Nodarbības mērķi:
Nodarbības veids:
Rīcības forma: lekcija ar prezentāciju
Karaseva Irina Dmitrijevna, 17.12.2017
2492 287
Izstrādes saturs
Nodarbības kopsavilkums par tēmu:
Radiācijas veidi. Mērogs elektromagnētiskie viļņi
Nodarbība izstrādāta
LPR Valsts iestādes "LOUSOSH Nr. 18" skolotājs
Karaseva I.D.
Nodarbības mērķi: apsvērt elektromagnētisko viļņu mērogu, raksturot dažādu frekvenču diapazonu viļņus; parādīt dažāda veida starojuma lomu cilvēka dzīvē, dažāda veida starojuma ietekmi uz cilvēku; sistematizēt materiālu par tēmu un padziļināt skolēnu zināšanas par elektromagnētiskajiem viļņiem; attīstīties mutvārdu runa skolēni, skolēnu radošās prasmes, loģika, atmiņa; kognitīvās spējas; veidot studentu interesi par fizikas studijām; audzināt precizitāti, centību.
Nodarbības veids: nodarbība jaunu zināšanu veidošanā.
Rīcības forma: lekcija ar prezentāciju
Aprīkojums: dators, multimediju projektors, prezentācija “Starojuma veidi.
Elektromagnētisko viļņu mērogs»
Nodarbību laikā
Laika organizēšana.
Izglītības un izziņas darbības motivācija.
Visums ir elektromagnētiskā starojuma okeāns. Cilvēki tajā lielākoties dzīvo, nepamanot viļņus, kas iekļūst apkārtējā telpā. Sildoties pie kamīna vai aizdedzot sveci, cilvēks piespiež darboties šo viļņu avotam, nedomājot par to īpašībām. Taču zināšanas ir spēks: atklājusi elektromagnētiskā starojuma būtību, cilvēce 20. gadsimtā apguva un nodeva savā rīcībā visdažādākos tā veidus.
Nodarbības tēmas un mērķu noteikšana.
Šodien dosimies ceļojumā pa elektromagnētisko viļņu skalu, apskatīsim dažādu frekvenču diapazonu elektromagnētiskā starojuma veidus. Pierakstiet nodarbības tēmu: "Radiācijas veidi. Elektromagnētisko viļņu mērogs» (1. slaids)
Mēs pētīsim katru starojumu saskaņā ar šādu vispārīgu plānu (2. slaids).Vispārīgs radiācijas izpētes plāns:
1. Diapazona nosaukums
2. Viļņa garums
3. Biežums
4. Kurš tika atklāts
5. Avots
6. Uztvērējs (indikators)
7. Pieteikums
8. Darbība pret cilvēku
Apgūstot tēmu, jums jāaizpilda šāda tabula:
Tabula "Elektromagnētiskā starojuma mērogs"
| Vārds starojums | Viļņa garums | Biežums | Kurš bija atvērts | Avots | Uztvērējs | Pieteikums | Darbība pret cilvēku |
Jauna materiāla prezentācija.
(3. slaids)
Elektromagnētisko viļņu garums ir ļoti atšķirīgs: no vērtībām aptuveni 10
13
m (zemas frekvences vibrācijas) līdz 10
-10
m (
-stariem). Gaisma ir nenozīmīga daļa no plašā elektromagnētisko viļņu spektra. Taču tieši šīs nelielās spektra daļas izpētes laikā tika atklāti citi starojumi ar neparastām īpašībām.
Ir pieņemts piešķirt zemas frekvences starojums, radio starojums, infrasarkanie stari, redzamā gaisma, ultravioletie stari, rentgena stari un
- starojums.Īsākais -starojums izstaro atomu kodolus.
Nav būtisku atšķirību starp atsevišķiem starojumiem. Tie visi ir elektromagnētiskie viļņi, ko rada uzlādētas daļiņas. Elektromagnētiskos viļņus galu galā nosaka, iedarbojoties uz lādētām daļiņām . Vakuumā jebkura viļņa garuma starojums pārvietojas ar ātrumu 300 000 km/s. Robežas starp atsevišķām starojuma skalas zonām ir ļoti patvaļīgas.
