Характеристика электромагнитного расцепителя. Электромагнитное излучение: виды, характеристики и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое электромагнитное излучение. Какие бывают виды электромагнитных волн. Каковы основные характеристики электромагнитного излучения. Где применяются различные типы электромагнитных волн. Как устроен электромагнитный спектр.

Содержание

Что такое электромагнитное излучение

Электромагнитное излучение — это форма энергии, которая создается колебаниями электрического и магнитного полей. Основные свойства электромагнитного излучения:

Может распространяться в вакууме со скоростью света
Состоит из взаимно перпендикулярных электрического и магнитного полей
Имеет волновую и корпускулярную природу (дуализм волна-частица)
Характеризуется длиной волны, частотой и амплитудой
Переносит энергию в виде квантов (фотонов)

Основные характеристики электромагнитных волн

Ключевыми параметрами, описывающими электромагнитное излучение, являются:

Длина волны

Длина волны — это расстояние между двумя соседними гребнями или впадинами волны. Обозначается греческой буквой λ (лямбда). Измеряется в метрах.

Частота

Частота — это число колебаний волны за единицу времени. Измеряется в герцах (Гц). Чем выше частота, тем короче длина волны. Связь между частотой f и длиной волны λ выражается формулой:

c = λf

где c — скорость света.

Амплитуда

Амплитуда — это максимальное отклонение колеблющейся величины от положения равновесия. Характеризует интенсивность волны.

Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр — это совокупность всех видов электромагнитного излучения, упорядоченных по длине волны или частоте. Основные диапазоны спектра (в порядке увеличения частоты):

Радиоволны (длина волны от 1 мм до 100 000 км)
Микроволны (от 1 мм до 30 см)
Инфракрасное излучение (от 780 нм до 1 мм)
Видимый свет (380-780 нм)
Ультрафиолетовое излучение (10-380 нм)
Рентгеновское излучение (0,01-10 нм)

Гамма-излучение (менее 0,01 нм)

Применение различных видов электромагнитного излучения

Радиоволны

Радиоволны широко применяются для передачи информации на расстояние. Основные области использования радиоволн:

Радиовещание и телевидение
Мобильная связь
Радиолокация
Радиоастрономия
Радионавигация

Микроволны

Микроволновое излучение нашло применение в следующих областях:

Микроволновые печи
Спутниковая связь
Радиолокация
Радиоастрономия
Медицинская диагностика (МРТ)

Инфракрасное излучение

Инфракрасные лучи используются в:

Тепловизорах
Приборах ночного видения
Инфракрасных обогревателях
Дистанционном управлении
Волоконно-оптической связи

Видимый свет

Видимое излучение применяется в:

Освещении
Фотографии
Оптических приборах
Лазерной технике
Оптоволоконной связи

Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолет используется для:

Стерилизации
Обеззараживания воды
Люминесцентного анализа
Фототерапии
Полимеризации пластмасс

Рентгеновское излучение

Рентгеновские лучи применяются в:

Медицинской диагностике
Дефектоскопии
Рентгеноструктурном анализе
Рентгеновской астрономии
Досмотровых системах

Гамма-излучение

Гамма-лучи используются в:

Радиационной терапии
Стерилизации медицинских инструментов
Дефектоскопии
Гамма-астрономии
Радиоизотопной диагностике

Биологическое действие электромагнитного излучения

Влияние электромагнитного излучения на живые организмы зависит от его частоты и интенсивности:

Низкочастотные поля (радиоволны, микроволны) могут вызывать нагрев тканей
Видимый свет и ближний ультрафиолет необходимы для нормальной жизнедеятельности
Жесткий ультрафиолет, рентгеновское и гамма-излучение обладают ионизирующим действием и могут повреждать ДНК

При этом биологические эффекты зависят от дозы облучения. Небольшие дозы могут оказывать стимулирующее действие, а большие — вызывать повреждения тканей и органов.

Методы регистрации электромагнитного излучения

Для обнаружения и измерения параметров электромагнитного излучения используются различные методы:

Тепловые (болометры, термопары)
Фотоэлектрические (фотоэлементы, фотоумножители)
Химические (фотопленка, дозиметры)
Ионизационные (счетчики Гейгера)
Люминесцентные (сцинтилляционные детекторы)

Выбор метода зависит от диапазона длин волн и интенсивности регистрируемого излучения.

Источники электромагнитного излучения

Электромагнитное излучение может генерироваться различными способами:

Тепловое излучение нагретых тел
Излучение заряженных частиц при ускоренном движении
Переходы электронов между энергетическими уровнями в атомах
Ядерные и субъядерные процессы
Излучение антенн
Лазерная генерация

В природе основными источниками электромагнитного излучения являются Солнце, звезды, космические объекты. Искусственные источники — это различные электронные устройства, радио- и телепередатчики, лазеры, рентгеновские трубки и т.д.

