Посмотрите видеофильм Галилео: Рентгеновские лучи

Физика. Урок 49

 

Тема: ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ В РАЗЛИЧНЫХ ДИАПАЗОНАХ ДЛИН ВОЛН

 

План изучения нового материала

№	Рассматриваемый вопрос
1.	Инфракрасное излучение
2.	Ультрафиолетовое излучение
3.	Рентгеновское излучение
4.	Шкала электромагнитных излучений

 

КОНСПЕКТ

1. Инфракрасное излучение

В 1800 году английский астроном Уильям Гершель, изучая спектры Солнца и звёзд, обнаружил, что показания чувствительного термометра в различных частях спектра отличаются: чем ближе термометр к красному концу спектра, тем выше его показания. Поместив термометр за красной границей спектра (в невидимой области), Гершель обнаружил, что показания термометра возросли!

Излучение, которое находилось в этой области спектра, не воспринималось глазом человека, но чувствительный прибор явно указывал на его наличие. Так было открыто инфракрасное излучение – электромагнитное излучение с длиной волны меньшей, чем у видимого излучения: от 0,8 мкм до 1-2 мм.

Инфракрасные (ИК) лучи выделяются всеми твердыми и жидкими телами, имеющими температуру выше точки абсолютного нуля (-273°С). При этом длина излучаемой волны и интенсивность излучения зависит от температуры тела - чем она выше, тем короче волны и выше интенсивность излучения.

 Источниками инфракрасного излучения являются любые нагретые тела: Солнце и другие звёзды, лазеры, электрическая дуга, лампы накаливания и газоразрядные лампы, батареи центрального отопления, нагревательные приборы, двигатели машин, человек и животные. Именно поэтому инфракрасное излучение иногда называют тепловым излучением. Самым мощным источником теплового излучения для Земли является Солнце: около половины всей энергии, излучаемой им, приходится именно на инфракрасную область, что очень важно для поддержания жизни на нашей планете.

 Основное применение инфракрасного излучения – обогрев зданий и помещений. Его используют для сушки лакокрасочных покрытий, овощей и фруктов. Созданы приборы ночного видения – тепловизоры, в которых инфракрасное изображение объекта превращается в видимое. Такие приборы используют для ведения наблюдений в тёмное время суток, а также для изучения зон различной температуры на стенах зданий и помещений, на поверхности Земли, на теле человека (см. рис 1).     

 Инфракрасное излучение используют в косметологии и медицине. Так, еще Гиппократ описывал способ применения горящих углей, нагретого песка, соли, железа для обработки ран, язв, повреждений от холода и т.д. Позже было разработано различное медицинское оборудование, принцип действия которого был основан на инфракрасном излучении: для улучшения потоотделения, приёма солнечных ванн и др. Установлено, что процедуры воздействия инфракрасного излучения ускоряют выздоровление больных гриппом и могут служить мерой профилактики простудных заболеваний.        

 Инфракрасное излучение используется и животными. Например, летучие мыши определяют наличие живности на расстоянии до 16 см. Некоторые змеи обладают особым органом, чувствительным в инфракрасной области спектра. Это конечно, не глаза, а скорее теплолокаторы, которые позволяют им охотиться на теплокровных животных, – своего рода «прибор ночного видения». Он помогает змее «увидеть» мышь на расстоянии до 1 м. Гремучие змеи даже в полной темноте определяют местоположение мыши и совершают точный бросок. Люди и животные тоже испускают инфракрасное излучение, только гораздо меньшей интенсивности. С помощью специальных приборов ИК-излучение можно преобразовать в видимый свет и получить изображения предметов в полной темноте.

 

2. Ультрафиолетовое излучение – это невидимое глазом электромагнитное излучение, располагающееся на спектре между видимым и рентгеновским излучениями. Солнце, звёзды, туманности и другие космические объекты являются источниками ультрафиолетового излучения. Однако лишь длинноволновая часть их ультрафиолетового излучения достигает земной поверхности. Коротковолновое излучение поглощается атмосферой на высоте 30-200 км от поверхности Земли, вызывая ионизацию воздуха.        

