ESCALA DE EMISIONES ELECTROMAGNÉTICAS

Sabemos que la longitud ondas electromagnéticas puede ser muy diferente: desde valores del orden de 103 m (ondas de radio) hasta 10-8 cm (rayos X). La luz es una parte insignificante del amplio espectro de ondas electromagnéticas. Sin embargo, fue durante el estudio de esta pequeña parte del espectro cuando se descubrieron otras radiaciones con propiedades inusuales.

No existe una diferencia fundamental entre las radiaciones individuales. Todos ellos son ondas electromagnéticas generadas por partículas cargadas que se mueven rápidamente. Las ondas electromagnéticas son finalmente detectadas por su acción sobre partículas cargadas. En el vacío, la radiación de cualquier longitud de onda se propaga a una velocidad de 300 000 km/s. Los límites entre áreas individuales de la escala de radiación son muy arbitrarios.

Las radiaciones de diferentes longitudes de onda difieren entre sí en la forma en que se reciben (radiación de una antena, Radiación termal, radiación durante la desaceleración de electrones rápidos, etc.) y métodos de registro.

Todos los tipos de radiación electromagnética enumerados también son generados por objetos espaciales y se estudian con éxito utilizando cohetes, satélites artificiales tierra y naves espaciales. En primer lugar, esto se aplica a los rayos X y la radiación gamma, que son fuertemente absorbidos por la atmósfera.

A medida que la longitud de onda disminuye las diferencias cuantitativas en las longitudes de onda conducen a diferencias cualitativas significativas.

Las radiaciones de diferentes longitudes de onda difieren mucho entre sí en términos de su absorción por la materia. La radiación de onda corta (rayos X y especialmente rayos g) se absorbe débilmente. Las sustancias que son opacas a las longitudes de onda ópticas son transparentes a estas radiaciones. El coeficiente de reflexión de las ondas electromagnéticas también depende de la longitud de onda. Pero la principal diferencia entre la radiación de onda larga y de onda corta es que La radiación de onda corta revela las propiedades de las partículas.

ondas de radio

n \u003d 105-1011 Hz, l "10-3-103 m.

Obtenido mediante circuitos oscilatorios y vibradores macroscópicos.

Propiedades: Las ondas de radio de diferentes frecuencias y con diferentes longitudes de onda son absorbidas y reflejadas por los medios de diferentes maneras, presentan propiedades de difracción e interferencia.

Aplicación: Radio comunicación, televisión, radar.

Radiación infrarroja (térmico)

n=3*1011-4*1014 Hz, l=8*10-7-2*10-3 m.

Irradiada por átomos y moléculas de materia. La radiación infrarroja es emitida por todos los cuerpos a cualquier temperatura. Una persona emite ondas electromagnéticas l "9 * 10-6 m.

Propiedades:

1. Pasa a través de algunos cuerpos opacos, también a través de la lluvia, neblina, nieve.

2. Produce un efecto químico en las placas fotográficas.

3. Absorbido por la sustancia, la calienta.

4. Provoca un efecto fotoeléctrico interno en germanio.

5. Invisibles.

6. Capaz de fenómenos de interferencia y difracción.

Registro por métodos térmicos, fotoeléctricos y fotográficos.

Aplicación: Obtenga imágenes de objetos en la oscuridad, dispositivos de visión nocturna (prismáticos nocturnos), niebla. Se utilizan en ciencia forense, en fisioterapia, en la industria para secar productos pintados, construir paredes, madera, frutas.

Radiación visible

Parte de la radiación electromagnética percibida por el ojo (del rojo al violeta):

n=4*1014-8*1014 Hz, l=8*10-7-4*10-7 m.

Propiedades: Reflejado, refractado, afecta al ojo, capaz de dispersión, interferencia, difracción.

Radiación ultravioleta

n=8*1014-3*1015 Hz, l=10-8-4*10-7 m (menor que la luz violeta).

Fuentes: lámparas de descarga con tubos de cuarzo (lámparas de cuarzo).

Irradiada por todos los sólidos con t > 1000°C, así como por el vapor de mercurio luminoso.

Propiedades: Alta actividad química (descomposición del cloruro de plata, resplandor de los cristales de sulfuro de zinc), invisible, alto poder de penetración, mata microorganismos, en pequeñas dosis tiene un efecto benéfico en el cuerpo humano (quemaduras solares), pero en grandes dosis tiene un efecto biológico negativo: cambios en el desarrollo y metabolismo de las células, efecto en los ojos.

Aplicación: En medicina, en la industria.

Rayos X

Se emiten durante la alta aceleración de los electrones, por ejemplo, su desaceleración en los metales. Obtenido mediante un tubo de rayos X: los electrones en un tubo de vacío (p = 10-3-10-5 Pa) son acelerados por un campo eléctrico de alto voltaje, alcanzando el ánodo y desacelerándose bruscamente al impactar. Al frenar, los electrones se mueven con aceleración y emiten ondas electromagnéticas de corta longitud (de 100 a 0,01 nm).

Propiedades: Interferencia, difracción de rayos X en una red cristalina, alto poder de penetración. La irradiación en dosis altas causa la enfermedad por radiación.

Aplicación: En medicina (diagnóstico de enfermedades órganos internos), en la industria (control de la estructura interna de varios productos, soldaduras).

gramo -Radiación

n=3*1020 Hz y más, l=3,3*10-11 m.

Fuentes: núcleo atómico (reacciones nucleares).

Propiedades: Tiene un gran poder de penetración, tiene un fuerte efecto biológico.

Aplicación: En medicina, producción (g-defectoscopia).

Conclusión

Toda la escala de ondas electromagnéticas es evidencia de que todas las radiaciones tienen efectos cuánticos y propiedades de onda. Las propiedades cuánticas y ondulatorias en este caso no se excluyen, sino que se complementan. Las propiedades de onda son más pronunciadas a bajas frecuencias y menos pronunciadas a altas frecuencias. Por el contrario, las propiedades cuánticas son más pronunciadas a altas frecuencias y menos pronunciadas a bajas frecuencias. Cuanto más corta es la longitud de onda, más pronunciadas son las propiedades cuánticas, y cuanto más larga es la longitud de onda, más pronunciadas son las propiedades de onda. Todo esto confirma la ley de la dialéctica (transición de cambios cuantitativos a cualitativos).

