Диапазон длин волн радиоволн таблица инфракрасное излучение

«Физика — 11 класс»

Инфракрасное излучение

Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 3 • 10 11 до 3,75 • 10 14 Гц называется инфракрасным излучением.
Его испускает любое нагретое тело даже в том случае, когда оно не светится.
Например, батареи отопления в квартире испускают инфракрасные волны, вызывающие заметное нагревание окружающих тел.
Поэтому инфракрасные волны часто называют тепловыми.

Не воспринимаемые глазом инфракрасные волны имеют длины волн, превышающие длину волны красного света (длина волны λ = 780 нм — 1 мм).
Максимум энергии излучения электрической дуги и лампы накаливания приходится на инфракрасные лучи.

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

Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 8 • 10 14 до 3 • 10 16 Гц называется ультрафиолетовым излучением (длина волны λ = 10—380 нм).

Обнаружить ультрафиолетовое излучение можно с помощью экрана, покрытого люминесцирующим веществом.
Экран начинает светиться в той части, на которую падают лучи, лежащие за фиолетовой областью спектра.

Ультрафиолетовое излучение отличается высокой химической активностью.
Повышенную чувствительность к ультрафиолетовому излучению имеет фотоэмульсия.
В этом можно убедиться, спроецировав спектр в затемненном помещении на фотобумагу.
После проявления бумага почернеет за фиолетовым концом спектра сильнее, чем в области видимого спектра.

Ультрафиолетовые лучи не вызывают зрительных образов: они невидимы.
Но действие их на сетчатку глаза и кожу велико и разрушительно.
Ультрафиолетовое 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 ультрафиолетового излучения, так как стекло сильно поглощает ультрафиолетовые лучи.

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

Ультрафиолетовые лучи оказывают также бактерицидное действие.
Они убивают болезнетворные бактерии и используются с этой целью в медицине.

Итак,
Нагретое тело испускает преимущественно инфракрасное излучение с длинами волн, превышающими длины волн видимого излучения.
Ультрафиолетовое излучение — более коротковолновое и обладает высокой химической активностью.

Шкала электромагнитных волн

Длина электромагнитных волн изменяется в широком диапазоне. Независимо от длины волны все электромагнитные волны обладают одинаковыми свойствами. Существенные различия наблюдаются при взаимодействии с веществом: коэффициенты поглощения и отражения зависят от длины волны.

Длина электромагнитных волн бывает самой различной: от 10 3 м (радиоволны) до 10 -10 м (рентгеновские лучи).
Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн.
При изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.

На рисунке изображена шкала электромагнитных волн с указанием длин волн и частот различных излучений:

Принято выделять:
низкочастотное излучение,
радиоизлучение,
инфракрасные лучи,
видимый свет,
ультрафиолетовые лучи,
рентгеновские лучи,
γ-излучение.

Принципиального различия между отдельными излучениями нет.
Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами.

Обнаруживаются электромагнитные волны в основном по их действию на заряженные частицы.
В вакууме электромагнитное излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с.
Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.

Излучения различных длин волн отличаются друг от друга по способам 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 у-излучениям, сильно поглощаемым 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 γ-лучи) поглощаются слабо.
Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений.

Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Излучение и спектры. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Источник

Шкала электромагнитных излучений: распределение электромагнитных волн

Содержание:

Факт, что в природе не существует электромагнитных волн (ЭМВ) всех длин от 0 до ∞, физиками неоспорим. Причина ограничений кроется в двойственности их природы. Они одновременно обладают корпускулярными и волновыми свойствами – являются волной и потоком элементарных частиц. Для простоты классификации при решении практических задач создана шкала электромагнитных колебаний.

Свойства электромагнитных волн

Спектральная характеристика ЭМ-излучения базируется на:

Длине волны – расстоянии, где она пребывает в одной фазе.
Частоте – количество повторений за единицу времени (секунду).
Энергии фотона, который переносит волны.