Заключение

Электромагнитное излучение играет огромную роль как в природе, так и в современных технологиях. Понимание его свойств и закономерностей позволяет эффективно использовать электромагнитные волны в различных областях науки и техники — от радиосвязи до медицинской диагностики. При этом важно учитывать возможное негативное влияние электромагнитного излучения на живые организмы и принимать меры по обеспечению электромагнитной безопасности.

Подробно рассказываем о кривых срабатывания автоматических выключателей

август 16, 2021

В результате протекания по проводам токов, превышающих максимально допустимые значения, выходит из строя бытовая техника, перегревается и плавится проводка. Задача замыкающего и размыкающего электроцепь автоматического выключателя – защитить линию от повреждений сверхтоками перегрузок и коротких замыканий. Правильный выбор автомата даёт возможность не только своевременно обесточить электролинию на избыточно нагруженном участке, сохранив работоспособность защитного устройства, но и избежать перебоев с электричеством при подключении в сеть электроприборов с высокими пусковыми токами. Кривые срабатывания автоматических выключателей наглядно демонстрируют зависимость времени срабатывания защитного устройства от отношения величины протекающего по нему тока к номинальному.

Особенности работы автоматов защиты сети

Чтобы понять, какой автоматический выключатель вам подходит больше всего, нужно детально представлять себе работу устройства с комбинированным расцепителем. В конструкцию современного автоматического выключателя как правило входят и тепловой и электромагнитный расцепители. Тепловой, представляющий собой биметаллическую пластину, размыкает электрическую цепь, когда общая мощность включенного в неё оборудования превышает предельно допустимую. Отключение питания происходит из-за изменения положения в результате деформации, вызванной тепловым расширением, спаянного из двух разных по составу металлических элементов теплового расцепителя.

Электромагнитный расцепитель представляет собой катушку с установленным на специальной пружине сердечником, который втягивается внутрь катушки под воздействием увеличившегося в результате короткого замыкания электромагнитного поля, размыкая подвижный контакт автоматического выключателя. Электрическая дуга, возникающая на подвижном контакте при срабатывании любого из расцепителей, дробится и затухает между пластинами дугогасительной камеры автомата.

Маркировка A, B, C, D, K или Z на корпусе автоматического выключателя – это токовременная характеристика срабатывания. Она показывает, во сколько раз значение силы тока должно превысить номинальное, чтобы произошло автоматическое отключение. Цифра справа от неё – номинальный ток, на который рассчитан автомат.

Справка! Номинальный ток – это максимально допустимый ток, который электрическая сеть способна проводить продолжительное время без перегрева токопроводящих элементов и изоляции. Оптимальное для объекта значение номинального тока определяется сечением проводки и предполагаемой нагрузкой оборудования, которое планируется к ней подключить.

По кривой тока можно узнать, разомкнёт ли автомат, который вы собираетесь установить в электрощитке на входе в квартиру, сеть в случае, если произойдёт короткое замыкание. На графике ниже красная пунктирная линия, соответствующая рассчитанной для автомата типа C с номиналом 16 А кратности увеличения нагрузки в момент КЗ, пересекает кривую в зоне электромагнитной защиты автомата и соответствует времени срабатывания 0,01 с. Это означает, что проводка не пострадает, поскольку цепь будет разомкнута практически сразу же после того, как произойдёт перегрузка.

Однако если вы поставите автоматический выключатель, номинал которого существенно больше повседневной нагрузки, в случае возникновения короткого замыкания кратность превышения номинального значения тока, под которое рассчитан приобретённый вами автомат, будет незначительной, отключение, судя по графику ниже, произойдёт лишь через 10 с после наступления аварийной ситуации. За это время проводка, работающая под большой нагрузкой, может оплавиться.

Установка разных по типу защитных устройств на входе в квартиру и отдельно для каждой ветви электрической сети позволяет поддерживать нормальное электроснабжение практически всей жилой площади даже в случае, если на одном из участков произошла перегрузка сети в результате КЗ. Совмещая кривые двух автоматов, мы видим, что повышение нагрузки, в результате которого автомат типа B (кривая синего цвета) разомкнёт цепь через 0,02 с, вызовет отключение автомата типа C (сиреневая кривая) больше чем через минуту.

Отключение ветви, где произошло замыкание, восстановит нормальное значение силы тока в проводке, поэтому выключатель C не сработает.

