Виды излучений диапазон длин волн источник свойства применение таблица

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

Виды излучений – кратко таблица характеристики и применения, диапазоны альфа, бета, гамма (11 класс)

В конце XIX в. была открыта естественная радиоактивность некоторых элементов, сопровождающаяся излучением невидимых лучей. Рассмотрим кратко виды и характеристики различных излучений.

Понятие и виды излучения

Как известно в 11 классе, внутренняя энергия вещества может передаваться с помощью контактной теплопередачи, конвекции и излучения.

Рис. 1. Теплопередача, конвекция, излучение.

Рассмотрим излучение — передачу энергии вещества, которая происходит на расстоянии. В зависимости от массы покоя носителя энергии, излучение можно разделить на:

• излучение безмассовых фотонов;
• радиоактивное излучение частиц, имеющих массу (альфа, бета, гамма, нейтронное).

Фотонное излучение

Фотоны можно считать чистыми квантами энергии. Они не имеют массы покоя, а это значит, что покоящихся фотонов не бывает: они всегда движутся со скоростью света и несут энергию. Поскольку свойства фотонов сильно меняются в зависимости от их частоты, этот вид излучения делится на:

• радиоизлучение;
• ИК-излучение;
• видимое излучение;
• УФ-излучение;
• рентгеновское излучение;
• γ-излучение.

От начала к концу этого списка у фотонов увеличивается частота и энергия. При этом уменьшаются волновые проявления и нарастают корпускулярные. Если диапазон радиоизлучения демонстрирует практически только свойства волны, то γ-излучение имеет такую малую длину волны, что волновые свойства у него обнаружить очень трудно.

Вследствие этого от начала к концу списка у фотонного излучения уменьшается способность огибания препятствий, но при этом увеличивается проникающая способность.

С большинством из этих видов излучения человек часто имеет дело и находит для них применение в жизни, в первую очередь в качестве источников света.

Рис. 2. Шкала электромагнитных излучений.

Радиоактивные виды излучения

С открытием радиоактивности выяснилось, что излучение может осуществляться частицами, имеющими массу. В первую очередь это α- и β- излучения, сопровождающие радиоактивный распад многих тяжелых элементов (при этом также излучаются и γ-кванты).

α-излучение — это поток тяжелых частиц, имеющих атомный вес 4 и заряд 2. То есть фактически каждая α-частица представляет собой ядро гелия.

Система из двух протонов и двух нейтронов оказывается очень устойчивой энергетически, поэтому при распаде тяжелых ядер наиболее «выгодно» отщепление не отдельных протонов и нейтронов, а вот таких систем. Именно поэтому α-радиоактивными являются практически все тяжелые ядра с массовым числом более 208.

β-излучение — это поток быстрых электронов. Такое излучение характерно для ядер с большим избытком нейтронов.

Избыток нейтронов позволяет ядрам быть устойчивыми к кулоновскому отталкиванию, поскольку нейтроны участвуют в сильном взаимодействии, скрепляющем ядро, при этом не участвуют в электромагнитном взаимодействии, разрывающим его. Однако нейтроны являются стабильными только в связке с протонами. Свободный нейтрон нестабилен и распадается на протон, электрон и антинейтрино. Так и происходит в ядрах, в которых существует большой избыток нейтронов.

Также существует и нейтронное излучение. Оно сопровождает спонтанный распад тяжелых ядер, поскольку в тяжелых ядрах имеется избыток нейтронов, который становится «лишним», для осколков. Однако, такое радиоактивное излучение — достаточно редкий процесс.

Можно составить таблицу видов излучений:

Рис. 3. Таблица видов излучений.

Что мы узнали?

Излучение — это передача энергии вещества, которая происходит на расстоянии. Наиболее часто оно осуществляется безмассовыми фотонами — квантами энергии. Существует также и радиоактивное излучение, осуществляющееся частицами, имеющими массу покоя.

Источник

Обобщающий урок «Шкала электромагнитных излучений»

Цель урока: обеспечить в ходе урока повторение основных законов, свойств электромагнитных волн;

Образовательная: Систематизировать материал по теме, осуществить коррекцию знаний, некоторое ее углубление;

Развивающая: Развитие устной речи учащихся, творческих навыков учащихся, логики, памяти; познавательных способностей;

Воспитательная: Формировать интерес учащихся к изучению физики. воспитывать аккуратность и навыки рационального использования своего времени;

Тип урока: урок повторения и коррекции знаний;

Оборудование : компьютер, проектор, презентация «Шкала электромагнитных излучений», диск « Физика. Библиотека наглядных пособий».

1. Объяснение нового материала.

1. Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 1013 м (низкочастотные колебания) до 10 -10 м (g- лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее, именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.
2. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и g-излучение. Со всеми этими излучениями, кроме g-излучения, вы уже знакомы. Самое коротковолновое g-излучение испускают атомные ядра.
3. 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 волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.
4. 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.
5. 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 g-излучениям, сильно поглощаемом атмосферой.
6. По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.
7. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно g-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.

Обобщим знания о волнах и запишем все виде таблиц.