Частота колебаний вычисляется как: λ = сn / υ, где:

с – скорость ЭМВ в вакууме;
υ – в среде;
n – коэффициент преломления.

Последний всегда больше единицы, значит, в любом веществе электромагнитная волна распространяется медленнее, чем в физическом вакууме.

Таблица свойств электромагнитных волн, присущих излучению любой частоты из спектра.

Особенность

Подчинение закону отражения

Углы падения и отражения равны. Отношение синуса первого к синусу второго – величина постоянная, она пропорциональна отношению скоростей распространения в обеих средах.

Отклонение волн от прямолинейной траектории у края преград для их огибания, при прохождении отверстий.

Способность когерентных волн к наложению, вследствие которого они усиливаются либо гасятся в определённых местах.

Зависимость коэффициента преломления от частоты излучения.

Отчасти поглощаются при переходе между средами.

Частота при переходе ЭМВ между средами сохраняется.

Электромагнитные излучения всегда поперечны.

На границе сред основное излучение проходит далее, преломляясь, часть – отражается тем сильнее, чем меньше частота волны.

Шкала электромагнитных излучений

Физики условно разделили колебания электромагнитной природы на спектры, о которых большинство, наверное, слышали.

Гамма-излучение (γ)

Сверхкороткие излучения длиной до 0,01 нм или ангстрема с потенциалом 124 кэВ. Возникают вследствие одноимённого радиоактивного распада; это приходящие из космического пространства лучи. Прозрачны практически для всех соединений на Земле, разрушительно влияют на живую материю.

Рентгеновское

Появляются вследствие сильного разгона заряженных частиц или переходах электронов между оболочками с огромной разницей потенциалов в атомах. Для них невозможно изготовить линзу из-за длины волны, сравнимой с размерами атомов. Оптические системы строятся с применением алмазов.

Ультрафиолетовое

Ультрафиолет близок к видимому спектру, при определённых условиях человеческий глаз замечает излучения близкие к 400 нм. Основной источник – Солнце. Обладает разнообразным воздействием на биологические ткани, эффект зависит от длины волны.

Оптическое

Видимый для человека спектр лежит в диапазоне 400–740 нм. Лучи легко преодолевают атмосферу, отражаются и поглощаются в оптических установках. Появляются вследствие явлений флюоресценции, протекания химических реакций, свечения Солнца, ламп и светодиодов.

Инфракрасное

Излучение, ощущаемое человеком как тепло. Исходит от нагретых поверхностей, чем они горячее, тем короче волна и выше энергия.

Терагерцовое

Неионизирующие субмиллиметровые лучи. Проводятся диэлектриками и поглощаются проводниками (за редким исключением). Применяются в системах безопасности, медицине – томографы.

Радиоволны

Самый широкий спектр, наиболее применяемый человеком для обмена информацией в пределах планеты и ближнего космоса.

Таблица спектров электромагнитных волн.

Название лучей

Длина волны, нм

Космос, ускорители частиц, радиоактивные материалы

Рентгеновские трубки, ускорители частиц

Солнце, разнообразные искусственные лампы, лазеры

Солнце, световая техника, химические реакции

Электрические разряды в газах, раскалённые (горячие) тела

Лазеры на свободных электронах

Вспышки молний, космические объекты, техника

Шкала электромагнитных излучений в графическом виде.

Естественно, на картинке реальные масштабы спектров не изобразить, у них слишком разнятся диапазоны.

Источник

Шкала электромагнитных волн

Колебания электрических зарядов порождает распространяющиеся электромагнитные волны. Свойства этих волн существенно зависят от частоты колебаний. Рассмотрим особенности этой зависимости.

Длина электромагнитной волны

Колеблющийся электрический заряд порождает вокруг себя колебания вихревого магнитного поля. Это поле порождает колебания вихревого электрического поля, которое, в свою очередь опять порождает колеблющееся вихревое магнитное поле. Структура распространяющихся взаимно порождаемых колебаний электрических и магнитных полей – называется электромагнитной волной.