Objetivos de la lección:

Tipo de lección:

Formulario de conducta: conferencia con presentación

Karaseva Irina Dmítrievna, 17.12.2017

2492 287

Contenido de desarrollo

Resumen de la lección sobre el tema:

Tipos de radiación. Escala de ondas electromagnéticas

Lección diseñada

docente de la Institución Estatal de la LPR “LOUSOSH No. 18”

Identificación de Karaseva

Objetivos de la lección: considere la escala de las ondas electromagnéticas, caracterice las ondas de diferentes rangos de frecuencia; mostrar el papel de varios tipos de radiación en la vida humana, el impacto de varios tipos de radiación en una persona; sistematizar el material sobre el tema y profundizar el conocimiento de los estudiantes sobre las ondas electromagnéticas; desarrollar el habla oral de los estudiantes, las habilidades creativas de los estudiantes, la lógica, la memoria; habilidades cognitivas; formar el interés de los estudiantes en el estudio de la física; para cultivar la precisión, el trabajo duro.

Tipo de lección: una lección en la formación de nuevos conocimientos.

Formulario de conducta: conferencia con presentación

Equipo: computadora, proyector multimedia, presentación “Tipos de radiación.

Escala de ondas electromagnéticas»

durante las clases

Organizando el tiempo.

Motivación de la actividad educativa y cognitiva.

El universo es un océano de radiación electromagnética. La gente vive en él, en su mayor parte, sin darse cuenta de las olas que penetran en el espacio circundante. Calentándose junto a la chimenea o encendiendo una vela, una persona obliga a la fuente de estas ondas a trabajar, sin pensar en sus propiedades. Pero el conocimiento es poder: habiendo descubierto la naturaleza de las radiaciones electromagnéticas, la humanidad durante el siglo XX dominó y puso a su servicio sus más diversos tipos.

Establecer el tema y los objetivos de la lección.

Hoy haremos un recorrido por la escala de las ondas electromagnéticas, consideremos los tipos de radiación electromagnética de diferentes rangos de frecuencia. Escriba el tema de la lección: “Tipos de radiación. Escala de ondas electromagnéticas» (Diapositiva 1)

Estudiaremos cada radiación según el siguiente plan generalizado (Diapositiva 2).Plan generalizado para el estudio de las radiaciones:

1. Nombre del rango

2. Longitud de onda

3. Frecuencia

4. Quién fue descubierto

5. Fuente

6. Receptor (indicador)

7. Aplicación

8. Acción sobre una persona

Durante el estudio del tema, deberás completar el siguiente cuadro:

Tabla "Escala de radiación electromagnética"

Presentación de nuevo material.

(Diapositiva 3)

La longitud de las ondas electromagnéticas es muy diferente: a partir de valores del orden de 10 13 m (vibraciones de baja frecuencia) hasta 10 -10 m ( -rayos). La luz es una parte insignificante del amplio espectro de ondas electromagnéticas. Sin embargo, fue durante el estudio de esta pequeña parte del espectro cuando se descubrieron otras radiaciones con propiedades inusuales.
Es costumbre asignar radiación de baja frecuencia, radiación de radio, rayos infrarrojos, luz visible, rayos ultravioleta, rayos X y -radiación. El más corto - emite radiación núcleos atómicos.

No existe una diferencia fundamental entre las radiaciones individuales. Todos ellos son ondas electromagnéticas generadas por partículas cargadas. Las ondas electromagnéticas se detectan, en última instancia, por su acción sobre partículas cargadas . En el vacío, la radiación de cualquier longitud de onda viaja a una velocidad de 300 000 km/s. Los límites entre áreas individuales de la escala de radiación son muy arbitrarios.

(Diapositiva 4)

Emisiones de varias longitudes de onda difieren entre sí en la forma en que recepción(radiación de antena, radiación térmica, radiación durante la desaceleración de electrones rápidos, etc.) y métodos de registro.

Todos los tipos de radiación electromagnética enumerados también son generados por objetos espaciales y se estudian con éxito con la ayuda de cohetes, satélites terrestres artificiales y naves espaciales. En primer lugar, esto se aplica a los rayos X y radiación que es fuertemente absorbida por la atmósfera.

Las diferencias cuantitativas en las longitudes de onda conducen a diferencias cualitativas significativas.

Las radiaciones de diferentes longitudes de onda difieren mucho entre sí en términos de su absorción por la materia. Radiación de onda corta (rayos X y especialmente rayos) se absorben débilmente. Las sustancias que son opacas a las longitudes de onda ópticas son transparentes a estas radiaciones. El coeficiente de reflexión de las ondas electromagnéticas también depende de la longitud de onda. Pero la principal diferencia entre la radiación de onda larga y de onda corta es que La radiación de onda corta revela las propiedades de las partículas.

Consideremos cada radiación.

(Diapositiva 5)

radiación de baja frecuencia ocurre en el rango de frecuencia de 3 · 10 -3 a 3 10 5 Hz. Esta radiación corresponde a una longitud de onda de 10 13 - 10 5 m La radiación de frecuencias relativamente bajas puede despreciarse. Los generadores son la fuente de radiación de baja frecuencia. corriente alterna. Se utilizan en la fusión y el endurecimiento de metales.

(Diapositiva 6)

ondas de radio ocupan el rango de frecuencia 3·10 5 - 3·10 11 Hz. Corresponden a una longitud de onda de 10 5 - 10 -3 m. ondas de radio, así como la radiación de baja frecuencia es corriente alterna. Además, la fuente es un generador de radiofrecuencia, estrellas, incluido el Sol, galaxias y metagalaxias. Los indicadores son el vibrador Hertz, el circuito oscilatorio.

Gran frecuencia ondas de radio en comparación con La radiación de baja frecuencia conduce a una radiación notable de ondas de radio en el espacio. Esto les permite ser utilizados para transmitir información a varias distancias. Se transmiten voz, música (radiodifusión), señales de telégrafo (comunicación por radio), imágenes de varios objetos (radar).

Las ondas de radio se utilizan para estudiar la estructura de la materia y las propiedades del medio en el que se propagan. El estudio de las emisiones de radio de los objetos espaciales es el tema de la radioastronomía. En radiometeorología, los procesos se estudian según las características de las ondas recibidas.

