных волн. В 1864 году он изложил свой электромагнитная теория, предлагающая этот свет — включая различные другие формы лучистой энергии — это электромагнитное возмущение в форма волн. В 1887 году немецкий физик Генрих Герц предоставил экспериментальное подтверждение созданием первых рукотворных электромагнитные волны и исследование их свойств.Последующий исследования привели к более широкому пониманию природы и происхождения лучистой энергии.

    Было установлено, что изменяющиеся во времени электрические поля могут вызывать магнитные поля и что изменяющиеся во времени магнитные поля могут способ наводить электрические поля. Потому что такие электрические и магнитные поля порождают друг друга, они возникают вместе, и вместе они распространяются как электромагнитные волны. Электромагнитная волна — это поперечная волна в том, что электрическое поле и магнитное поле при любая точка и время в волне перпендикулярны друг другу как а также к направлению распространения.В свободном пространстве (т. Е. В пространстве который абсолютно лишен материи и не подвергается вторжению от других полей или сил), электромагнитные волны всегда распространяются с той же скоростью — со скоростью света (299 792 458 м / с, или 186 282 миль в секунду) — независимо от скорости наблюдателя или источника волн.

    Электромагнитное излучение имеет общие свойства с другими формами волн, таких как отражение, преломление, дифракция и вмешательство. Кроме того, он может характеризоваться частотой с который изменяется во времени или по длине волны.Электромагнитный излучение, однако, обладает свойствами частиц в дополнение к тем связанные с волновым движением. Он квантуется тем, что для данного частоты, его энергия выражается как целое число, умноженное на h, в котором h является фундаментальная постоянная природы, известная как постоянная Планка. Квант электромагнитной энергии называется фотоном. Видимый свет и прочее формы электромагнитного излучения можно рассматривать как поток фотоны, энергия которых прямо пропорциональна частоте.

    Электромагнитное излучение охватывает огромный диапазон частот или длины волн, как показывает электромагнитный спектр.Обычно его обозначают поля, волны и частицы в увеличивающаяся величина частот — радиоволны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма лучи. Соответствующие длины волн обратно пропорциональны, и шкала частоты и длины волны логарифмическая.

    Электромагнитное излучение разных частот взаимодействует с дело в другом. Пылесос — единственное идеально прозрачное средний, и все материальные среды сильно поглощают некоторые области электромагнитный спектр.Например, молекулярный кислород (O2), озон (O3) и молекулярный азот (N2) в Атмосфера Земли почти идеально прозрачна для инфракрасных лучей всех частот, но они сильно поглощают ультрафиолетовый свет, X лучи и гамма-лучи. Частота (или энергия, равная hv) рентгеновских лучей значительно выше, чем у видимого света, поэтому рентгеновские лучи способен проникать во многие материалы, не пропускающие свет. Кроме того, поглощение рентгеновских лучей молекулярной системой может вызвать должны произойти химические реакции.Когда рентгеновские лучи поглощаются газом, для Например, они выбрасывают фотоэлектроны из газа, которые, в свою очередь, ионизировать его молекулы. Если эти процессы происходят в живой ткани, то фотоэлектроны, испускаемые органическими молекулами, разрушают клетки ткани. Гамма-лучи, хотя обычно несколько выше частоты, чем рентгеновские лучи, имеют в основном ту же природу. Когда энергия гамма-лучей поглощается веществом, его действие практически неотличим от эффекта, производимого рентгеновскими лучами.

    Существует множество источников электромагнитного излучения, как естественных, так и естественных. рукотворный.Например, радиоволны создаются космическими объектами. такими как пульсары и квазары, а также электронными схемами. Источники ультрафиолетовое излучение включает ртутные лампы и высокоинтенсивные огни, а также Солнце. Последний также генерирует рентгеновские лучи, как и некоторые типы ускорителей частиц и электронных устройств.

    Выдержка из Британской энциклопедии без разрешения.

