Електромагнітне випромінювання

Вступ

Видиме світло √ лише мала частина величезного світу електромагнітних хвиль. Ці хвилі породжуються атомами всіх хімічних елементів. Електромагнітне випромінювання переноситься за допомогою фотонів √ частинок, які є мінімальною кількістю випромінювання.

Фотони несуться зі швидкістю світла, ці частинки не мають маси. Фотону, як частці, властива деяка енергія. З іншого боку, кожному фотону можна приписати довжину хвилі або частоту відповідного випромінювання. Будь-яка з трьох названих величин однозначно задає характеристику фотона. Ми з Вами надалі поговоримо мовою довжин хвиль.

Звичайно, побачити у промені світла хвилю не можна. Але давайте відштовхнемось від чого-небудь більш буденного. Річкова хвиля. Він рухається з деякою швидкістю, а разом з нею рухаються всі зміни в рівні води: гребені і западини, відстань між якими однаково. Як ми вже сказали світлова хвиля, як будь-яка електромагнітна, рухається зі швидкістю світла, 300 000 км в секунду. Разом з електромагнітної хвилею рухаються перепади напруги електричних і магнітних полів, спочатку породжених певним атомом. Тому, виявивши фантазію, можна і в світло уявити хвилею, але тільки на мові фізики і математики.

Якими ж бувають електромагнітні хвилі?

Їх властивості різні. І залежать ці властивості від довжини хвилі випромінювання. Довжина хвилі світла дуже мала, і звичні для нас одиниці виміру не підійдуть. Часто в відношення до електромагнітного випромінювання використовують одиницю, звану Ангстрема. У фізиці ангстрем скорочено позначається буквою А з кружечком вгорі. Ми на цих сторінках обійдемося без кружечка, так як про силу струму, що вимірюється в Амперах, які дійсно позначаються літерою А без всяких кружечків, говорити не будемо. Один Ангстрем дорівнює десятимільйонна частці міліметра.

Все різноманіття довжин хвиль електромагнітного випромінювання розділили на шість видів, самим звичним з яких для нас є видиме світло.

світло

Діапазон довжин хвиль видимого світла укладений між 4 000 А (фіолетовий колір) і 7 000 А (червоний колір). Найважливішою характеристикою видимого випромінювання є, зрозуміло, його видимість для людського ока. Напевно, не випадково саме видимі промені електромагнітного випромінювання земна атмосфера пропускає найкраще. Напевно, не випадково і те, що і Сонце найактивніше випромінює в видимих ​​променях. Невипадковість, звичайно, полягає в тому, що наше око еволюція зробила таким.

Найбільш відчутними для ока є жовто-зелені промені. Спеціальне покриття на об'єктивах фотоапаратів і відеокамер, яке Ви напевно помічали по бузковому блиску, якраз покликане пропускати всередину апаратури жовто-зелене світло і відображати не настільки відчутні для ока промені. Тому нам блиск об'єктива і здається деякою сумішшю червоного і фіолетового. Далі ми побачимо, що видиме світло є лише малою часткою всього електромагнітного спектра.

Інфрачервоне випромінювання

відомий Вільям Гершель , Проводячи вимірювання енергії різних променів видимого світла, випадково виявив, що він використовував термометри нагріваються і за кордоном червоного кінця спектра. Вчений дійшов висновку, що існують деякі промені, що продовжують спектр за червоним світлом. Ці промені він назвав інфрачервоними. Ще їх називають тепловими, так як інфрачервоні промені випромінює будь-яке нагріте тіло, навіть якщо воно не світиться для ока. Діапазон інфрачервоних хвиль укладений між 7 000 Аі 5 000 000 А. 5 000 000 А √ це вже півміліметра. Отже, діапазон теплових променів набагато ширше, ніж видимий спектр.

Земна атмосфера пропускає зовсім невелику частину інфрачервоного випромінювання. Воно поглинається молекулами повітря, і особливо в цьому процвітає вуглекислий газ. Цей же газ винен в тому, що тепло не настільки охоче залишає нашу планету. Світлове випромінювання нагріває поверхню, та випромінює тепло, якому назад в космос вийти не вдається. Такий ефект називають парниковим. У космосі вуглекислого газу трохи, тому теплові промені з невеликими втратами проходять крізь пилові хмари. Саме завдяки інфрачервоному випромінюванню в нашій країні була отримана перша фотографія центру Галактики, який закритий від Землі газопиловими хмарами.

радіохвилі

Ще б`ольшую довжину мають радіохвилі, завдяки яким є радіо ╚ Маяк ╩, канал ОРТ і різноманіття стільникових телефонів. Все електромагнітне випромінювання, довжина хвилі якого більше полумілліметра, відноситься до радіохвиль. Це √ довгохвильовий кінець електромагнітного спектра.