(Diapositiva 7)

Radiación infrarroja ocupa el rango de frecuencia 3 10 11 - 3,85 10 14 Hz. Corresponden a una longitud de onda de 2 10 -3 - 7,6 10 -7 m.

La radiación infrarroja fue descubierta en 1800 por el astrónomo William Herschel. Al estudiar el aumento de temperatura de un termómetro calentado por luz visible, Herschel encontró el mayor calentamiento del termómetro fuera de la región de luz visible (más allá de la región roja). La radiación invisible, dado su lugar en el espectro, se denominó infrarroja. La fuente de radiación infrarroja es la radiación de moléculas y átomos bajo influencias térmicas y eléctricas. Una poderosa fuente de radiación infrarroja es el Sol, aproximadamente el 50% de su radiación se encuentra en la región infrarroja. Sobre el radiación infrarroja representa una proporción significativa (del 70 al 80%) de la energía de radiación de las lámparas incandescentes con filamento de tungsteno. emite radiación infrarroja arco eléctrico y varias lámparas de descarga de gas. La radiación de algunos láseres se encuentra en la región infrarroja del espectro. Los indicadores de radiación infrarroja son foto y termistores, fotoemulsiones especiales. La radiación infrarroja se utiliza para secar madera, productos alimenticios Y varios revestimientos(calefacción por infrarrojos), para la señalización en caso de mala visibilidad, permite utilizar Instrumentos ópticos, lo que le permite ver en la oscuridad, así como cuando control remoto. Los rayos infrarrojos se utilizan para apuntar proyectiles y misiles al objetivo, para detectar un enemigo camuflado. Estos rayos permiten determinar la diferencia de temperatura de secciones individuales de la superficie de los planetas, las características estructurales de las moléculas de una sustancia (análisis espectral). fotografía infrarroja Se utiliza en biología en el estudio de enfermedades de las plantas, en medicina en el diagnóstico de enfermedades de la piel y vasculares, en medicina forense en la detección de falsificaciones. Causa fiebre cuando se expone a los humanos. cuerpo humano.

(Diapositiva 8)

Radiación visible - el único rango de ondas electromagnéticas percibidas por el ojo humano. ondas de luz ocupan un rango bastante estrecho: 380 - 670 nm ( \u003d 3.85 10 14 - 8 10 14 Hz). La fuente de radiación visible son los electrones de valencia en los átomos y moléculas que cambian su posición en el espacio, así como las cargas libres, moviéndose rápidamente. Este parte del espectro le da a una persona la máxima información sobre el mundo que lo rodea. Por su cuenta propiedades físicas es similar a otros rangos del espectro, siendo solo una pequeña parte del espectro de ondas electromagnéticas. La radiación que tiene diferentes longitudes de onda (frecuencias) en el rango visible tiene diferentes efectos fisiológicos en la retina del ojo humano, provocando una sensación psicológica de luz. El color no es una propiedad de una onda de luz electromagnética en sí misma, sino una manifestación de la acción electroquímica del sistema fisiológico humano: ojos, nervios, cerebro. Aproximadamente, el ojo humano puede distinguir siete colores primarios en el rango visible (en orden ascendente de frecuencia de radiación): rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo, violeta. Recordar la secuencia de los colores primarios del espectro se ve facilitado por una frase, cada palabra de la cual comienza con la primera letra del nombre del color primario: "Todo cazador quiere saber dónde se sienta el faisán". La radiación visible puede influir en el curso de las reacciones químicas en las plantas (fotosíntesis) y en los organismos animales y humanos. La radiación visible es emitida por insectos individuales (luciérnagas) y algunos peces de aguas profundas debido a reacciones químicas en el cuerpo. absorción de la planta dióxido de carbono como resultado del proceso de fotosíntesis y liberación de oxígeno, contribuye al mantenimiento de la vida biológica en la Tierra. La radiación visible también se utiliza para iluminar varios objetos.

La luz es la fuente de vida en la Tierra y, al mismo tiempo, la fuente de nuestras ideas sobre el mundo que nos rodea.

(Diapositiva 9)

Radiación ultravioleta, radiación electromagnética invisible para el ojo, que ocupa la región espectral entre la radiación visible y de rayos X dentro de las longitudes de onda de 3.8 ∙10 -7 - 3 ∙10 -9 m ( \u003d 8 * 10 14 - 3 * 10 16 Hz). La radiación ultravioleta fue descubierta en 1801 por el científico alemán Johann Ritter. Al estudiar el ennegrecimiento del cloruro de plata bajo la acción de la luz visible, Ritter descubrió que la plata se ennegrece aún más efectivamente en la región más allá del extremo violeta del espectro, donde no hay radiación visible. La radiación invisible que causó este ennegrecimiento se llamó ultravioleta.

La fuente de radiación ultravioleta son los electrones de valencia de los átomos y moléculas, que también se mueven rápidamente con cargas libres.

La radiación de los sólidos calentados a temperaturas de -3000 K contiene una fracción significativa de radiación ultravioleta de espectro continuo, cuya intensidad aumenta al aumentar la temperatura. Más fuente poderosa radiación ultravioleta - cualquier plasma de alta temperatura. Para varias aplicaciones Se utilizan lámparas de radiación ultravioleta, mercurio, xenón y otras lámparas de descarga de gas. Fuentes naturales de radiación ultravioleta: el Sol, las estrellas, las nebulosas y otros objetos espaciales. Sin embargo, sólo la parte de longitud de onda larga de su radiación (  290 nm) llega a la superficie terrestre. Para el registro de la radiación ultravioleta en

 = 230 nm, se utilizan materiales fotográficos ordinarios; en la región de longitud de onda más corta, las capas fotográficas especiales con bajo contenido de gelatina son sensibles a ella. Se utilizan receptores fotoeléctricos que aprovechan la capacidad de la radiación ultravioleta para provocar la ionización y el efecto fotoeléctrico: fotodiodos, cámaras de ionización, contadores de fotones, fotomultiplicadores.

En pequeñas dosis, la radiación ultravioleta tiene un efecto beneficioso y curativo en una persona, activa la síntesis de vitamina D en el cuerpo y también causa quemaduras solares. Una gran dosis de radiación ultravioleta puede causar quemaduras en la piel y crecimientos cancerosos (80% curables). Además, la radiación ultravioleta excesiva debilita el sistema inmunológico del cuerpo, lo que contribuye al desarrollo de ciertas enfermedades. La radiación ultravioleta también tiene un efecto bactericida: bajo la influencia de esta radiación, las bacterias patógenas mueren.