    Электромагнитный спектр — сравниваемые типы электромагнитных волн

    Вы можете подумать, что мир — это, по сути, то, что вы видите перед собой, но задумайтесь на мгновение, и вы поймете, что это неправда. Когда вы закрываете глаза, мир не перестает существовать только потому, что нет света, через который можно было бы видеть. Если бы вы были гремучей змеей или совой, вы могли бы прекрасно видеть ночью. Если мыслить более масштабно, что, если бы вы были радаром? установлен на самолете? Затем вы можете помочь пилотам видеть в темноте или в плохую погоду, обнаруживая отраженные радиоволны.А если бы вы были фотоаппаратом, чувствительным к рентгеновским лучам, вы могли бы видеть сквозь тела или здания! Свет, который мы видим, — это лишь часть всей электрической и магнитной энергии, циркулирующей в нашем мире. Радиоволны, рентгеновские лучи, гамма-лучи и микроволны работают очень похоже. В целом эта энергия называется электромагнитным спектром. Давайте подробнее рассмотрим, что это значит!

    Фото: Капли воды изгибают (или преломляют) коротковолновый синий свет больше, чем длинноволновый красный свет, поэтому, когда солнечный свет проходит сквозь дождь, дуги радуги пересекают небо, образуя радугу и открывая спектр, «скрытый» внутри белого света.

    Что такое электромагнитное излучение?

    Фото. Даже когда вокруг мало или совсем нет «видимого» света, мы купаемся в огромном количестве невидимой электромагнитной энергии. Когда дело доходит до электромагнитного излучения, на самом деле нет такого понятия, как «темнота». Фото любезно предоставлено НАСА в палате общин.

    Световые волны и другие виды энергии, которые излучаются (распространяются) там, где они производятся, являются называется электромагнитным излучением. Вместе они составляют так называемый электромагнитный спектр.Наши глаза могут видеть только ограниченную часть электромагнитного спектра — красочную радугу, которую мы видим в солнечно-дождливые дни, которая является невероятно крошечной частью всего электромагнитного излучения, пронизывающего наш мир. Мы называем энергию видимого света (мы подробно обсуждаем это в нашей основной статье о свете) и, как и радиоволны, микроволны и все остальное, он сделан вверх электромагнитных волн. Это восходящие и нисходящие волнообразные узоры. электричество и магнетизм эти гонки под прямым углом друг к другу со скоростью света (300000 км в секунду или 186000 миль в секунду, что достаточно быстро, чтобы облететь 400 раз вокруг света за минуту!).Свет мы может видеть участки спектра от красного (самая низкая частота и самая длинная длина волны света, которую могут регистрировать наши глаза) через оранжевый, желтый, от зеленого, синего и индиго до фиолетового (самая высокая частота и самая короткая длина волны, которую мы можем видеть).

    Рисунок: Вверху: Как распространяется электромагнитная волна: Если бы мы могли заглянуть внутрь светового луча (или другой электромагнитной волны), то мы бы увидели: электрическую волну, колеблющуюся в одном направлении (в данном случае синюю, и колеблющуюся вверх- и вниз) и магнитная волна, колеблющаяся под прямым углом к ​​нему (в данном случае красная и колеблющаяся из стороны в сторону).Две волны колеблются идеально, под прямым углом к ​​направлению, в котором они движутся. Эта диаграмма показывает нам то, что ученые действительно понимали только в 19 веке: электричество и магнетизм — равноправные партнеры, которые постоянно работают вместе. Внизу: анимированная версия того же произведения искусства.

    Какие виды энергии составляют электромагнитный спектр?

    Какие еще виды электромагнитного излучения испускают объекты? Вот несколько из них, расположенные по порядку. от самой длинной волны до самой короткой.Обратите внимание, что это не совсем определенные полосы с резкими краями: они размываются одна в другую с некоторым перекрытием между ними.