1. Низкочастотные колебания

Низкочастотные колебания
Длина волны(м)	10 13 — 10 5
Частота(Гц)	3· 10 -3 — 3 ·10 3
Энергия(ЭВ)	1 – 1,24 ·10 -10
Источник	Реостатный альтернатор, динамомашина, Вибратор Герца, Генераторы в электрических сетях (50 Гц) Машинные генераторы повышенной ( промышленной) частоты ( 200 Гц) Телефонные сети ( 5000Гц) Звуковые генераторы ( микрофоны, громкоговорители)
Приемник	Электрические приборы и двигатели
История открытия	Лодж ( 1893 г.), Тесла ( 1983 )
Применение	Кино, радиовещание( микрофоны, громкоговорители)

2. Радиоволны

Радиоволны
Длина волны(м)	10 5 — 10 -3
Частота(Гц)	3 ·10 3 — 3 ·10 11
Энергия(ЭВ)	1,24 ·10-10 — 1,24 · 10 -2
Источник	Колебательный контур Макроскопические вибраторы
Приемник	Искры в зазоре приемного вибратора Свечение газоразрядной трубки, когерера
История открытия	Феддерсен ( 1862 г.), Герц ( 1887 г.), Попов , Лебедев, Риги
Применение	Сверхдлинные— Радионавигация, радиотелеграфная связь, передача метеосводок Длинные – Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, радионавигация Средние— Радиотелеграфия и радиотелефонная связь радиовещание, радионавигация Короткие— радиолюбительская связь УКВ— космическая радио связь ДМВ— телевидение, радиолокация, радиорелейная связь, сотовая телефонная связь СМВ- радиолокация, радиорелейная связь, астронавигация, спутниковое телевидение ММВ— радиолокация

Инфракрасное излучение
Длина волны(м)	2 ·10 -3 — 7,6· 10 -7
Частота(Гц)	3 ·10 11 — 3 ·10 14
Энергия(ЭВ)	1,24· 10 -2 – 1,65
Источник	Любое нагретое тело: свеча, печь, батарея водяного отопления, электрическая лампа накаливания Человек излучает электромагнитные волны длиной 9 10 -6 м
Приемник	Термоэлементы, болометры, фотоэлементы, фоторезисторы, фотопленки
История открытия	Рубенс и Никольс ( 1896 г.),
Применение	В криминалистике, фотографирование земных объектов в тумане и темноте, бинокль и прицелы для стрельбы в темноте, прогревание тканей живого организма ( в медицине), сушка древесины и окрашенных кузовов автомобилей, сигнализация при охране помещений, инфракрасный телескоп,

4. Видимое излучение

Видимое излучение
Длина волны(м)	6,7· 10 -7 — 3,8 ·10 -7
Частота(Гц)	4· 10 14 — 8· 10 14
Энергия(ЭВ)	1,65 – 3,3 ЭВ
Источник	Солнце, лампа накаливания, огонь
Приемник	Глаз, фотопластинка, фотоэлементы, термоэлементы
История открытия	Меллони
Применение	Зрение Биологическая жизнь

5. Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолетовое излучение
Длина волны(м)	3,8 10 -7 — 3 ·10 -9
Частота(Гц)	8 ·10 14 — 10 17
Энергия(ЭВ)	3,3 – 247,5 ЭВ
Источник	Входят в состав солнечного света Газоразрядные лампы с трубкой из кварца Излучаются всеми твердыми телами , у которых температура больше 1000 ° С, светящиеся ( кроме ртути)
Приемник	Фотоэлементы, Фотоумножители, Люминесцентные вещества
История открытия	Иоганн Риттер, Лаймен
Применение	Промышленная электроника и автоматика, Люминисценнтные лампы, Текстильное производство Стерилизация воздуха

6. Рентгеновское излучение

Рентгеновское излучение
Длина волны(м)	10 -9 — 3 ·10 -12
Частота(Гц)	3 ·10 17 — 3 ·10 20
Энергия(ЭВ)	247,5 – 1,24 ·105 ЭВ
Источник	Электронная рентгеновская трубка ( напряжение на аноде – до 100 кВ. давление в баллоне – 10 -3 – 10 -5 н/м 2 , катод – накаливаемая нить . Материал анодов W,Mo, Cu, Bi, Co, Tl и др. Η = 1-3%, излучение – кванты большой энергии) Солнечная корона
Приемник	Фотопленка, Свечение некоторых кристаллов
История открытия	В. Рентген , Милликен
Применение	Диагностика и лечение заболеваний ( в медицине), Дефектоскопия ( контроль внутренних структур, сварных швов)

7. Гамма — излучение

Гамма — излучение
Длина волны(м)	3,8 ·10 -11 — меньше
Частота(Гц)	8· 10 14 — больше
Энергия(ЭВ)	9,03 ·10 3 – 1, 24 ·10 16 ЭВ
Источник	Радиоактивные атомные ядра, ядерные реакции, процессы превращения вещества в излучение
Приемник	счетчики
История открытия
Применение	Дефектоскопия; Контроль технологических процессов; Терапия и диагностика в медицине

Вывод
Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. Квантовые и волновые свойства в этом случае не исключают, а дополняют друг друга. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко — при больших. И наоборот, квантовые свойства ярче проявляются при больших частотах и менее ярко — при малых. Чем меньше длина волны, тем ярче проявляются квантовые свойства, а чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства. Все это служит подтверждением закона диалектики (переход количественных изменений в качественные ).

1. « Физика- 11» Мякишев
2. Диск «Уроки физики Кирилла и Мефодия. 11 класс»( ))) «Кирилл и Мефодий, 2006)
3. Диск « Физика. Библиотека наглядных пособий. 7-11 классы»( ( 1С: «Дрофа» и «Формоза» 2004)
4. Ресурсы Интернета

Источник