(4. slaids)
Dažādu viļņu garumu emisijas atšķiras viens no otra savā veidā saņemšana(antenas starojums, termiskais starojums, starojums ātru elektronu palēninājuma laikā utt.) un reģistrācijas metodes.
Visus uzskaitītos elektromagnētiskā starojuma veidus rada arī kosmosa objekti, un tie tiek veiksmīgi pētīti ar raķešu, mākslīgo zemes pavadoņu un kosmosa kuģu palīdzību. Pirmkārt, tas attiecas uz rentgena un starojums, ko spēcīgi absorbē atmosfēra.
Kvantitatīvās viļņu garumu atšķirības rada būtiskas kvalitatīvas atšķirības.
Dažādu viļņu garumu starojums savā starpā ļoti atšķiras pēc to absorbcijas vielā. Īsviļņu starojums (rentgens un īpaši stari) vāji uzsūcas. Vielas, kas ir necaurredzamas optiskajam viļņu garumam, ir caurspīdīgas šim starojumam. Elektromagnētisko viļņu atstarošanas koeficients ir atkarīgs arī no viļņa garuma. Bet galvenā atšķirība starp garo viļņu un īsviļņu starojumu ir tā īsviļņu starojums atklāj daļiņu īpašības.
Apskatīsim katru starojumu.
(5. slaids)
zemas frekvences starojums notiek frekvenču diapazonā no 3 · 10 -3 līdz 3 10 5 Hz. Šis starojums atbilst viļņa garumam 10 13 - 10 5 m. Šādu relatīvi zemu frekvenču starojumu var neņemt vērā. Zemfrekvences starojuma avots ir ģeneratori. Tos izmanto metālu kausēšanai un sacietēšanai.
(6. slaids)
radio viļņi aizņem frekvenču diapazonu 3·10 5 - 3·10 11 Hz. Tie atbilst viļņa garumam 10 5 - 10 -3 m. radioviļņi, kā arī zemfrekvences starojums ir maiņstrāva. Arī avots ir radiofrekvenču ģenerators, zvaigznes, tostarp Saule, galaktikas un metagalaktikas. Indikatori ir Hertz vibrators, svārstību ķēde.
Liela frekvence radio viļņi, salīdzinot ar zemas frekvences starojums rada ievērojamu radioviļņu starojumu kosmosā. Tas ļauj tos izmantot informācijas pārsūtīšanai dažādos attālumos. Tiek pārraidīta runa, mūzika (apraide), telegrāfa signāli (radio sakari), dažādu objektu attēli (radars).
Radioviļņus izmanto, lai pētītu vielas struktūru un vides īpašības, kurā tie izplatās. Kosmosa objektu radio emisijas izpēte ir radioastronomijas priekšmets. Radiometeoroloģijā procesi tiek pētīti atbilstoši uztverto viļņu īpašībām.
(7. slaids)
Infrasarkanais starojums aizņem frekvenču diapazonu 3 10 11 - 3,85 10 14 Hz. Tie atbilst viļņa garumam 2 10 -3 - 7,6 10 -7 m.
Infrasarkano starojumu 1800. gadā atklāja astronoms Viljams Heršels. Pētot termometra temperatūras paaugstināšanos, ko uzsilda ar redzamo gaismu, Heršels atklāja, ka termometra vislielākā sasilšana ir ārpus redzamās gaismas apgabala (ārpus sarkanā apgabala). neredzams starojums, ņemot vērā tā vietu spektrā, ir saukta par infrasarkano. Infrasarkanā starojuma avots ir molekulu un atomu starojums termiskās un elektriskās ietekmēs. Spēcīgs infrasarkanā starojuma avots ir Saule, aptuveni 50% no tās starojuma atrodas infrasarkanajā reģionā. Infrasarkanais starojums veido ievērojamu daļu (no 70 līdz 80%) no starojuma enerģijas kvēlspuldzēm ar volframa pavedienu. Infrasarkano starojumu izstaro elektriskā loka un dažādas gāzizlādes lampas. Dažu lāzeru starojums atrodas spektra infrasarkanajā reģionā. Infrasarkanā starojuma indikatori ir foto un termistori, īpašas fotoemulsijas. Infrasarkano starojumu izmanto koksnes, pārtikas un dažādu veidu žāvēšanai pārklājumi(infrasarkanā apkure), signalizācijai sliktas redzamības gadījumā, dod iespēju izmantot optiskās ierīces, kas ļauj redzēt tumsā, kā arī ar tālvadības pulti. Infrasarkanie stari tiek izmantoti, lai mērķētu lādiņus un raķetes, lai atklātu maskētu ienaidnieku. Šie stari ļauj noteikt temperatūru atšķirības atsevišķās planētu virsmas daļās, vielas molekulu struktūras iezīmes ( spektrālā analīze). Infrasarkano fotogrāfiju izmanto bioloģijā augu slimību izpētē, medicīnā ādas un asinsvadu slimību diagnostikā, tiesu medicīnā viltojumu atklāšanā. Saskaroties ar cilvēku, tas izraisa cilvēka ķermeņa temperatūras paaugstināšanos.