    • Радиоволны: Если бы наши глаза могли видеть радиоволны, мы могли бы (в теория) смотрите телепрограммы, просто глядя в небо! Не совсем, но идея хорошая. Типичный размер: 30–500 м. Радиоволны охватывают огромный диапазон частот, а их длины варьируются от десятков сантиметров для высокочастотных волн до сотен метров (длина легкоатлетической дорожки) для низкочастотных.Это просто потому, что любая электромагнитная волна длиннее микроволны называется радиоволной.
    • Микроволны: очевидно, используются для приготовления пищи в микроволновых печах, но также для передачи информации в радарном оборудовании. Микроволны похожи на коротковолновые радиоволны. Типичный размер: 15 см (длина карандаша).
    • Инфракрасный: Сразу за самым красным светом, который мы можем видеть, с немного короче частоты, появляется некий невидимый «горячий свет», называемый инфракрасный. Хотя мы этого не видим, мы чувствуем, как он согревает нашу кожу когда он попадает нам в лицо — это то, что мы называем излучаемым теплом.Если бы мы, подобно гремучим змеям, могли видеть инфракрасное излучение, оно бы это немного похоже на линзы ночного видения, встроенные в нашу голову. Типичный размер: 0,01 мм (длина ячейки).
    • Видимый свет: Свет, который мы действительно видим, представляет собой крошечный кусочек в середине спектра. Типичный размер: 550 нанометров (размер небольшой амебы).
    • Ультрафиолет: это своего рода синий свет, выходящий за пределы самый высокочастотный фиолетовый свет, который могут уловить наши глаза. Солнце излучает мощное ультрафиолетовое излучение, которое мы не можем понять: вот почему вы можете получить солнечные ожоги, даже когда купаетесь в море или в пасмурные дни, и почему солнцезащитный крем так важен.Типичный размер: 500 нанометров (ширина типичной бактерии).
    • Рентгеновские лучи: очень полезный тип высокоэнергетических волн, широко используемый в медицине и безопасности. Узнайте больше в нашей основной статье о рентгеновских лучах. Типичный размер: 0,1 нанометра (ширина атома).
    • Гамма-лучи: это наиболее энергичная и опасная форма электромагнитного излучения. волны. Гамма-лучи — это разновидность вредного излучения. Типичный размер: 0,000001 нм (ширина атомного ядра).

    Электромагнитный спектр — подробный взгляд

    Фото: диаграмма электромагнитного спектра любезно предоставлена ​​НАСА.

    Все виды электромагнитного излучения — это, по сути, то же самое «вещество», что и свет: это формы энергии, которые движутся по прямым линиям со скоростью света (300 000 км или 186 000 миль в секунду), когда электрические и магнитные колебания колеблются из стороны в сторону. Вместе, мы называем эти формы энергии электромагнитным спектром. Вы можете думать об этом как о чем-то вроде сверхбольшой спектр, который простирается по обе стороны от меньшего спектра, который мы действительно видим (радуга светлых цветов).

    В сети доступно множество изображений электромагнитного спектра, поэтому рисовать не будем. это снова для вас. Щелкните маленькое изображение справа, чтобы увидеть довольно красивую диаграмму спектр от НАСА.

    Кто открыл электромагнитный спектр?

    Фото: Джеймс Клерк Максвелл: отец электромагнетизма. Фото любезно предоставлено Wikimedia Commons.

    Вплоть до XIX века ученые думали, что электричество и магнетизм — это совершенно разные вещи.Затем, после серии удивительных экспериментов, стало ясно, что они связаны между собой. очень близко. Электричество может вызвать магнетизм и наоборот! Около 1819/1820 гг. Датский физик Ганс Христиан Эрстед (1777–1851) показал, что электрический провод создает вокруг себя узор магнетизма. Примерно десять лет спустя английский химик Майкл Фарадей (1791–1867) доказал обратное. тоже может случиться — вы можете использовать магнетизм для выработки электричества — и это привело его к разработать электродвигатели и электрогенераторы что теперь питает наш мир.

    Благодаря новаторской работе таких людей, еще один великий ученый, Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) предложил единую теорию, объясняющую и электричество, и магнетизм. Максвелл резюмировал все, что открыли люди, в четырех простые уравнения для создания превосходной теории электромагнетизма, которую он опубликовал в 1873 году. Он понял, что электромагнетизм может перемещаться в форме волн со скоростью света, и пришел к выводу, что сам свет должен быть разновидностью электромагнитной волны.Примерно через десять лет после Максвелла, блестящий немецкий физик Генрих Герц (1857–1894) стал первым человеком, который производить электромагнитные волны в лаборатории. Эта работа привела к развитию радио, телевидение и многое другое в последнее время — такие вещи, как беспроводной Интернет.

    Как мы можем «видеть» другие части спектра?