Типы кривых срабатывания

Каждая кривая расположенного ниже графика показывает, как изменяется время размыкания цепи в зависимости от нагрузки и типа автоматического защитного устройства. Тип мгновенного расцепления A, B, C, D, K или Z определяется кратностью превышения нагрузки в токопроводящей сети:

A – для срабатывания автомата необходимо повышение нагрузки в 2–3 раза;
B – чтобы сработал электромагнитный расцепитель, нагрузка должна увеличиться в 3–5 раз;
C – расцепитель сработает в случае увеличения тока в 5–10 раз;
D – защитный выключатель сработает после того, как ток в сети превысит номинальный в 10–20 раз;
K, Z – параметры задаются техническими условиями производителя.

Каждому типу кривой соответствуют две линии, определяющие диапазон, в котором работает автомат, и две зоны: верхняя, демонстрирующая, как быстро будет срабатывать автоматический выключатель в неразогретом состоянии, и нижняя, показывающая, как изменится время отключения, если проводка будет разогретой. На вертикально расположенной оси отмечено время размыкания цепи защитным устройством, по горизонтальной оси графика можно определить, во сколько раз сила тока должна увеличиться, чтобы автомат сработал в заданное время. Цифры в верхнем левом углу графика означают, что тепловой расцепитель может разомкнуть цепь в случае превышения номинального значения силы тока в 1,13 раза и точно сработает примерно через час, если нагрузка увеличится в 1,45 раза.

Время-токовая характеристика типа В

Защитное устройство с токовременной нагрузкой типа B используется в электролиниях, где практически не фиксируются пусковые токи. Срабатывает он за 0,04 с при повышении значения номинала переменного тока в 5 раз в разогретом состоянии и через 32 секунды в неразогретом виде, если его номинал не превышает 32 А.

Время-токовая характеристика типа С

Перегрузочная способность автоматов C-типа позволяет использовать их в качестве вводных устройств, размыкающих в случае необходимости общую сеть. При повышении силы тока в 5 раз по отношению к номинальной автомат разомкнёт гоячую сеть через 0,02 с и через 10 с, если номинальное значение силы тока защитного устройства не более 32 А. Если значение номинальной силы тока будет превышено в 5 раз, автоматическое защитное устройство разомкнёт цепь через 0,01 с.

Время-токовая характеристика типа D

Автоматические защитные устройства типа D устанавливают в сетях с большими пусковыми нагрузками. При увеличении номинального значения в 10 раз, сеть будет разомкнута через 0,02 с в разогретом виде и через 3 секунды, если номинальный ток увеличится в те же 10 раз для автомата с номинальным значением силы тока не превышающим 32 А в то время, когда проводка ещё не успела разогреться.

Время-токовая характеристики A, K и Z

Высокочувствительные автоматы типа A защищают удлинённые цепи с полупроводниками, в работе которых не допускаются даже незначительные перегрузки.

Выключатели K-типа применяются в цепях с индуктивной нагрузкой и срабатывают при увеличении номинального переменного тока в 12 раз и в 18 постоянного. Автоматы Z-типа применяются в линиях, оснащённых электроникой. Срабатывают они при повышении номинального переменного тока в 3 раза или в 4,5 постоянного.

Изменение характеристик расцепления автоматов

Температура окружающего воздуха и тепло, исходящее от расположенных рядом полюсов могут существенно изменить параметры работы автоматического выключателя. При рассчёте нагрузочной способности защитного автомата возможный перегрев учитывается с помощью умножения значения номинального тока на коэффициенты Kt и Kn.

Приспосабливая автоматический выключатель к требованиям управляемой им электросети, некоторые производители оснащают защитные устройства регулируемыми расцепителями. Максимум номинального значения тока такого автомата при покупке вы можете определить по максимальному уровню уставки тока отключения.

Испытания автоматических выключателей

Чтобы убедиться в работоспособности защитного устройства, параметры его работы проверяют следующим образом:

В неразогретом состоянии через автомат защиты пускают ток, превышающий номинальное значение в 1,13 раза. Автоматы с номинальным значением силы тока не более 63 A должны отключить электричество через час, с номинальным значением более 63 A – лишь через 2 часа.
Ток, превышающий номинальное значение в 1,45 раза заставит сработать выключатель номиналом до 63 А меньше чем за час. Для автоматов, рассчитанных на 63 А и более, время до размыкания электрической цепи не должно превысить 2 часа.
Если через холодное защитное устройство номиналом до 63 А пропустить ток, в 2,55 раза больше номинала, автомат, рассчитанный не более чем на 32 А, сработает в диапазоне от 1 с до 1 мин и не позднее чем через 2 минуты, если номинальный ток защитного автомата выше 32 А.
Через защитное устройство типа B или C в неразогретом состоянии пропускают ток нижнего порога диапазона. Для приборов с номиналом меньше 32 А время срабатывания должно находиться в пределах от 0,1 с до 45 с, для автоматов с номиналом силы тока от 32 А оно составит не больше 90 с.
Через тот же холодный выключатель B или C, пропускают ток верхнего порога диапазона. Автоиат должен сработать за время меньше 0,1 с.