 Для различных применений УФ-излучения промышленность выпускает ртутные, водородные, ксеноновые и другие газоразрядные лампы, баллоны которых изготавливают из прозрачных для ультрафиолетового излучения материалов, чаще всего из кварца. Эти лампы могут быть ручными, мощностью несколько ватт (см. рис) или промышленными, мощностью до киловатта. Ультрафиолетовые лампы способны убивать бактерии и микроорганизмы, поэтому «кварцевые» лампы широко применяют для дезинфекции воздуха в местах массового скопления людей: больницах, учебных заведениях, вокзалах, метро и др. Ультрафиолетовые лампы широко применяются для обеззараживания воды и хирургических инструментов в медицинских учреждениях. Метод дезинфекции с использованием УФ излучения доказал свою эффективность для очистки воды от микроорганизмов и вирусов без ухудшения вкуса и запаха воды. УФ излучение широко используется на предприятиях пищевой промышленности (цеха мясной, рыбной, хлебопекарной и иных видов продукции, продовольственные базы, склады, хранилища и т.п.) для обеззараживания воздуха и поверхностей.

Умереные дозы УФ излучения (Солнца или специальных ламп, например, в соляриях) способствуют образованию в нашей коже витамина D, а также других веществ, например, серотонина (гормона хорошего настроения) влияющих на тонус и жизнедеятельность организма. Чрезмерное действие УФ на кожу приводит к её ожогам, ускоряет старение. В малых дозах ультрафиолетовое излучение оказывает благотворное, оздоровительное влияние на человека, активизируя синтез витамина D в организме, а также вызывая загар. Большая доза ультрафиолетового излучения может вызвать ожог кожи и раковые новообразования (в 80 % излечимые). Кроме того, чрезмерное ультрафиолетовое излучение ослабляет иммунную систему организма, способствуя развитию некоторых заболеваний. Ультрафиолетовое излучение оказывает также бактерицидное действие: под действие этого излучения гибнут болезнетворные бактерии.    

 Для защиты документов от подделки их часто снабжают особыми метками, которые видны только при ультрафиолетовом освещении. Большинство паспортов, а также банкноты различных стран содержат защитные элементы в виде краски или нитей, люминесцирующих в ультрафиолете.

 

2. Рентгеновское излучение – это невидимое излучение, открытое немецким физиком Вильямом Рентгеном в 1895 году. Оно представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны порядка стотысячной доли миллиметра, способное проникать в разной степени во все вещества. Рентген не взял патента на своё открытие, подарив его всему человечеству. Это дало возможность конструкторам разных стран мира изобретать разнообразные рентгеновские аппараты самого разнообразного применения.

 Рентгеновское излучение, как и видимый свет, вызывает почернение фотоплёнки. Это его свойство имеет большое значение для медицины, промышленности и научных исследований.

В настоящее время для получения рентгеновских лучей разработаны весьма совершенные устройства, называемые рентгеновскими трубками.

Катод 1 представляет собой вольфрамовую спираль, испускающую электроны за счет термоэлектронной эмиссии. Цилиндр 3 фокусирует поток электронов, которые затем соударяются с металлическим электродом (анодом) 2. При этом рождаются рентгеновские лучи. Напряжение между анодом и катодом достигает нескольких десятков киловольт. В трубке создается глубокий вакуум; давление газа в ней не превышает 10-5 мм рт. ст.

 Ткани и органы человека и животных, в зависимости от их плотности, создают тени на фотоплёнке или светящемся (люминесцентном) экране. Врач наблюдает это изображение и ставит диагноз. В прошлом рентгенолог, анализируя изображение, полагался только на своё зрение. Сейчас имеются приборы, усиливающие это теневое изображение, выводящие его на телевизионный экран или записывающие в памяти компьютера. Если в кровь пациента ввести вещества, активно поглощающие рентгеновские лучи, то врач у видит на экране места закупорки или расширения сосудов и сможет назначить точное лечение. С помощью рентгенограммы врачи могут судить не только о месте перелома костей, но и об особенностях строения желудка, сердца, лёгких, о расположении язв и опухолей пациента. Рентгеновская съёмка используется также в стоматологии для обнаружения кариеса и воспалений в корнях зубов. Применение рентгеновского излучения при лечении рака основано на том, что оно убивает раковые клетки.  

 Одно из наиболее распространённых применений рентгеновского излучения в промышленности – контроль качества материалов и дефектоскопия (выявление скрытых неодноростей вещества, трещин, полостей). Рентгеновский метод является неразрушающим, поэтому проверяемый объект затем может использоваться по назначению. Рентгеновское излучение применяется во всех отраслях промышленности, связанных с обработкой металлов давлением (прессованием и штамповкой). Оно также применяется для контроля стволов артиллерийских орудий, пищевых продуктов, пластмасс, для проверки сложных устройств и систем в электронной технике. Рентгеновское излучение применяется также для исследования полотен живописи с целью установления их подлинности или для обнаружения скрытых слоёв краски под основным слоем живописи.

Посмотрите видеофильм Галилео: Рентгеновские лучи

 https://www.youtube.com/watch?v=Mc76b51lhKY