    Наши глаза улавливают свет всего лишь из одного крошечного кусочка спектра, но Вселенная кишит другими видами излучения. Если мы хотим «видеть» за пределами электромагнитных границ наших собственных глаз, мы можем использовать телескопы, «настроенные» на более высокие или низкие длины волн.Астрономы используют всевозможные телескопы — некоторые на Земле, некоторые в космосе — чтобы собрать информацию о далеких объектах от электромагнитного излучения, которое они испускают.

    Радиоволны

    Гигантские спутниковые антенны-тарелки улавливают длинноволновые, высокочастотные радиоволны. Самый большой радиотелескоп на Земле — это Сферический телескоп с пятисотметровой апертурой (FAST) в Китае, который становится вдвое больше, чем гораздо более известные 305-метровая обсерватория Аресибо в Пуэрто-Рико, которая была крупнейшей в мире в течение полувека, но сейчас выводится из эксплуатации.Изображенное здесь блюдо примерно в семь раз меньше, чем FAST, и в четыре раза меньше, чем Arecibo. Это 70-метровый (230 футов) глубоководный спутник Канберры в Австралии.

    Микроволны

    Поскольку космические микроволны не могут пройти через всю атмосферу Земли, мы должны изучать их Космос. Исследователь космического фона (COBE), Запущенный в 1989 г. и деактивированный в 1993 г. был создан космический спутник, предназначенный для этого. Эти изображения ночного неба были сделаны COBE с использованием различных длин волн инфракрасного света.

    Инфракрасный

    Вода в атмосфере Земли поглощает инфракрасное излучение; изучая это вид электромагнитного излучения — еще одна задача для космического спутника, такого как Инфракрасный астрономический спутник (IRAS), который проработал 10 месяцев в 1983 году. Это изображение галактики Андромеды, сделанное IRAS.

    Видимый свет

    Съемка в видимом свете из космоса — это то, что мы можем легко изучить с Земли с помощью любого обычного оптического телескопа.Это исторический 66-сантиметровый рефракторный телескоп в Военно-морской обсерватории США в Вашингтоне, округ Колумбия. Джеймс Уэбб), которые путешествуют в космос.

    Фото Сета Россмана любезно предоставлено ВМС США.

    Ультрафиолетовый свет

    Ультрафиолетовый свет может вызвать рак кожи, поэтому хорошо, что большая его часть поглощается озоновым слоем Земли.К сожалению, обратная сторона этого заключается в том, что нам приходится изучать ультрафиолетовый свет, исходящий из космоса, с помощью спутники, такие как International Ultraviolet Explorer (IUE), который проработал почти два десятилетия с 1978 по 1996 год.

    Рентгеновские лучи

    Подумайте о рентгеновских лучах, и вы, вероятно, подумаете о сломанных костях, но они тоже летают по космосу. Атмосфера Земли не позволяет этим опасным высокоэнергетическим лучам достигать наземных телескопов, но космические телескопы, такие как рентгеновский спутник (ROSAT) (который работал с 1990 по 1999 год), смогли наблюдать их в космосе.Солнце выглядит именно так, потому что наши глаза видят только часть испускаемого им электромагнитного излучения. Если бы мы могли видеть рентгеновские лучи, Солнце могло бы больше походить на это изображение, сделанное в декабре 2001 года телескопом мягкого рентгеновского излучения (SXT), прибором на борту космического корабля обсерватории Йохко. Как на самом деле выглядит Солнце? Мы никогда не узнаем: наши глаза не могут оценить это полностью!

    Фото любезно предоставлено Центром космических полетов имени Годдарда НАСА (NASA-GSFC).

    Гамма-лучи

    Гамма-лучи высоких энергий также блокируются атмосферой Земли, поэтому нам нужны космические телескопы для их изучения. такие как обсерватория гамма-излучения Комптона, которая работала с 1991 по 2000 год. На этой фотографии изображен Комптон, пролетавший над Нижней Калифорнией в Мексике в 1991 году. Космический челнок, запустивший его). Комптон был назван в честь американского физика Артура Холли Комптона (1892–1962), одного из первых ученых, изучавших космические лучи.

    такие же, но разные ›Bernie’s Basics (ABC Science)

    Основы Берни

    Что общего между радио, теплыми объятиями и ядерными взрывами? Практически все!