Полученные результаты должны соответствовать токовременным характеристикам, отображённым кривыми графика. При проведении испытательных мероприятий следует помнить, что обязательное отключение защитного автомата в установленное Правилами устройства электроустановок время, происходит лишь в случае, если ток однофазного КЗ равен или превышает верхнее значение, определённое производителем для выключателя такого диапазона.

Характеристики автоматических выключателей: A, B, C, D, K, Z

Содержание:

Защита электросети от скачков напряжения – одна из главных задач при ее обустройстве. Это чрезвычайно актуально в современном мире, где наблюдается переизбыток электроприборов высокой мощности. И часто случайно так, что в ожидании закипающего электрочайника, мы включаем в сеть стиральную машину и надеемся успеть пропылесосить комнату, а вместо этого получаем короткое замыкание и плохое настроение в придачу. Сократить риск и обезопасить себя поможет установка автоматических выключателей (АВ) соответствующих характеристик. Разобраться в категориях автоматических выключателей, их видах, условиях срабатывания и прочих тонкостях поможет нижеследующая статья.

История изобретения автоматических выключателей

Автомат защиты был изобретен в 1836 году ученый Чарлз Пейдж из США. Впоследствии конструкцию выключателя спустя 43 года подробно описал в своей работе Эдисон. Его коммерческая организация по электроснабжению, существовавшая в те годы, уже активно применяла плавкие предохранители.

Патент на строение автоматических выключателей современного типа принадлежит швейцарской компанией Brown, Boveri & Cie. Он датирован 1924 годом. С тех пор в устройство, конечно же, вносились изменения, однако кардинально его назначение или принцип действия не менялся.

Классификация

Выделяют следующие категории автоматических выключателей:

по току в главной цепи: переменного, постоянного, смешанного типа;
по конструкции: воздушные, в литом корпусе, модульные выключатели;
по количеству полюсов: одно-, двух-, трех- и четырехполюсные;
по виду расцепителя: с максимальным, с независимым, с минимальным или нулевым расцепителем;
по характеристике выдержки времени: без или с выдержкой времени, которая не определяется величиной тока; с выдержкой времени, которая обратно зависима показаниям тока; с сочетанием свойств;
по типу привода: с пружинным, с ручным, с двигательным;
по установке: выкатные, стационарные.

Особенности работы автоматов защиты сети

К какому бы типу ни относился АВ, его главное предназначение заключается в быстром выявлении повышенных показаний тока и обесточивании сети раньше, чем произойдут необратимые повреждения кабеля или выйдут из строя приборы, включенные в нее. Опасные для сети токи делятся на два вида:

Токи перегрузки

Они возникают обычно вследствие включения в сеть электроприборов, совокупная мощность которых в разы больше той, что может выдержать линия. Еще одной причиной выступает поломка одного конкретного прибора или нескольких из них, из-за чего они некорректно потребляют электричество, провоцируя сбои в сети.
Величина токов при перегрузке обычно не критично больше номинала автоматического выключателя. Поэтому даже при его прохождении по цепи, если только это не тянется очень долго, обычно не происходит критичных повреждений линии. Поскольку серьезных последствий нет, то моментального обесточивания системы не требуется.
Следует быстро отключить от питания наиболее энергоемкий прибор и поток электронов придет в норму. Выделяют несколько категорий АВ, которые рассчитаны на определенное превышение тока, после чего они срабатывают. За отключение при повышении нагрузки отвечает тепловой расцепитель, в основе которого биметаллическая пластина. При перегреве она изгибается, и автомат срабатывает.

Токи короткого замыкания

Избыточная нагрузка, которая приходится на сеть, вызывает плавление контактов: фазный и нейтральный проводник соприкасаются и получается короткое замыкание. Правильная схема подразумевает их обособленное подключение по отдельности. В отличие от тока перегрузки поток электронов при коротком замыкании значительно больше номинального.
Поэтому автоматы срабатывают мгновенно, реагируя на показатель. За идентификацию «коротыша» и моментальную реакцию отвечает электромагнитный расцепитель. Он представляет собой соленоид с сердечником, который под действием сверхвысоких токов за доли секунды вызывает срабатывание отключателя.

Категории срабатывания АВ: время-токовая характеристика

Характеристика срабатывания автоматического выключателя выступает одной из ключевых. Именно от нее во многом зависит сохранность цепи в целом. Ведь если автомат несвоевременно отключит питание, то все, подключенные в сеть приборы, рискуют выйти из строя, а некоторые даже не подлежат ремонту. В худшем случае может даже возникнуть пожар!
По отличиям во времятоковых характеристиках выделяют несколько классов автоматических выключателей: А, B, C, D, K и Z. К наиболее часто встречаемым относятся те, что установлены в сетях бытового пользования: это устройства B, C и D. Автоматы категории А встречаются реже, так как обладают повышенной чувствительностью и необходимы главным образом для защиты высокоточной техники.