La radiación ultravioleta se utiliza en Lámparas fluorescentes, en criminología (las falsificaciones de documentos se detectan a partir de las imágenes), en historia del arte (con la ayuda de los rayos ultravioleta, se pueden detectar en las pinturas rastros de restauración que no son visibles a simple vista). Desde entonces no deja pasar prácticamente la radiación ultravioleta por el cristal de ventana. es absorbido por el óxido de hierro, que forma parte del vidrio. Por esta razón, incluso en un día caluroso y soleado, no puede broncearse en una habitación con ventana cerrada.

El ojo humano no ve la radiación ultravioleta, porque. La córnea del ojo y el cristalino absorben la luz ultravioleta. Algunos animales pueden ver la radiación ultravioleta. Por ejemplo, una paloma es guiada por el Sol incluso cuando está nublado.

(Diapositiva 10)

radiación de rayos x - esta es una radiación ionizante electromagnética que ocupa la región espectral entre la radiación gamma y ultravioleta dentro de longitudes de onda de 10 -12 - 10 -8 m (frecuencias 3 * 10 16 - 3-10 20 Hz). La radiación de rayos X fue descubierta en 1895 por el físico alemán W. K. Roentgen. La fuente de rayos X más común es el tubo de rayos X, en el que los electrones acelerados por un campo eléctrico bombardean un ánodo de metal. Los rayos X se pueden obtener bombardeando un objetivo con iones de alta energía. Algunos isótopos radiactivos, sincrotrones, acumuladores de electrones, también pueden servir como fuentes de radiación de rayos X. Las fuentes naturales de rayos X son el Sol y otros objetos espaciales.

Las imágenes de los objetos en rayos X se obtienen en una película fotográfica especial para rayos X. La radiación de rayos X se puede registrar utilizando una cámara de ionización, un contador de centelleo, multiplicadores de electrones de canal o de electrones secundarios y placas de microcanales. Debido a su alto poder de penetración, los rayos X se utilizan en el análisis de difracción de rayos X (el estudio de la estructura de la red cristalina), en el estudio de la estructura de las moléculas, la detección de defectos en muestras, en medicina (X -rayos, fluorografía, tratamiento cáncer), en detección de fallas (detección de defectos en fundiciones, rieles), en historia del arte (detección de pinturas antiguas ocultas bajo una capa de pintura tardía), en astronomía (al estudiar fuentes de rayos X) y ciencia forense. Una gran dosis de radiación de rayos X provoca quemaduras y cambios en la estructura de la sangre humana. Creación de receptores de rayos X y su colocación en estaciones espaciales hizo posible detectar la emisión de rayos X de cientos de estrellas, así como conchas supernovas y galaxias enteras.

(Diapositiva 11)

Radiación gamma - radiación electromagnética de onda corta, que ocupa todo el rango de frecuencia  \u003d 8 10 14 - 10 17 Hz, que corresponde a longitudes de onda  \u003d 3.8 10 -7 - 3 10 -9 m Radiación gamma Fue descubierto por el científico francés Paul Villars en 1900.

Estudiando la radiación del radio en un fuerte campo magnético, Villars descubrió la radiación electromagnética de onda corta, que no se desvía, como la luz, campo magnético. Se llamaba radiación gamma. La radiación gamma está asociada a los procesos nucleares, los fenómenos de desintegración radiactiva que se producen con determinadas sustancias, tanto en la Tierra como en el espacio. La radiación gamma se puede registrar usando cámaras de ionización y de burbujas, así como usando emulsiones fotográficas especiales. Se utilizan en el estudio de procesos nucleares, en la detección de fallas. La radiación gamma tiene un efecto negativo en los humanos.

(Diapositiva 12)

Entonces, la radiación de baja frecuencia, las ondas de radio, la radiación infrarroja, la radiación visible, la radiación ultravioleta, los rayos X, Las radiaciones  son diferentes tipos de radiaciones electromagnéticas.

Si descompones mentalmente estos tipos en términos de aumento de frecuencia o disminución de longitud de onda, obtienes un amplio espectro continuo: la escala de la radiación electromagnética. (el maestro muestra la balanza). Para especies peligrosas La radiación incluye: radiación gamma, rayos X y radiación ultravioleta, el resto son seguros.

La división de la radiación electromagnética en rangos es condicional. No hay un límite claro entre las regiones. Los nombres de las regiones se han desarrollado históricamente, solo sirven como un medio conveniente para clasificar las fuentes de radiación.

(Diapositiva 13)

Todos los rangos de la escala de radiación electromagnética tienen propiedades comunes:

la naturaleza física de toda la radiación es la misma

toda la radiación se propaga en el vacío con la misma velocidad, igual a 3 * 10 8 m/s

todas las radiaciones exhiben propiedades de onda comunes (reflexión, refracción, interferencia, difracción, polarización)

5. Resumiendo la lección

Al final de la lección, los estudiantes completan el trabajo en la mesa.

(Diapositiva 14)

Conclusión:

Toda la escala de ondas electromagnéticas es evidencia de que toda radiación tiene propiedades tanto cuánticas como ondulatorias.

Las propiedades cuánticas y ondulatorias en este caso no se excluyen, sino que se complementan.

Las propiedades de onda son más pronunciadas a bajas frecuencias y menos pronunciadas a altas frecuencias. Por el contrario, las propiedades cuánticas son más pronunciadas a altas frecuencias y menos pronunciadas a bajas frecuencias.

Cuanto más corta es la longitud de onda, más pronunciadas son las propiedades cuánticas, y cuanto más larga es la longitud de onda, más pronunciadas son las propiedades de onda.

Todo esto confirma la ley de la dialéctica (transición de cambios cuantitativos a cualitativos).

Resumen (aprender), completa la tabla

la última columna (el efecto de EMP en una persona) y

preparar un informe sobre el uso de EMR

Contenido de desarrollo

GU LPR "LOSOSH No. 18"

Lugansk

Identificación de Karaseva

PLAN DE ESTUDIO DE RADIACIÓN GENERALIZADA

1. Nombre del rango.

2. Longitud de onda

3. Frecuencia

4. Quién fue descubierto

5. Fuente

6. Receptor (indicador)

7. Aplicación

8. Acción sobre una persona

TABLA "ESCALA DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS"

nombre de radiación

Longitud de onda

Frecuencia

quien abrió

Fuente

Receptor

Solicitud

Acción sobre una persona

Las radiaciones difieren entre sí:

• según el método de obtención;
• método de registro.