    Берни Хоббс

    Инфракрасные изображения позволяют «увидеть» температуру; более горячие вещи кажутся красными и желтыми, более холодные — зелеными и синими. (Источник: Служба теплового контроля)

    Вы можете переключить радиостанцию, которую слушаете, одним движением диска. Но представьте, позволяет ли ваше радио настраиваться на любую желаемую частоту, независимо от того, насколько высока она. Вы бы не застряли на крикете или Кайле Сэндилленде, вы могли бы настроиться на что угодно, от телешоу до солнечного света и гамма-всплесков.

    Радио, микроволны, УФ, видимый свет и гамма-лучи имеют совершенно разные эффекты, но все это одно и то же: электромагнитное излучение (ЭМИ).Это просто волны энергии, движущиеся в пространстве или в вещах.

    Единственное различие между гамма-лучами от ядерных бомб и волнами, которые позволяют нашим телевизорам и микроволнам делать свое дело, заключается в том, сколько энергии у этих волн.

    Радиоволны имеют самую низкую энергию в электромагнитном спектре. Но если бы вы могли немного увеличить энергию в радиоволнах, вы бы превратили их в микроволны и вы могли бы заправить ими свой обед. Продолжайте увеличивать энергию, и вы сможете использовать эти волны как факел (видимый свет) до того, как они начнут светить сквозь предметы (рентгеновские лучи), и в конечном итоге, когда они окажутся на другом конце энергетического спектра, они смертельные гамма-лучи.наверх

    Энергия, длина волны и частота

    Электромагнитное излучение — это просто волны движущейся энергии, но когда мы настраиваемся на радио- или телестанции, мы не говорим об их энергии — все дело в частоте. Ваша микроволновая печь тоже имеет определенную частоту (она указана на этикетке сзади). А если у вас есть рентгеновский аппарат для домашних животных, он тоже будет работать на определенных частотах.

    Частота — это то, как часто что-то происходит. В случае с ЭМИ — это то, как часто вы будете поражены волной радиации, если вы встанете у нее на пути.Прямо сейчас вы, вероятно, подвергаетесь воздействию радиоволн и видимого света. Каждую секунду вы попадете под большее количество видимых световых волн, чем радиоволн, потому что видимый свет имеет более высокую энергию, а излучение с более высокой энергией имеет более высокую частоту. И это из-за двух вещей:

    • Излучение высокой энергии создает очень тонкие волны (короткие волны),
    • Все излучение распространяется с одинаковой скоростью — скоростью света (великолепные 300000 км / сек).
    .

    Эта комбинация разных длин волн, движущихся с одинаковой скоростью, означает, что вы втиснете гораздо больше тонких волн в одну секунду излучения, чем в более толстые волны.наверх

    Откуда это все взялось?

    Будь то микроволны, рентгеновские лучи или солнечный свет, энергия, которая распространяется как электромагнитное излучение, всегда производится одним и тем же способом. Все происходит из-за того, что электроны внезапно теряют энергию. Свет возникает, когда электроны опускаются на более низкий энергетический уровень в атоме. Электроны, внезапно ударяющиеся о металлическую поверхность, испускают энергию в виде рентгеновских лучей. А электроны, вибрирующие в радиопередатчиках, испускают низкоэнергетическое излучение, на которое мы настраиваемся.

    Но не только радиомачты, рентгеновские аппараты и лампочки производят электромагнитное излучение; каждая частица материи во Вселенной излучает излучение, в том числе и вы.

    Такие теплые предметы, как мы, излучают тепло тела, и эта тепловая энергия распространяется в виде инфракрасного излучения. Итак, вы прямо сейчас излучаете более сильное излучение, чем ваш пульт дистанционного управления или микроволновая печь. Но не становитесь слишком самоуверенными; мы можем производить более высокое энергетическое излучение, чем наши приборы, но мы не выкачиваем достаточно этого вещества, чтобы делать что-то более полезное, чем обниматься с ним.наверх

    Опубликовано 18 февраля 2010 г.

    Электронная почта ABC Science

    Используйте эти ссылки в социальных сетях, чтобы поделиться Электромагнитное излучение: то же самое, то же, но другое .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.