Автоматические выключатели класса А

Автоматические выключатели с характеристикой А можно идентифицировать по латинской транслитерации, указанной на корпусе после цифр, которые в свою очередь передают номинальную нагрузку тока.
Как уже упоминалось, АВ с характеристикой срабатывания автоматического выключателя А отличаются наибольшей чувствительностью. Тепловой расцепитель в них обесточивает сеть уже при превышении силы тока номинала на 30% примерно за 0,05 сек. Если по непонятной причине увеличенный поток электронов не спровоцировал электромагнитный соленоид, но обязательно в течение 20 секунд срабатывает биметаллический расцепитель. Автоматические выключатели нагрузки внедряются в линии, которые не допускают даже кратковременных перегрузок. К ним, например, можно отнести цепи с включенными полупроводниковыми элементами.

Автоматы типа B

Характеристика B автоматического выключателя говорит о том, что он электромагнитный расцепитель в таких устройствах защиты срабатывает при условии повышения номинального тока на 200%. Скорость срабатывания электромагнитного расцепителя составляет 0,015 с, биметаллическая пластина при аналогичном повышении номинала в линии отключает ее за 4–5 с.
Такие автоматы встречаются чаще всего в линиях, где присутствует много розеток, приборов освещения, то есть в местах, где пусковое повышение электротока вовсе нет или оно минимальное.

Автоматические выключатели категории C

Тип С относится к самым распространенным автоматам, используемым в быту. Их способность выдерживать перегрузку существенно выше, чем у класса А и В. Чтобы электромагнитный расцепитель сработал, нужно пропустить через него ток, превышающий номинал в 5 раз. Тепловой расцепитель при аналогичном скачке отключает сеть за 1,5 сек.
Автоматы с времятоковой характеристикой C прекрасно защищают вводы в общей сети. При этом отдельные ветки, к которым подсоединены группы розеток и освещение, можно защитить автоматами типа В. В таком случае при возникновении на отдельной ветке короткого замыкания, будет обесточена лишь она одна, а не вся линия целиком.

Приборы категории D

Характеристика D автоматического выключателя обозначает способность выдерживать самую высокую перегрузку. Чтобы электромагнитная катушка в этих устройствах сработала, необходимо, чтобы номинал был превышен минимум в 10 раз.
Тепловой расцепитель в них в свою очередь срабатывает через 0,4 с. Такие автоматы используются обычно в общих сетях предприятий и общественных зданий, где они выполняют роль подстраховочных устройств защиты. АВ категории С срабатывают тогда, когда вовремя не отключились автоматы большей чувствительности, находящиеся в отдельных помещениях. Их монтируют еще в цепях с пусковыми токами большой величины, к которой подключены приборы с огромной энергоемкостью, например, мощные электромоторы.

Защитные устройства категории K и Z

Автоматы типа K характеризуются значительным разбросом в величинах тока, которые могут спровоцировать электромагнитный расцепитель. Для цепи переменного тока нужно, чтобы номинал повысился в 12 раз, а в сети постоянного тока – в 18 раз. При этом электромагнитный соленоид отключает питание через 0,02 сек. Тепловой расцепитель обесточит суть, если номинальный ток увеличится тока всего на 5%.

АВ типа Z срабатывают, если в цепях переменного тока токовый номинал увеличился в 3 раза, или в сетях постоянного тока при увеличении скорости электронов в 4,5 раза. Такие защитные аппараты преимущественно в линиях, к которым подсоединены электронные устройства.

Выбор автоматического выключатели

Как можно понять, технические характеристики автоматических выключателей имеют важнейшие значение при выборе автоматов. При их покупке стоит ориентироваться на ток в цепи, вид расцепителя, специфику помещения и совокупную мощность используемых приборов. Если у вас есть трудности в подборе защитных устройств, лучше проконсультироваться со специалистом, который грамотно рассчитает нагрузку и составит правильную схему.

Электромагнитное излучение — Химия LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 1779

Сейчас, когда вы читаете распечатку с этого экрана компьютера, вы читаете страницы о колебаниях энергии и магнитных полей. Свет, электричество и магнетизм — все это разные формы электромагнитного излучения.

Введение

Электромагнитное излучение представляет собой форму энергии, которая создается колебательными электрическими и магнитными возмущениями или движением электрически заряженных частиц, проходящих через вакуум или материю. Электрические и магнитные поля приходят под прямым углом друг к другу, и комбинированная волна движется перпендикулярно как магнитному, так и электрическому колеблющимся полям, таким образом, возникает возмущение. Электронное излучение высвобождается в виде фотонов, представляющих собой пучки световой энергии, движущиеся со скоростью света в виде квантованных гармонических волн. Затем эта энергия группируется по категориям на основе ее длины волны в электромагнитном спектре. Эти электрические и магнитные волны распространяются перпендикулярно друг другу и имеют определенные характеристики, включая амплитуду, длину волны и частоту.