Las diferencias cuantitativas en las longitudes de onda conducen a diferencias cualitativas significativas, son absorbidas por la materia de diferentes maneras (radiación de onda corta, rayos X y radiación gamma), se absorben débilmente.

La radiación de onda corta revela las propiedades de las partículas.

Vibraciones de baja frecuencia

Longitud de onda (m)

10 13 - 10 5

Frecuencia Hz)

3 · 10 -3 - 3 · 10 5

Fuente

alternador reostático, dínamo,

vibrador de hercios,

generadores en redes electricas(50 Hz)

Máquinas generadoras de mayor frecuencia (industrial) (200 Hz)

Redes telefónicas (5000Hz)

Generadores de sonido (micrófonos, altavoces)

Receptor

Electrodomésticos y motores

Historial de descubrimiento

Oliver Lodge (1893), Nikola Tesla (1983)

Solicitud

Cine, radiodifusión (micrófonos, altavoces)

ondas de radio

Longitud de onda (m)

Frecuencia Hz)

10 5 - 10 -3

Fuente

3 · 10 5 - 3 · 10 11

circuito oscilatorio

Vibradores macroscópicos

Estrellas, galaxias, metagalaxias

Receptor

Historial de descubrimiento

Chispas en el hueco del vibrador receptor (vibrador Hertz)

El resplandor de un tubo de descarga de gas, coherente

B. Feddersen (1862), G. Hertz (1887), A.S. Popov, A. N. Lébedev

Solicitud

Extra largo- Radionavegación, comunicación radiotelegráfica, transmisión de informes meteorológicos

Largo– Comunicaciones radiotelegráficas y radiotelefónicas, radiodifusión, radionavegación

Medio- Radiodifusión radiotelegráfica y radiotelefónica, radionavegación

Corto- radioaficionados

ondas métricas- comunicaciones espaciales por radio

DMV- televisión, radar, comunicación por retransmisión de radio, comunicación por teléfono celular

SMV- radar, radiotransmisión, astronavegación, televisión por satélite

IIM- Radar

Radiación infrarroja

Longitud de onda (m)

2 · 10 -3 - 7,6∙10 -7

Frecuencia Hz)

3∙10 11 - 3,85∙10 14

Fuente

Cualquier cuerpo calentado: una vela, una estufa, una batería para calentar agua, una lámpara incandescente eléctrica

Una persona emite ondas electromagnéticas con una longitud de 9 · 10 -6 metro

Receptor

Termoelementos, bolómetros, fotocélulas, fotorresistores, películas fotográficas

Historial de descubrimiento

W. Herschel (1800), G. Rubens y E. Nichols (1896),

Solicitud

En medicina forense, fotografiar objetos terrestres en la niebla y la oscuridad, binoculares y miras para disparar en la oscuridad, calentar los tejidos de un organismo vivo (en medicina), secar madera y carrocerías pintadas, alarmas para la protección de locales, un telescopio infrarrojo.

Radiación visible

Longitud de onda (m)

6,7∙10 -7 - 3,8 ∙10 -7

Frecuencia Hz)

4∙10 14 - 8 ∙10 14

Fuente

Sol, lámpara incandescente, fuego.

Receptor

Ojo, placa fotográfica, fotocélulas, termoelementos

Historial de descubrimiento

M. Melloni

Solicitud

Visión

vida biológica

Radiación ultravioleta

Longitud de onda (m)

3,8 ∙10 -7 - 3∙10 -9

Frecuencia Hz)

8 ∙ 10 14 - 3 · 10 16

Fuente

Incluido en la luz del sol

Lámparas de descarga con tubo de cuarzo

Irradiada por todos los sólidos cuya temperatura es superior a 1000 °C, luminosos (excepto mercurio)

Receptor

fotocélulas,

fotomultiplicadores,

sustancias luminiscentes

Historial de descubrimiento

Johan Ritter, Leiman

Solicitud

Electrónica industrial y automatización,

Lámparas fluorescentes,

Producción textil

Esterilización de aire

medicina, cosmetologia

radiación de rayos x

Longitud de onda (m)

10 -12 - 10 -8

Frecuencia Hz)

3∙10 16 - 3 · 10 20

Fuente

Tubo de rayos X electrónico (voltaje en el ánodo - hasta 100 kV, cátodo - filamento incandescente, radiación - cuantos de alta energía)

corona solar

Receptor

Rollo de la cámara,

Resplandor de algunos cristales

Historial de descubrimiento

W. Roentgen, R. Milliken

Solicitud

Diagnóstico y tratamiento de enfermedades (en medicina), Defectoscopia (control de estructuras internas, soldaduras)

Radiación gamma

Longitud de onda (m)

3,8 · 10 -7 - 3∙10 -9

Frecuencia Hz)

8∙10 14 - 10 17

Energía (VE)

9,03 10 3 – 1, 24 10 16 ev

Fuente

Núcleos atómicos radiactivos, reacciones nucleares, procesos de transformación de la materia en radiación

Receptor

contadores

Historial de descubrimiento

Pablo Villars (1900)

Solicitud

defectoscopia

Control de procesos

Investigación de procesos nucleares

Terapia y diagnóstico en medicina.

PROPIEDADES GENERALES DE LAS RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS

naturaleza física

toda la radiación es la misma

toda la radiación se propaga

en el vacío a la misma velocidad,

igual a la velocidad de la luz

todas las radiaciones son detectadas

propiedades generales de onda

polarización

reflexión

refracción

difracción

interferencia

• Toda la escala de ondas electromagnéticas es evidencia de que toda radiación tiene propiedades tanto cuánticas como ondulatorias.
• Las propiedades cuánticas y ondulatorias en este caso no se excluyen, sino que se complementan.
• Las propiedades de onda son más pronunciadas a bajas frecuencias y menos pronunciadas a altas frecuencias. Por el contrario, las propiedades cuánticas son más pronunciadas a altas frecuencias y menos pronunciadas a bajas frecuencias.
• Cuanto más corta es la longitud de onda, más pronunciadas son las propiedades cuánticas, y cuanto más larga es la longitud de onda, más pronunciadas son las propiedades de onda.

