Виды излучений в природе

Инфракрасное ультрафиолетовое рентгеновское излучения

Шкала электромагнитных волн

Формула скорости электромагнитной волны

с = λ ∙ ν

с = 3∙10 8   м/с – скорость электромагнитной волны в вакууме.

Решение задачи

Решение:

Дано: Си

λ=6мм. 6 ·10 -3 м

С=3 · 10 8 м/с —

ν-? (Гц)

Т-? (с)

с = λ · ν

Ответ: 0,5 · 10 10 Гц, 2 ·10 -11 с.

Инфракрасное излучение

ν = 3 · 10 11 Гц – 3, 85 · 10 14 Гц.

Инфракрасное излучение было открыто в 1800 г. английским астрономом Уильямом Гершелем.

Источник – колебание и вращение молекул вещества.

Солнце

Инфракрасное излучение применяют для сушки лакокрасочных покрытий, овощей, фруктов и т. д. Созданы приборы, в которых не видимое глазом инфракрасное изображение объекта преобразуется в видимое. Изготовляются бинокли и оптические прицелы, позволяющие видеть в темноте.

Ультрафиолетовое излучение

ν = 8 · 10 14 – 3 · 10 16 Гц.

λ = 10 – 380 нм.

Открыто в 1801 году Иоганном Риттером.

Источник – валентные электроны атомов и молекул, а также ускоренно движущиеся свободные заряды.

В малых дозах УФ лучи производят целебное действие. Умеренное пребывание на солнце полезно, особенно в юном возрасте; УФ лучи способствуют росту и укреплению организма. Кроме прямого действия на ткани кожи (образование защитного пигмента - загара, витамина D2 ), УФ лучи оказывают влияние на центральную нервную систему, стимулируя ряд важных жизненных функций в организме.

      УФ лучи оказывают также бактерицидное действие.

     Ультрафиолетовые лучи не вызывают зрительных образов, они невидимы. Но действие их на сетчатку глаза и кожу велико и разрушительно. УФ излучение Солнца недостаточно поглощается верхними слоями атмосферы. Поэтому высоко в горах нельзя оставаться длительное время без одежды и без темных очков.

Стеклянные очки, прозрачные для видимого спектра, защищают глаза от УФ излучения, так как стекло сильно поглощает УФ лучи.

Рентгеновское излучение

ν = 3 · 10 16 – 3 · 10 20 Гц.

λ = 10 -12 – 10 -8 м.

Открыто в 1895 году

В. Рентгеном.

Источник - изменение состояния электронов внутренних оболочек атомов или молекул, а также ускоренно движущиеся свободные электроны.

Рентген Вильгельм

РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ

Рентген Вильгельм (1845—1923) — немецкий физик, отрывший в 1895 г. коротковолновое электромагнитное излучение — рентгеновские лучи. Открытие рентгеновских лучей оказало огромное влияние на все последующее развитие физики, в частности привело к открытию радиоактивности. Первая Нобелевская премия по физике была присуждена Рентгену. Рентген способствовал быстрому распространению практического применения своего открытия в медицине. Конструкция созданной им первой рентгеновской трубки для получения рентгеновских лучей сохранилась в основных чертах до настоящего времени.

Электромагнитные волны

Открытие рентгеновских лучей

Поглощение рентгеновских лучей пропорционально плотности вещества, поэтому с помощью рентгеновских лучей можно получать фотографии внутренних органов человека. На этих фотографиях хорошо различимы кости скелета и места различных перерождений мягких тканей .

Рентгеновские лучи были открыты в 1895 г. немецким физиком Вильгельмом Рентгеном. Рентген умел наблюдать, умел замечать новое там, где многие ученые до него не обнаруживали ничего примечательного. Этот особый дар помог ему сделать замечательное открытие.

Открытие рентгеновских лучей

      В конце XIX века всеобщее внимание физиков привлек газовый разряд при малом давлении. При этих условиях в газоразрядной трубке создавались потоки очень быстрых электронов. В то время их называли катодными лучами. Природа этих лучей еще не была с достоверностью установлена. Известно было лишь, что эти лучи берут начало на катоде трубки.

РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ

Занявшись исследованием катодных лучей, Рентген скоро заметил, что фотопластинка вблизи разрядной трубки оказывалась засвеченной даже в том случае, когда она была завернута в черную бумагу. После этого ему удалось наблюдать еще одно очень поразившее его явление. Бумажный экран, смоченный раствором платино-синеродистого бария, начинал светиться, если им обертывалась разрядная трубка. Причем когда Рентген держал руку между трубкой и экраном, то на экране были видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний всей кисти руки.

      Ученый понял, что при работе разрядной трубки возникает какое-то неизвестное ранее сильно проникающее излучение. Он назвал его Х -лучами . Впоследствии за этим излучением прочно укрепился термин «рентгеновские лучи».

      Рентген обнаружил, что новое излучение появлялось в том месте, где катодные лучи (потоки быстрых электронов) сталкивались со стеклянной стенкой трубки. В этом месте стекло светилось зеленоватым светом. Д лина волны рентгеновских лучей равна размерам атома (10 -8 см).

Свойства рентгеновских лучей

       Лучи, открытые Рентгеном, действовали на фотопластинку, вызывали ионизацию воздуха, но заметным образом не отражались от каких-либо веществ и не испытывали преломления. Электромагнитное поле не оказывало никакого влияния на направление их распространения.