Общие свойства всех электромагнитных излучений:

Электромагнитное излучение может проходить через пустое пространство. Большинство других типов волн должны проходить через какое-то вещество. Например, звуковые волны нуждаются в газе, твердом веществе или жидкости, чтобы быть услышанными.
Скорость света всегда постоянна. (Скорость света: 2,99792458 x 10 ⁸ м с ^-1 )
Длины волн измеряются между расстояниями либо от гребней, либо до впадин. Обычно обозначается греческим символом \(\лямбда\).

Рис. 3: ЭМ волна 59 Амплитуда

Амплитуда – это расстояние от максимального вертикального смещения волны до середины волны. Это измеряет величину колебаний конкретной волны. Короче говоря, амплитуда — это, по сути, высота волны. Большая амплитуда означает более высокую энергию, а более низкая амплитуда означает более низкую энергию. Амплитуда важна, потому что она говорит вам об интенсивности или яркости волны по сравнению с другими волнами.

Длина волны

Длина волны (\(\лямбда\)) — это расстояние одного полного цикла колебаний. Волны с большей длиной волны, такие как радиоволны, несут низкую энергию; вот почему мы можем слушать радио без каких-либо вредных последствий. Волны с более короткой длиной волны, такие как рентгеновские лучи, несут более высокую энергию, которая может быть опасна для нашего здоровья. Следовательно, свинцовые фартуки носят для защиты нашего тела от вредного излучения, когда мы подвергаемся рентгеновским лучам. Для этой длины волны соотношение часто характеризуется:

\[ c = \lambda\nu \]

где

c — скорость света,
\( \lambda \) это длина волны, а
\(\nu \) — это частота.

Более короткая длина волны означает большую частоту, а большая частота означает более высокую энергию. Длины волн важны тем, что они сообщают человеку, с каким типом волны он имеет дело.

Рис. 4: Различные длины волн и частоты

Помните, что Длина волны говорит вам о типе света и Амплитуда говорит вам об интенсивности света

Частота

Частота определяется как количество циклов в секунду и выражается как сек ^-1 или Герц (Гц). Частота прямо пропорциональна энергии и может быть выражена как:

\[ E = h\nu \]

где

E — энергия,
ч — постоянная Планка (h = 6,62607 x 10 ^-34 Дж), а
\(\nu\) — это частота.