Радіохвилі в значній мірі без проблем проходять крізь земну атмосферу, і лише деякі з радіохвиль, які називають короткими, відбиваються від іонізованого шару земної атмосфери. Завдяки цьому відображенню можлива зв'язок між радіостанціями, розташованими на протилежних точках планети.

Радіохвилі несильно поглинаються середовищем, тому вивчення Всесвіту в радіодіапазоні дуже інформативно для астрономів.

Ультрафіолетове випромінювання

Випромінювання, довжина хвилі якого коротше, ніж у видимих ​​променів фіолетового кольору, називають ультрафіолетовим. Це випромінювання, здебільшого, шкідливо для живих організмів, однак за тією ж здебільшого ультрафіолет не проходить крізь атмосферу Землі. Виною тому відомий озоновий шар, який активно поглинає небезпечні промені.

Та частина ультрафіолету, яка примикає до видимих ​​променів, доходить до поверхні і викликає у нас з Вами загар. У чорношкірих цей загар генетично вроджений, адже засмага √ захисна реакція шкіри на ультрафіолет.

Ультрафіолет, як Ви, напевно, здогадуєтеся, щедро і на всі боки ╚разбрасивается╩ Сонцем. Але як уже говорилося, Сонце найсильніше випромінює в видимих ​​променях. Навпаки, гарячі блакитні зірки √ потужне джерело ультрафіолетового випромінювання. Саме це випромінювання нагріває і ионизует випромінюють туманності, завдяки чому ми їх і бачимо. Ультрафіолет, тим самим, легко поглинається газовим середовищем і з далеких областей Галактики і Всесвіту майже до нас не доходить, якщо на шляху променів є газопилові перепони.

Ультрафіолетом вважають електромагнітні хвилі з довжиною хвилі від 100 А до 7 000 А.

рентгенівське випромінювання

Фізик Рентген відкрив ще більш короткохвильове випромінювання. Недовго думаючи, ці промені назвали в честь самого Рентгена. Володіючи хорошою проницающей здатністю, рентгенівське випромінювання знайшло застосування в медицині і кристалографії. Як Ви, напевно, чули, рентгенівські промені знову-таки шкідливі живим організмам. І атмосфера Землі через їх проникливості, згаданої щойно, їм не перешкода. Нас виручає магнітосфера Землі. Вона затримує багато небезпечні випромінювання космосу.

В астрономії рентгенівські промені найчастіше згадуються в розмовах про чорні діри , нейтронні зірки і пульсарах . при акреції речовини поблизу магнітних полюсів релятивістської зірки виділяється багато енергії, яка і випромінюється в рентгенівському діапазоні ( тут √ докладніше). Потужні спалахи на Сонці також є джерелами рентгенівського випромінювання.

Довжини хвиль променів Рентгена укладені між 0,1 А і 100 А.

Гамма-випромінювання

Найкоротші хвилі (менше 0,1 А) у гамма-променів. Це найнебезпечніший вид радіоактивності, найнебезпечніше електромагнітне випромінювання. Енергія фотонів гамма-променів дуже висока, і їх випромінювання відбувається при деяких процесах всередині ядер атомів. Прикладом такого процесу може бути анігіляція √ взаємне знищення частинки і античастинки з перетворенням їх маси в енергію. Реєстровані, час від часу, таємничі гамма-спалаху на небі поки ніяк не пояснені астрономами. Ясно, що енергія явища, що виробляє спалаху, просто грандіозна. За деякими підрахунками, на секунди, які триває такий спалах, вона випромінює більше енергії, ніж вся інша Всесвіт.

Гамма-випромінювання не пропускається до Землі її магнітосферою.

висновок

Отже, електромагнітний спектр дуже строкатий. З усього цього різноманіття людина сприймає тепло і видиме світло. Короткохвильові види випромінювань згубно впливають на людину, але самих випромінювань він не відчуває. Атмосфера і магнітосфера Землі пропускають до поверхні видиме світло, малу частину інфрачервоного і ультрафіолетового випромінювань, а також частина радіохвиль.

Властивості електромагнітного випромінювання залежать від його довжини хвилі. Нагадаємо, що чим більше довжина хвилі, тим менше частота випромінювання. Тому те, що прийнято називати ╚длінноволновим╩, називають іноді і ╚нізкочастотним╩. Це одне і теж. Третім синонімом служить показник енергії. Чим вище частота випромінювання, тим більше його енергія. З підвищенням енергії пов'язано шкідливий вплив випромінювання на живі організми. Люди теж живі, але значно сильніше своїми знаннями. Про те, за допомогою чого люди вивчають електромагнітне випромінювання, читайте в наступному розділі