      Сразу же возникло предположение, что рентгеновские лучи — это электромагнитные волны, которые излучаются при резком торможении электронов . В отличие от световых лучей видимого участка спектра и ультрафиолетовых лучей рентгеновские лучи имеют гораздо меньшую длину волны. Их длина волны тем меньше, чем больше энергия электронов, сталкивающихся с препятствием. Большая проникающая способность рентгеновских лучей и прочие их особенности связывались именно с малой длиной волны. Но эта гипотеза нуждалась в доказательствах, и доказательства были получены спустя 15 лет после смерти Рентгена.

РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ

Применение рентгеновских лучей

        В медицине они применяются для постановки правильного диагноза заболевания, а также для лечения раковых заболеваний.

      Весьма обширны применения рентгеновских лучей в научных исследованиях. По дифракционной картине, даваемой рентгеновскими лучами при их прохождении сквозь кристаллы, удается установить порядок расположения атомов в пространстве - структуру кристаллов. Сделать это для неорганических кристаллических веществ оказалось не очень сложно. Но с помощью рентгеноструктурного анализа удается расшифровать строение сложнейших органических соединений, включая белки. В частности, была определена структура молекулы гемоглобина, содержащей десятки тысяч атомов.

      Эти достижения стали возможными благодаря тому, что длина волны рентгеновских лучей очень мала, - именно поэтому удалось «увидеть» молекулярные структуры. Увидеть, конечно, не в буквальном смысле; речь идет о получении дифракционной картины, с помощью которой после немалой затраты труда на ее расшифровку можно восстановить характер пространственного расположения атомов.

      Из других применений рентгеновских лучей отметим рентгеновскую дефектоскопию — метод обнаружения трещин в рельсах, проверки качества сварных швов, изделий, движущихся со значительной скоростью (например, трубы в процессе прокатки ) и т. д. Рентгеновская дефектоскопия, основана на изменении поглощения рентгеновских лучей в изделии при наличии в нем полости или инородных включений.

Устройство рентгеновской трубки

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

      На рисунке изображена упрощенная схема электронной рентгеновской трубки. 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.

В мощных рентгеновских трубках анод охлаждается проточной водой, так как при торможении электронов выделяется большое количество теплоты. В полезное излучение превращается лишь около 3% энергии электронов.

8 · 10 20 Гц. λ Открыто в 1990 году Полем Вилларом. Источник – изменение энергетического состояния атомного ядра, а также ускоренное движение свободных заряженных частиц. " width="640"

Гамма – излучение

ν 8 · 10 20 Гц.

λ

Открыто в 1990 году Полем Вилларом.

Источник – изменение энергетического состояния атомного ядра, а также ускоренное движение свободных заряженных частиц.

Шкала электромагнитных волн

Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и -излучение. Со всеми этими излучениями, кроме  -излучения, вы уже знакомы. Самое коротковолновое  -излучение испускают атомные ядра.

      Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны , порождаемые заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны в конечном счете по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины полны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.

ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.

      Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь это относится к рентгеновскому и  -излучениям, сильно поглощаемом атмосферой.

      По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.

      Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно  -лучи) поглощаются слабо. Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны. Но главное различие между длинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц.

Схематическое изображение прозрачности земной атмосферы для всего диапазона электромагнитных излучений

ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Спектр электромагнитных волн Тест

1 . В каких случаях происходит излучение электромагнитных волн?

1. Электрон движется равномерно и прямолинейно.

2. Электрон движется равноускоренно и прямолинейно.

3. Электрон движется равномерно по окружности.

Ответы: А. только 1 Б. только 2 В. только 3

Г. 1, 2, 3 Д. 2 и 3

2. Возникает ли электромагнитное излучение при торможении электронов?

Ответы: А. нет Б. да

3. Какие из перечисленных ниже излучений обладают способностью к дифракции на краю препятствия?

Ответы:

А. Радиоволны Б. Видимое излучение

В. Рентгеновское Г. Все кроме рентгеновского

Д. Все выше перечисленные излучения

4 . Какие свойства будут обнаруживать электромагнитные волны следующих диапазонов, падая на тело человека?

1. Радиоволны 2. Рентгеновского диапазона

3. Инфракрасного диапазона 4.Ультрафиолетого диапазона.

Ответы: А. Вызывают покраснение кожи. Б. Нагревают ткани.

В. Почти полностью отражаются Г. Проходят через мягкие ткани

5. Как изменится плотность потока излучения электромагнитных волн при одинаковой амплитуде их колебаний в вибраторе, если частоту колебаний уменьшить в 2 раза?

Ответы: А. Не изменится. Б. Уменьшится в 2 раза

В. Уменьшится в 4 раза Г. Уменьшится в 16 раз

6. Какой вид электромагнитных волн имеет наименьшую частоту?

Ответы: А. Рентгеновское Б. Ультрафиолетовое

В. Видимый свет Г. Инфракрасные Д. Радиоволны

Солнце.

Вращение солнечной системы.

Внутреннее строение Солнца.

Пульсары

В Крабовидной туманности находится пульсар NP 0531

Пульсары – быстровращающиеся нейтронные звезды, у которых ось вращения не совпадает с магнитной осью.

Закрыв яркий квазар 3C273, можно обнаружить окружающую его эллиптическую галактику.

Квазары

Квазар 3C275 – самый яркий объект вблизи центра фотографии. Он удален от нас на 7 миллиардов световых лет.

Инфракрасный астрономический спутник IRAS снабжен небольшим телескопом-рефлектором.

.

Система радиотелескопов VLA в Нью-Мексико (США).

Система телескопов Very Large Telescop.

Фотография Солнца в рентгеновском излучении

21 августа 1973 года.