98\;м/с\) или \(186 282\) миль/сек.
Электромагнитный спектр
Рисунок 24.5.1 : Электромагнитный спектр с выделенным светом. из Википедии.
При увеличении длины волны частота уменьшается, а при уменьшении длины волны частота увеличивается. Когда электромагнитная энергия высвобождается по мере увеличения уровня энергии, длина волны уменьшается, а частота уменьшается. Таким образом, электромагнитное излучение затем группируется в категории на основе его длины волны или частоты в электромагнитном спектре. Различные типы электромагнитного излучения, показанные в электромагнитном спектре, состоят из радиоволн, микроволн, инфракрасных волн, видимого света, ультрафиолетового излучения, рентгеновских лучей и гамма-лучей. Та часть электромагнитного спектра, которую мы можем видеть, — это спектр видимого света.
Рис. 6: Электромагнитный спектр с типами излучения
Типы излучения
Длина волны радиоволн приблизительно равна 10 ³ м. Как следует из названия, радиоволны передаются радиопередачами, телепередачами и даже мобильными телефонами. Радиоволны имеют самый низкий энергетический уровень. Радиоволны используются в дистанционном зондировании, когда газообразный водород в космосе испускает радиоэнергию с низкой частотой и собирается в виде радиоволн. Они также используются в радиолокационных системах, где выделяют радиоэнергию и собирают обратно отраженную энергию. Радиолокационные системы, особенно полезные в погоде, используются для иллюстрации карт поверхности Земли и прогнозирования погодных условий, поскольку радиоэнергия легко проникает сквозь атмосферу. ;
Микроволны можно использовать для передачи информации через космос, а также для разогрева еды. Они также используются в дистанционном зондировании, при котором микроволны испускаются и отражаются обратно для сбора информации об их отражениях.
Микроволны можно измерять в сантиметрах. Они хороши для передачи информации, потому что энергия может проходить через такие вещества, как облака и небольшой дождь. Короткие микроволны иногда используются в доплеровских радарах для предсказания прогнозов погоды.
Инфракрасное излучение может выделяться в виде тепла или тепловой энергии. Он также может отражаться, что называется ближним инфракрасным излучением из-за его сходства с энергией видимого света. Инфракрасное излучение чаще всего используется в дистанционном зондировании, поскольку инфракрасные датчики собирают тепловую энергию, сообщая нам о погодных условиях.
Это изображение представляет собой моментальный снимок в среднем инфракрасном диапазоне.
Видимый свет — единственная часть электромагнитного спектра, которую люди могут видеть невооруженным глазом. Эта часть спектра включает в себя ряд различных цветов, каждый из которых представляет определенную длину волны. Таким образом образуются радуги; свет проходит через вещество, в котором он поглощается или отражается в зависимости от длины волны. Таким образом, некоторые цвета отражаются больше, чем другие, что приводит к созданию радуги.
Цветовая область
Длина волны (нм)
Фиолетовый 380-435
Синий 435-500
Голубой 500-520
Зеленый 520-565
Желтый 565-590
Оранжевый 590-625
Красный 625-740
Рис. 7: Цветовые области видимого спектра
Рис. 8: Рассеяние света через призму
Ультрафиолетовое, радиационное, рентгеновское и гамма-излучение все связаны с происходящими событиями в космосе. УФ-излучение наиболее широко известно из-за его серьезного воздействия на кожу солнца, что приводит к раку. Рентгеновские лучи используются для получения медицинских изображений тела. Гамма-лучи могут использоваться в химиотерапии для избавления от опухолей в организме, поскольку они имеют такой высокий уровень энергии. Самые короткие волны, гамма-лучи, составляют примерно 10 ^-12 м длины волны. В этом огромном спектре человеческий глаз может обнаружить только волны от 390 до 780 нм.
Уравнения волн
Математическое описание волны:
\[ y = A\sin(kx — \omega{t}) \]
где A — амплитуда, k — волновое число, x — смещение по оси x.
\[ k = \dfrac{2\pi}{\lambda} \]
где \(\lambda\) — длина волны. Угловая частота описывается как:
\[ \omega = 2\pi \nu = \dfrac{2\pi}{T} \]
где \(\nu\) — частота, а период (T) — время, за которое волна проходит одну длину волны.
Интерференция
Важным свойством волн является способность объединяться с другими волнами. Различают два типа вмешательства: конструктивное и деструктивное. Конструктивная интерференция возникает, когда две или более волны находятся в фазе и их смещения складываются, создавая более высокую амплитуду. Напротив, деструктивная интерференция возникает, когда две или более волны не совпадают по фазе, а их смещения нейтрализуют друг друга, создавая меньшую амплитуду.
Рис. 9 и 10: Конструктивная и деструктивная интерференция
Интерференция может быть эффективно продемонстрирована в эксперименте с двумя щелями. Этот эксперимент состоит из источника света, направленного на пластину с одной щелью, и второй пластины с двумя щелями. Когда свет проходит через щели, мы замечаем полосы переменной интенсивности на стене за второй пластиной. Полосы в середине наиболее интенсивны, потому что две волны в этой точке идеально совпадают по фазе и, таким образом, конструктивно интерферируют. Темные полосы вызваны противофазными волнами, которые приводят к деструктивной интерференции. Вот почему вы наблюдаете узлы на рисунке 4. Аналогичным образом, если вместо света использовать электроны, электроны будут представлены как в виде волн, так и в виде частиц.