• § 68 (leer)
• complete la última columna de la tabla (el efecto de EMP en una persona)
• preparar un informe sobre el uso de EMR

Las ondas electromagnéticas se clasifican según la longitud de onda λ o la frecuencia de onda asociada a ella. F. Tenga en cuenta también que estos parámetros caracterizan no solo la onda sino también las propiedades cuánticas. campo electromagnetico. En consecuencia, en el primer caso, la onda electromagnética está descrita por las leyes clásicas estudiadas en este curso.

Considere el concepto del espectro de ondas electromagnéticas. El espectro de ondas electromagnéticas. llamada banda de frecuencia de ondas electromagnéticas que existen en la naturaleza.

El espectro de radiación electromagnética en orden creciente de frecuencia es:

Las distintas secciones del espectro electromagnético difieren en la forma en que emiten y reciben ondas pertenecientes a una u otra sección del espectro. Por esta razón, no existen límites definidos entre las diferentes partes del espectro electromagnético, sino que cada rango se debe a sus propias características y al predominio de sus propias leyes, determinadas por las proporciones de las escalas lineales.

Las ondas de radio son estudiadas por la electrodinámica clásica. La luz infrarroja y la radiación ultravioleta son estudiadas tanto por la óptica clásica como por la física cuántica. Los rayos X y la radiación gamma se estudian en física cuántica y nuclear.

Consideremos el espectro de ondas electromagnéticas con más detalle.

ondas de baja frecuencia

Las ondas de baja frecuencia son ondas electromagnéticas cuya frecuencia de oscilación no supera los 100 kHz). Es este rango de frecuencia el que se usa tradicionalmente en ingeniería eléctrica. En la industria de la energía industrial, se utiliza una frecuencia de 50 Hz, en la que se realiza la transmisión. energía eléctrica a lo largo de líneas y conversión de voltaje por dispositivos transformadores. En aviación y transporte terrestre se suele utilizar 400 Hz, lo que ofrece ventajas de peso. Maquinas electricas y transformadores por 8 veces en comparación con una frecuencia de 50 Hz. Las fuentes de alimentación conmutadas de última generación utilizan frecuencias de transformación de CA de unidades y decenas de kHz, lo que las hace compactas y ricas en energía.
La diferencia fundamental entre el rango de frecuencias bajas y las frecuencias más altas es la caída de la velocidad de las ondas electromagnéticas en proporción a la raíz cuadrada de su frecuencia desde 300 mil km/s a 100 kHz hasta unos 7 mil km/s a 50 Hz.

ondas de radio

Las ondas de radio son ondas electromagnéticas con longitudes de onda superiores a 1 mm (frecuencia inferior a 3 10 11 Hz = 300 GHz) e inferiores a 3 km (superiores a 100 kHz).

Las ondas de radio se dividen en:

1. Ondas largas en el rango de longitud de 3 km a 300 m (frecuencia en el rango de 10 5 Hz - 10 6 Hz = 1 MHz);

2. Ondas medias en el rango de longitud de 300 m a 100 m (frecuencia en el rango 10 6 Hz -3 * 10 6 Hz = 3 MHz);

3. Ondas cortas en el rango de longitud de onda de 100m a 10m (frecuencia en el rango 310 6 Hz-310 7 Hz=30 MHz);

4. Ondas ultracortas de longitud de onda inferior a 10 m (frecuencia superior a 310 7 Hz = 30 MHz).

Las ondas ultracortas, a su vez, se dividen en:

A) medir ondas;

B) ondas centimétricas;

B) ondas milimétricas;

Las ondas con una longitud de onda inferior a 1 m (frecuencia inferior a 300 MHz) se denominan microondas o microondas.

Porque valores grandes longitudes de onda del rango de radio en comparación con los tamaños de los átomos, la propagación de las ondas de radio se puede considerar sin tener en cuenta la estructura atomística del medio, es decir fenomenológicamente, como es habitual en la construcción de la teoría de Maxwell. Las propiedades cuánticas de las ondas de radio se manifiestan solo para las ondas más cortas adyacentes a la parte infrarroja del espectro y durante la propagación de las llamadas. pulsos ultracortos con una duración del orden de 10 -12 seg - 10 -15 seg, comparable con el tiempo de oscilaciones de electrones dentro de átomos y moléculas.
La diferencia fundamental entre las ondas de radio y las frecuencias superiores es una diferente relación termodinámica entre la longitud de onda del portador de ondas (éter), igual a 1 mm (2,7 °K), y la onda electromagnética que se propaga en este medio.

Efecto biológico de la radiación de ondas de radio.

La terrible experiencia de sacrificio del uso de una poderosa radiación de ondas de radio en la tecnología de radar mostró el efecto específico de las ondas de radio según la longitud de onda (frecuencia).

El efecto destructivo en el cuerpo humano no es tanto el promedio como la potencia máxima de radiación, en la que se producen fenómenos irreversibles en las estructuras proteicas. Por ejemplo, el poder de la radiación continua del magnetrón de un horno de microondas (horno de microondas), que es de 1 kW, afecta solo a los alimentos en un pequeño volumen cerrado (protegido) del horno, y es casi seguro para una persona cercana. La potencia de una estación de radar (radar, radar) de 1 kW de potencia promedio emitida por pulsos cortos con un ciclo de trabajo de 1000: 1 (la relación entre el período de repetición y la duración del pulso) y, en consecuencia, una potencia de pulso de 1 MW, es muy peligroso para la salud y la vida humana a una distancia de hasta cientos de metros del emisor. En este último, por supuesto, la dirección de la radiación del radar también juega un papel, lo que enfatiza el efecto destructivo de la potencia pulsada con precisión, y no promedio.

Impacto de ondas de metro

Ondas métricas de alta intensidad emitidas por generadores de impulsos de estaciones de radar de un metro de altura (RLS) con una potencia de impulso superior a un megavatio (como, por ejemplo, la estación de alerta temprana P-16) y proporcionales a la longitud de la columna vertebral cordón de humanos y animales, así como la longitud de los axones, interrumpen la conducción de estas estructuras, causando el síndrome diencefálico (enfermedad SHS). Este último conduce al rápido desarrollo (durante un período de varios meses a varios años) de parálisis irreversible completa o parcial (dependiendo de la dosis pulsada de radiación recibida) de las extremidades humanas, así como una violación de la inervación de los intestinos. y otros órganos internos.

