Электромагнитный спектр волн. Частоты и длины волн. Применение на практике

Электромагнитный спектр волн — это полный диапазон электромагнитных волн, в котором цвета радуги составляют лишь небольшую видимую его часть, остальные волны при этом невидимы.

Электромагнитные излучения распространяются в вакууме со скоростью света, то есть 300000 км/сек. Оно представляет собой перемещающуюся в пространстве комбинацию электрического и магнитных полей, напряженности которых регулярно меняются от нуля до максимальных значений.

Электромагнитный спектр волн наглядно

Электромагнитная волна и ее характеристики: частота и длинна

Электромагнитная волна — это неразрывное сочетание электрического и магнитного полей, колеблющихся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Быстрота, с которой проходят эти изменения, называется частотой излучения. Разные виды электромагнитного излучения обладают разной частотой. Например, у радиоволн частота меньше, чем у света.

Частота электромагнитного излучения, измеренная в герцах (Гц), показывает сколько раз в секунду электрическое поле достигает максимального значения.

Когда ученые говорят, что электромагнитное излучение распространяется в виде волн, они имеют в виду, что напряженности электрического и магнитных полей периодически растут и убывают по ходу луча.

Длина волны — это расстояние, пройденное волной между двумя соседними пиками электрического поля.

Поэтому длина волны равна скорости света, разделенной на частоту. Так, например, сигнал радиостанции, вещающей на частоте 1200 кГц, или 1200000 Гц (1 килогерц (кГц) — это 1000 герц), имеет длину волны около 250 м.

Радиоволны и микрочастоты

Радиостанции вещают на частотах от 150 тыс. Гц до примерно 20 млн. Гц. Каждая станция использует какую-то определенную частоту, так что приемники, настроенные на данную станцию, принимают лишь радиоволны с частотой, на которой передает данная станция. Наземные телевизионные передатчики посылают сигналы с частотами от примерно 70 Мгц до 800 Мгц (1 мегагерц (Мгц) — это 1 млн герц).

Наглядное применение электромагнитных волны в жизни

Спутниковое телевидение работает на еще более высоких частотах. Испускаемые спутником электромагнитные волны улавливаются небольшими параболическими антеннами, направленными на спутник.

Радиолокаторы принимают посланные ими радиоимпульсы, отраженные от самолетов, кораблей и облаков, чтобы установить местоположение этих объектов, которые могут находиться на расстоянии многих километров. Доплеровские локаторы измеряют скорость движущихся объектов по незначительным изменениям частоты отраженных волн.

Мобильные телефоны посылают и принимают радиосигналы сверхвысокой частоты (СВЧ).

Излучения в сегодняшних смартфонах резко увеличивается в момент разговора между абонентами. В недавней статье мы публиковали рейтинг смартфонов с самым большим излучением электромагнитных волн.

СВЧ-волны — это самые короткие радиоволны, их длина составляет миллионные доли метра, поэтому их называют микроволнами. В микроволновых печах применяются волны несколько миллиметров, что соответствует частотам в миллиарды герц. В СВЧ-диапазон входят и волны, частота которых равна частоте колебаний молекул воды. В микроволновой печи СВЧ-волны раскачивают молекулы воды, энергия их колебаний преобразуется в тепло, и еда нагревается.

От инфракрасных до гамма-лучей

Частоты инфракрасных излучений немного ниже, чем у видимого света. Длины их волн меняются от 1 миллиметра до 750 нанометров. (Нанометр, или нм, — это одна миллионная доля миллиметра.) Все нагретые объекты испускают тепловое инфракрасное излучение, ощущаемое нами как тепло. Видимый свет — эта та малая часть электромагнитного спектра, которую воспринимает глаз. Видимый спектр простирается от красного цвета (770 нм) до фиолетового (400 нм])

Схема перехода электрона с одной орбиты на другую

Электроны в атоме находятся на разных энергетических уровня, или орбитах. На нижнем уровне — стационарном — электрон имеет наименьшую энергию. Дополнительная энергия заставляет электрон перейти скачком со стационарного уровня (1) на возбужденный (2). При этом атом поглощает электромагнитное излучение с энергией, соответствующей разности разности энергии между этими уровнями. Атом излучает электромагнитные волны, если электрон переходит с более высокого уровня на более низкий.

Энергия, переносимая электромагнитными волнами, растет с уменьшением длинны волны. Невидимые ультрафиолетовые лучи обладают меньшей длиной волны (100-400 нм), чем видимый свет, но несут большие потери энергии и поэтому могут вызвать ожоги.

У рентгеновских лучей длина волны еще меньше. Обычно они меньше диаметра атома (0,1 нм). Они несут столько энергии, что проникают сквозь мягкие ткани и кости.


Советский фильм о рентгеновских лучах 1966 года

В медицинских рентгеновских аппаратах для получения рентгеновских лучей применяются рентгеновские трубки. Нагретая нить испускает электроны, которые разгоняются электрическими полями и попадают на металлическую мишень. При ударе об нее из атомов металла выбиваются электроны. На освободившиеся места падают другие электроны, которые испускают энергию в виде рентгеновских лучей.

Для человека существуют строгие нормы пребывания в зоне рентгеновских лучей в ходе медицинских исследований. Про допустимые дозы облучения и насколько вреден рентген для человека можно прочитать в нашей отдельной публикации. Гамма-лучи обладают огромной энергией и проникающей способностью. Проходя через клетки живых организмов, они повреждают их. Гамма-лучи можно использовать для получения изображений трещин, находящихся глубоко в толще металла.

(7 votes, average: 4,86 out of 5)
Загрузка...


  • Валерий Неон

    Сейчас очень много разговоров о том элементе как «эфир», который занимал в первоначальном виде у Менделеева нулевую группу элементов и относился так же к инертному газу. Почему его нет в сегодняшней таблице? Что скажете по данному поводу?