Рис. 11 и 12: Эксперимент с двухщелевой интерференцией
Корпускулярно-волновой дуализм
Электромагнитное излучение может действовать как волна или частица, фотон. Как волна, она представлена скоростью, длиной волны и частотой. Свет — это электромагнитная волна, поскольку скорость электромагнитных волн равна скорости света. Как частица ЭМ представлена фотоном, переносящим энергию. Когда фотон поглощается, электрон может перемещаться вверх или вниз на энергетический уровень. Когда он движется вверх, он поглощает энергию, когда он движется вниз, энергия высвобождается. Таким образом, поскольку каждый атом имеет свой собственный набор энергетических уровней, каждый элемент излучает и поглощает разные частоты. Фотоны с более высокими энергиями производят более короткие волны, а фотоны с более низкими энергиями производят более длинные волны.
Рис. 13: Фотон до и после излучения
Ионизирующее и неионизирующее излучение
Электромагнитное излучение также подразделяется на две группы, ионизирующее и неионизирующее, в зависимости от серьезности излучения. Ионизирующее излучение содержит большое количество энергии для удаления электронов и ионизации вещества. Таким образом, волны более высокой частоты, такие как рентгеновские и гамма-лучи, обладают ионизирующим излучением. Однако волны более низкой частоты, такие как радиоволны, не имеют ионизирующего излучения и относятся к неионизирующим.
Электромагнитное излучение и температура
Высвобождаемое электромагнитное излучение связано с температурой тела. Закон Стефана-Больцмана гласит, что если это тело является черным телом, полностью поглощающим и испускающим излучение, то испускаемое излучение равно температуре, возведенной в четвертую степень. Поэтому при повышении температуры количество выделяемой радиации сильно возрастает. Объекты, которые очень хорошо испускают излучение, также очень хорошо поглощают излучение на определенных длинах волн. Это объясняется законом Кирхгофа. Длина волны также связана с температурой. При повышении температуры длина волны максимального излучения уменьшается.
Задачи
Какова длина волны с частотой 4,28 Гц?
Какова частота волны с длиной волны 200 см?
Какова частота волны с длиной волны 500 пм?
Какова длина волны с частотой 2,998 × 10 ⁵ Гц?
Радио передает на частоте 100 Гц. Какова длина волны этой волны?
Ответы:
700м
1,5 × 10 ⁸ Гц
4,0 × 10 ¹⁷ Гц
100 м
2,998 × 10 ⁶ м
Ссылки
Аткинс, Питер и Хулио де Паула. Физическая химия для наук о жизни. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 2006.
.
Чанг, Рэймонд. Физическая химия для биологических наук. США: Университетские научные книги, 2005.
.
МакКуорри, Дональд и Саймон, Джон. Физическая химия: молекулярный подход. Саусалито, Калифорния: University Science Books, 1997.
Прайс, Николас и Двек, Рэймонд и Вормолд, Марк. Принципы и проблемы физической химии для биохимиков. Р. Г. Рэтклифф. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 1997.
.
Электромагнитное излучение распространяется под лицензией CC BY 4.0, авторами, ремиксами и/или кураторами являются Кевин Во, Матео Эрнандес, Никита Пател и Никита Пател.
Наверх
Была ли эта статья полезной?
Тип изделия
Раздел или Страница
Лицензия
СС BY
Версия лицензии
4,0
Показать страницу TOC
№ на стр.
Теги
автор@Кевин Во
автор@Матео Эрнандес
автор@Никита Патель
Введение в электромагнитный спектр
Электромагнитная энергия распространяется волнами и охватывает широкий спектр от очень длинных радиоволн до очень коротких гамма-лучей. Человеческий глаз может обнаружить только небольшую часть этого спектра, называемого видимым светом. Радио обнаруживает другую часть спектра, а рентгеновский аппарат использует еще одну часть. Научные инструменты НАСА используют весь спектр электромагнитного спектра для изучения Земли, Солнечной системы и Вселенной за ее пределами.
Когда вы настраиваете радио, смотрите телевизор, отправляете текстовое сообщение или готовите попкорн в микроволновой печи, вы используете электромагнитную энергию. Вы зависите от этой энергии каждый час каждого дня. Без него мир, который вы знаете, не мог бы существовать.

Наша защитная атмосфера
Наше Солнце является источником энергии всего спектра, и его электромагнитное излучение постоянно бомбардирует нашу атмосферу. Однако атмосфера Земли защищает нас от воздействия ряда волн более высокой энергии, которые могут быть опасны для жизни. Гамма-лучи, рентгеновские лучи и некоторые ультрафиолетовые волны являются «ионизирующими», то есть эти волны обладают такой высокой энергией, что могут выбивать электроны из атомов. Воздействие этих высокоэнергетических волн может изменить атомы и молекулы и вызвать повреждение клеток в органическом веществе. Эти изменения в клетках иногда могут быть полезными, например, когда радиация используется для уничтожения раковых клеток, а иногда нет, например, когда мы получаем солнечные ожоги.
Атмосферные окна
Взгляд за пределы нашей атмосферы — космические корабли НАСА, такие как RHESSI, предоставляют ученым уникальную точку зрения, помогая им «видеть» в высокоэнергетических длинах волн, которые блокируются защитной атмосферой Земли.
Электромагнитное излучение отражается или поглощается главным образом несколькими газами в атмосфере Земли, наиболее важными из которых являются водяной пар, двуокись углерода и озон. Некоторое излучение, например видимый свет, в значительной степени проходит (передается) через атмосферу. Эти области спектра с длинами волн, которые могут проходить через атмосферу, называются «атмосферными окнами». Некоторые микроволны могут даже проходить сквозь облака, что делает их наилучшей длиной волны для передачи сигналов спутниковой связи.
Хотя наша атмосфера необходима для защиты жизни на Земле и поддержания жизни на планете, она не очень полезна, когда дело доходит до изучения источников высокоэнергетического излучения в космосе. Инструменты должны быть расположены над поглощающей энергию атмосферой Земли, чтобы «видеть» более высокие энергии и даже некоторые источники света с более низкими энергиями, такие как квазары.
К началу страницы | Далее: Анатомия электромагнитной волны
Ссылка
APA
Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Управление научной миссии.