Impacto de ondas decimétricas

Las ondas decimétricas tienen la misma longitud de onda que los vasos sanguíneos que cubren órganos humanos y animales como los pulmones, el hígado y los riñones. Esta es una de las razones por las que provocan el desarrollo de tumores "benignos" (quistes) en estos órganos. Al desarrollarse en la superficie de los vasos sanguíneos, estos tumores provocan el cese de la circulación sanguínea normal y la alteración de los órganos. Si dichos tumores no se extirpan a tiempo mediante cirugía, se produce la muerte del organismo. Los magnetrones de radares como el radar móvil de defensa aérea P-15, así como los radares de algunas aeronaves, emiten ondas decimétricas de niveles de intensidad peligrosos.

Impacto de ondas centimétricas

Las poderosas ondas centimétricas causan enfermedades como la leucemia, "leucemia", así como otras formas de tumores malignos en humanos y animales. Los radares de rango centimétrico P-35, P-37 y casi todos los radares de aviones generan ondas de suficiente intensidad para la aparición de estas enfermedades.

Radiación infrarroja, luminosa y ultravioleta

infrarrojo, luz, ultravioleta la radiación son región óptica del espectro de ondas electromagnéticas en el sentido más amplio de la palabra. Este espectro ocupa un rango de longitudes de onda electromagnética en el rango de 2·10 -6 m = 2 μm a 10 -8 m = 10 nm (en frecuencia de 1,5·10 14 Hz a 3·10 16 Hz). El límite superior del rango óptico está determinado por el límite de onda larga del rango infrarrojo y el límite inferior por el límite de onda corta del ultravioleta (Fig. 2.14).

La proximidad de las secciones espectrales de las ondas enumeradas condujo a la similitud de los métodos e instrumentos utilizados para estudiarlas y aplicación práctica. Históricamente se utilizaban para estos fines lentes, rejillas de difracción, prismas, diafragmas, sustancias ópticamente activas que forman parte de diversos dispositivos ópticos (interferómetros, polarizadores, moduladores, etc.).

Por otro lado, la radiación de la región óptica del espectro tiene patrones generales de paso de varios medios, los cuales pueden obtenerse utilizando la óptica geométrica, la cual es muy utilizada para cálculos y construcción tanto de dispositivos ópticos como de canales de propagación de señales ópticas. la radiación infrarroja es visible para muchos artrópodos (insectos, arañas, etc.) y reptiles (serpientes, lagartijas, etc.) disponible para sensores semiconductores(fotomatrices infrarrojas), pero el espesor de la atmósfera terrestre no la deja pasar, lo que no permite para observar estrellas infrarrojas desde la superficie de la Tierra - "enanas marrones", que constituyen más del 90% de todas las estrellas de la Galaxia.

El ancho del rango óptico en frecuencia es de aproximadamente 18 octavas, de las cuales el rango óptico representa aproximadamente una octava (); en ultravioleta - 5 octavas ( ), para radiación infrarroja - 11 octavas (

En la parte óptica del espectro, los fenómenos debidos a la estructura atomística de la materia se vuelven significativos. Por esta razón, junto con las propiedades ondulatorias de la radiación óptica, aparecen las propiedades cuánticas.

Luz

Rayos X y radiación gamma

En el campo de los rayos X y la radiación gamma, las propiedades cuánticas de la radiación pasan a un primer plano.

radiación de rayos x surge durante la desaceleración de partículas cargadas rápidamente (electrones, protones, etc.), así como también como resultado de procesos que ocurren dentro de las capas de electrones de los átomos.

La radiación gamma es una consecuencia de los fenómenos que ocurren dentro de los núcleos atómicos, así como el resultado de reacciones nucleares. El límite entre los rayos X y la radiación gamma está determinado condicionalmente por la magnitud del cuanto de energía correspondiente a una frecuencia de radiación dada.

La radiación de rayos X consiste en ondas electromagnéticas con una longitud de 50 nm a 10 -3 nm, lo que corresponde a una energía cuántica de 20 eV a 1 MeV.

La radiación gamma son ondas electromagnéticas con una longitud de onda inferior a 10 -2 nm, lo que corresponde a una energía fotónica superior a 0,1 MeV.

La naturaleza electromagnética de la luz.

La luz es la parte visible del espectro de ondas electromagnéticas, cuyas longitudes de onda ocupan el intervalo de 0,4 µm a 0,76 µm. Cada componente espectral de la radiación óptica se puede asociar con un color específico. El color de los componentes espectrales de la radiación óptica está determinado por su longitud de onda. El color de la radiación cambia a medida que su longitud de onda disminuye de la siguiente manera: rojo, naranja, amarillo, verde, cian, índigo, violeta.

Luz roja correspondiente mayor longitud ondas, define el borde rojo del espectro. Luz violeta - corresponde al borde morado.

La luz natural (luz del día, luz del sol) no tiene color y es una superposición de ondas electromagnéticas de todo visible para el hombre espectro. La luz natural proviene de la emisión de ondas electromagnéticas por átomos excitados. La naturaleza de la excitación puede ser diferente: térmica, química, electromagnética, etc. Como resultado de la excitación, los átomos emiten ondas electromagnéticas de forma caótica durante unos 10 -8 segundos. Dado que el espectro de energía de excitación de los átomos es bastante amplio, las ondas electromagnéticas se emiten desde todo el espectro visible, cuya fase inicial, dirección y polarización son aleatorias. Por este motivo, la luz natural no está polarizada. Esto significa que la "densidad" de los componentes espectrales de las ondas electromagnéticas de luz natural que tienen polarizaciones mutuamente perpendiculares es la misma.

Las ondas electromagnéticas armónicas en el rango de la luz se denominan monocromo. Para una onda de luz monocromática, una de las principales características es la intensidad. intensidad de la onda de luz es el valor medio de la densidad de flujo de energía (1,25) transportada por la onda:

¿Dónde está el vector de Poynting?

