Шкала электромагнитных волн. Электромагнитные излучения разных длин волн.Свойства и применение этих излучений

Исследования, проводившиеся в самых разнообразных об­ластях физики, позволили установить, что диапазон частот (или λ) электромагнитных волн чрезвычайно широк.

Исключительным успехом электромагнитной теории Мак­свелла явилось создание шкалы электромагнитных волн. Вдоль шкалы слева направо непрерывно возрастает одна величина — частота (уменьшается X), а ее увеличение приводит к появлению качественно различных излучений.

В виду огромного различия λ (от 10 км до 0,001 ммк) эта шкала построена в логарифмическом масштабе: метки на шкале соответствуют длинам, каждая из которых отличается в 10 раз от соседней. На шкале указаны участки А (или v), занимаемые раз­личными видами электромагнитных волн. Распределение элек­тромагнитных волн по типам сделано в соответствии со способами их возбуждения. С изменением λ электромагнитных волн изменя­ется и форма их взаимодействия с веществом, поэтому различны методы их регистрации и изучения. Различают следующие участ­ки на шкале:

Первый участок шкалы содержит волны, возбуждаемые низ­кочастотными электромагнитными колебаниями, происходящими в устройствах, обладающих большой индуктивностью и емкостью (в генераторах переменного тока). Такие волны практически не излучаются в окружающее пространство и быстро затухают.

Второй участок шкалы — радиоволны. Он, в свою очередь, делится на две части. К первой из них относятся длинные (310³ м < λ < 310⁴ м), средние (210² м < λ < 310³ м) и короткие вол­ны (10 м < λ < 21 0² м). Эти волны излучаются открытыми коле­бательными контурами и распространяются в пространстве. Длинные волны способны огибать земную поверхность, а корот­кие волны распространяются, поочередно отражаясь от ионосфе­ры и поверхности Земли.

Ко второй части данного участка шкалы относятся ультра­короткие (метровые) радиоволны, сантиметровые и миллимет­ровые волны. Эти волны излучаются специальными электромаг­нитными вибраторами и регистрируются радиотехническими устройствами. Такие волны распространяются прямолинейно, че­рез ионосферу они способны уходить в космос. Их используют для космической связи, передачи телеметрической информации, а на Земле (в условиях прямой видимости) — в телевидении и ра­диолокации. (Следует отметить, что волны, относящиеся к пер­вому и второму участкам шкалы электромагнитных волн, пред­ставляют собой искусственно возбуждаемое электромагнитное излучение, получаемое с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов).

С третьего участка шкалы электромагнитных волн начина­ются волны, которые излучаются атомами и молекулами вещест­ва. Участки третий, четвертый и пятый данной шкалы (т.е. ин­фракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучения) относятся к оптическому излучению. Эти волны излучаются верхними слоями электронных оболочек атомов, они распространяются прямоли­нейно (при отсутствии дифракции).

Видимый свет воспринимается глазом. Инфракрасное излу­чение является преимущественно тепловым излучением. Его ре­гистрируют тепловыми методами, а также частично фотоэлектри­ческими и фотографическими методами. Ультрафиолетовое излучение химически и биологически активно. Оно вызывает явление фотоэффекта, флуоресценцию и фосфоресценцию (свече­ние) ряда веществ. Его регистрируют фотографическими и фото­электрическими методами. Для получения спектра ультрафиоле­тового излучения используют призмы и дифракционные решетки из кварцевого стекла. Для изучения ультрафиолетового излуче­ния короче 210"⁷ м используют вакуумные спектрографы, пото­му что это излучение сильно поглощается воздухом.

Шестой участок шкалы электромагнитных волн образует рентгеновское излучение. Рентгеновское излучение возникает при взаимодействии быстрых электронов с атомами твердых тел и обусловлено переходами электронов на внутренних оболочках атомов. Его получают с помощью специальных рентгеновских трубок. Рентгеновское излучение обладает большой проникающей способностью. Его регистрируют фотографическими, флюорогра­фическими и ионизационными методами.

Седьмой участок шкалы электромагнитных волн — гамма-излучение. Оно возникает в результате процессов, происходящих в атомных ядрах, и сопровождает ядерные реакции. Гамма-излучение обладает громадной проникающей способностью. Его регистрируют ионизационными методами. Гамма-излучение ис­пользуют в дефектоскопии.

С уменьшением длины электромагнитных волн всё сильнее проявляются квантовые свойства излучения и всё с большим основанием вместо слова «волны» можно использовать выражение «поток фотонов».

75) В 1900г Планк выдвин гипотезу что излуч света веществом происход не непрерывн а порциями или квантами. Согласно ей наименьш порция энерг которую несёт излучен с частот ν опред по формул: E=hν, р – постоян планка 6,63*10-34 Дж*с. Эта энерг мож быт выраж чер циклич частот ω: E=hv=hω здес h=1.05*10^-34.

Эйнштейн дополнил теорию предположением о том что свет не только излучается квантами но и распространяется и поглощается тоже квантами. Т. е. явл набором движущихся элементарн частиц – фотонов. При взаимодействии света с вещ-ом фотон передает Е электронам вещ а сам при этом исчезает.

Законы фотоэфекта.

1. Фототок насыщения (I_н) – мах число фотоэлектронов вырываемых из катода за единицу t - прямо пропорционально интенсивности падающего излучения. 2. Мах кинетическая энергия фотоэлектронов не зависит от интенсивности падающего излучения I и линейно возрастает с увелич частоты падающего света.3. Для каждого вещ-ва существует граничная частота ν_min такая что излучение меньшей частоты не вызывает фотоэфекта какой бы не была интенсивность падающего излучения.