Рис. 1. Распространяющаяся электромагнитная волна вектора B и H.

Электромагнитная волна распространяется с постоянной скоростью, равной примерно $3×10^8$ м/с. Учитывая частоту колебаний волны $\nu$ можно найти расстояние между двумя одинаковыми значениями вектора индукции поля, длину волны $\lambda$:

Шкала электромагнитных волн

Электромагнитные волны различных частот существенно различаются по своим свойствам. Поэтому их можно условно разделить на виды, построив шкалу электромагнитных волн.

Низкочастотные (сверхдлинные) волны ($10^4$ Гц и менее)

Электромагнитные волны такой частоты имеют большую длину волны (порядка километров), они способны огибать препятствия больших размеров, способны проникать в толщу воды и грунта. Но, их сложно генерировать и принимать. Кроме того, низкая частота обуславливает малую информационную емкость таких волн. Поэтому, хотя электрические колебания низких частот находят очень широкое применение в народном хозяйстве, электромагнитные волны этого диапазона используются в основном лишь в научных исследованиях Земли.

Радиоволны (^4$ Гц – ^<11>$ Гц)

Электромагнитные волны этого диапазона имеют длину от сантиметров до километра, достаточно легко генерируются и принимаются. При этом, радиоволны частотой менее 3 МГц достаточно хорошо огибают кривизну Земли, способны проходить сквозь не слишком толстые непроводящие преграды и распространяются на несколько сотен километров, а радиоволны частотой до 30МГц – дополнительно способны отражаться от верхних слоев атмосферы, и полностью огибать Землю. Поэтому радиоволны этих диапазонов очень широко используются для связи.

Радиоволны частотами свыше 1 ГГц очень слабо проходят сквозь препятствия, отражаясь от них. Поэтому радиоволны такой частоты используются в радиолокации.

Световое излучение ($10^<11>$ Гц – $10^<18>$ Гц)

Электромагнитные волны данного диапазона имеют длину волны от единиц до тысяч нанометров и включают себя инфракрасное излучение нагретых тел, видимый свет и ультрафиолетовое излучение. Такие волны генерируются нагретыми предметами, чем больше температура – тем больше частота излучения.

Видимый свет в этом диапазоне занимает узкую полосу $3.5×10^<14>$ Гц – $7.5×10^<14>$ Гц. Прозрачность атмосферы Земли для данного диапазона обуславливает огромное значение зрения для живых существ.

Рентгеновское излучение ($10^<18>$ Гц – $10^<20>$ Гц)

Для генерации излучения таких частот необходимы либо очень высокие температуры, либо возбуждение атомов вещества потоком частиц (так происходит в катодных трубках), поскольку длина волны сравнима с размерами атомов. Это излучение обладает высокой проникающей способностью сквозь непроводящие вещества, что дает возможность широкого использования его в медицине и дефектоскопии.

Гамма-излучение ($10^<20>$ Гц и выше)

Излучение таких высоких частот генерируют ядра атомов при ядерных реакциях, длина волны здесь сравнима с размером атомных ядер. Также гамма-излучение является основной составляющей космических лучей, в которых оно имеет наиболее высокие частоты (и наиболее высокие энергии). Поэтому гамма-излучение играет большую роль при космических исследованиях. Кроме того, поскольку гамма-лучи оказывают разрушительное влияние на живую ткань, они находят применение в лечении онкологических заболеваний.

Резюмируя все сказанное, можно построить таблицу шкалы электромагнитных волн:

Рис. 3. Таблица шкалы электромагнитных волн.

Что мы узнали?

Весь диапазон электромагнитных волн можно условно разбить на поддиапазоны, в которых свойства волн достаточно отличаются друг от друга, составив своеобразную шкалу. В нее войдут свехдлинные волны, радиоволны, световое, рентгеновское и гамма-излучение.

Источник