Cálculo de la intensidad de una onda luminosa, plana, monocromática con amplitud campo eléctrico en un medio homogéneo con permeabilidad dieléctrica y magnética según la fórmula (1.35), teniendo en cuenta (1.30) y (1.32), da:

Tradicionalmente, los fenómenos ópticos se consideran con la ayuda de rayos. La descripción de los fenómenos ópticos con la ayuda de rayos se llama geométrico-óptico. Las reglas para encontrar trayectorias de rayos desarrolladas en óptica geométrica se usan ampliamente en la práctica para el análisis de fenómenos ópticos y en la construcción de varios dispositivos ópticos.

Demos una definición de haz basada en la representación electromagnética de las ondas de luz. En primer lugar, los rayos son líneas a lo largo de las cuales se propagan las ondas electromagnéticas. Por esta razón, un rayo es una línea, en cada punto del cual el vector de Poynting promedio de una onda electromagnética se dirige tangencialmente a esta línea.

En medios isotrópicos homogéneos, la dirección del vector de Poynting medio coincide con la normal a la superficie de la onda (superficie equifase), es decir a lo largo del vector de onda.

Así, en medios isotrópicos homogéneos, los rayos son perpendiculares al frente de onda correspondiente de una onda electromagnética.

Por ejemplo, considere los rayos emitidos por una fuente de luz monocromática puntual. Desde el punto de vista de la óptica geométrica, un conjunto de rayos emanan del punto fuente en dirección radial. Desde la posición de la esencia electromagnética de la luz, una onda electromagnética esférica se propaga desde el punto de origen. A una distancia suficientemente grande de la fuente, la curvatura del frente de onda puede despreciarse, suponiendo que una onda localmente esférica sea plana. Al dividir la superficie del frente de onda en un gran número de secciones localmente planas, es posible dibujar una normal a través del centro de cada sección, a lo largo de la cual se propaga la onda plana, es decir en la interpretación geométrico-óptica del haz. Por lo tanto, ambos enfoques dan la misma descripción del ejemplo considerado.

La tarea principal de la óptica geométrica es encontrar la dirección del haz (trayectoria). La ecuación de trayectoria se encuentra después de resolver el problema variacional de encontrar el mínimo de los llamados. acciones sobre las trayectorias deseadas. Sin entrar en detalles de la formulación y solución rigurosa de este problema, podemos suponer que los rayos son trayectorias con la menor longitud óptica total. Esta afirmación es una consecuencia del principio de Fermat.

El enfoque variacional para determinar la trayectoria de los rayos también se puede aplicar a medios no homogéneos, es decir, tales medios, en los que el índice de refracción es una función de las coordenadas de los puntos del medio. Si la función describe la forma de la superficie de un frente de onda en un medio no homogéneo, entonces se puede encontrar en base a la solución de una ecuación diferencial parcial, conocida como ecuación eikonal, y en mecánica analítica como la ecuación de Hamilton-Jacobi:

Por lo tanto, base matemática La aproximación geométrico-óptica de la teoría electromagnética consiste en varios métodos para determinar los campos de ondas electromagnéticas en rayos, basados ​​en la ecuación eikonal o de alguna otra manera. La aproximación geométrico-óptica se usa ampliamente en la práctica en radioelectrónica para calcular los llamados. sistemas cuasi-ópticos.

En conclusión, notamos que la capacidad de describir la luz simultáneamente y desde las posiciones de las ondas resolviendo las ecuaciones de Maxwell y con la ayuda de rayos, cuya dirección se determina a partir de las ecuaciones de Hamilton-Jacobi que describen el movimiento de las partículas, es una de las manifestaciones. del aparente dualismo de la luz, que, como es sabido, condujo a la formulación de principios lógicamente contradictorios de la mecánica cuántica.

De hecho, no existe dualismo en la naturaleza de las ondas electromagnéticas. Como mostró Max Planck en 1900 en su obra clásica"En el espectro normal de radiación", las ondas electromagnéticas son oscilaciones cuantificadas individuales con una frecuencia v y energía E=hv, donde h=constante, en el aire. Este último es un medio superfluido que tiene la propiedad estable de discontinuidad con la medida h es la constante de Planck. Cuando se expone al éter con una energía superior a hv durante la radiación, se forma un "vórtice" cuantificado. Exactamente el mismo fenómeno se observa en todos los medios superfluidos y la formación de fonones en ellos: cuantos de radiación sonora.

Por la combinación "copiar y pegar" del descubrimiento de Max Planck en 1900 con el efecto fotoeléctrico descubierto en 1887 por Heinrich Hertz, en 1921 el Comité Nobel otorgó el premio a Albert Einstein

1) Una octava, por definición, es un rango de frecuencias entre una frecuencia arbitraria w y su segundo armónico igual a 2w.

¿Qué le dice la luz a Suvorov Sergey Georgievich?

Escala de radiación electromagnética

Así, la escala de radiación detectada por el hombre en la naturaleza resultó ser muy amplia. Si pasamos de las ondas más largas a las más cortas, veremos la siguiente imagen (Fig. 27). Las ondas de radio son lo primero, son las más largas. También incluyen las radiaciones descubiertas por Lebedev y Glagoleva-Arkadyeva; Estas son ondas de radio ultracortas. Luego vienen la radiación infrarroja, la luz visible, la radiación ultravioleta, los rayos X y finalmente la radiación gamma.

Los límites entre las diferentes radiaciones son muy arbitrarios: las radiaciones se suceden continuamente una tras otra e incluso se superponen parcialmente.

Mirando la escala de las ondas electromagnéticas, el lector puede concluir que la radiación que vemos es una parte muy pequeña del espectro de radiación total que conocemos.

Para detectar y estudiar la radiación invisible, el físico tuvo que armarse dispositivos adicionales. Las radiaciones invisibles pueden ser detectadas por su acción. Así, por ejemplo, las emisiones de radio actúan sobre las antenas, creando oscilaciones eléctricas en ellas: la radiación infrarroja tiene el efecto más fuerte sobre aparatos térmicos(termómetros), y todas las demás radiaciones afectan más fuertemente las placas fotográficas, causando que se cambios químicos. Antenas, dispositivos térmicos, placas fotográficas son los nuevos "ojos" de los físicos para varias secciones de la escala de ondas electromagnéticas.

Arroz. 27. Escala de radiación. El área sombreada representa la porción del espectro visible para el ojo humano.

El descubrimiento de diversas radiaciones electromagnéticas es una de las páginas más brillantes de la historia de la física.