(8. slaids)
Redzams starojums - vienīgais elektromagnētisko viļņu diapazons, ko uztver cilvēka acs. Gaismas viļņi aizņem diezgan šauru diapazonu: 380 - 670 nm ( \u003d 3,85 10 14 - 8 10 14 Hz). Redzamā starojuma avots ir valences elektroni atomos un molekulās, kas maina savu pozīciju telpā, kā arī brīvie lādiņi, strauji pārvietojas. Šis daļa no spektra sniedz cilvēkam maksimālu informāciju par apkārtējo pasauli. Pēc fizikālajām īpašībām tas ir līdzīgs citiem spektra diapazoniem, jo ir tikai neliela daļa no elektromagnētisko viļņu spektra. Starojumam ar dažādu viļņu garumu (frekvences) redzamajā diapazonā ir atšķirīga fizioloģiska ietekme uz cilvēka acs tīkleni, izraisot psiholoģisku gaismas sajūtu. Krāsa nav elektromagnētiskā gaismas viļņa īpašība pati par sevi, bet gan elektroķīmiskas darbības izpausme. fizioloģiskā sistēma cilvēks: acis, nervi, smadzenes. Cilvēka acs redzamajā diapazonā (augošā secībā pēc starojuma biežuma) var atšķirt aptuveni septiņas pamatkrāsas: sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, zila, indigo, violeta. Atcerēties spektra pamatkrāsu secību atvieglo frāze, kuras katrs vārds sākas ar pamatkrāsas nosaukuma pirmo burtu: "Katrs mednieks vēlas zināt, kur sēž fazāns." Redzamais starojums var ietekmēt plūsmu ķīmiskās reakcijas augos (fotosintēze) un dzīvnieku un cilvēku organismos. Redzamu starojumu izdala atsevišķi kukaiņi (ugunspuķes) un dažas dziļjūras zivis ķīmisko reakciju rezultātā organismā. Oglekļa dioksīda absorbcija augos fotosintēzes procesa un skābekļa izdalīšanās rezultātā veicina bioloģiskās dzīves uzturēšanu uz Zemes. Redzamais starojums tiek izmantots arī dažādu objektu apgaismošanai.
Gaisma ir dzīvības avots uz Zemes un tajā pašā laikā mūsu priekšstatu par apkārtējo pasauli avots.
(9. slaids)
Ultravioletais starojums, acij neredzams elektromagnētiskā radiācija, kas aizņem spektrālo apgabalu starp redzamo un rentgena starojumu viļņu garumos 3,8 ∙10 -7 - 3,10 -9 m ( \u003d 8 * 10 14 - 3 * 10 16 Hz). Ultravioleto starojumu 1801. gadā atklāja vācu zinātnieks Johans Riters. Pētot sudraba hlorīda melnēšanu redzamās gaismas ietekmē, Riters atklāja, ka sudrabs vēl efektīvāk melnējas reģionā aiz violetā spektra gala, kur nav redzama starojuma. Neredzamo starojumu, kas izraisīja šo melnošanos, sauca par ultravioleto.
Ultravioletā starojuma avots ir atomu un molekulu valences elektroni, arī strauji kustīgie brīvie lādiņi.
Radiācija, kas uzkarsēta līdz temperatūrai - 3000 K cietvielas satur ievērojamu daļu nepārtraukta spektra ultravioletā starojuma, kura intensitāte palielinās, palielinoties temperatūrai. Spēcīgāks ultravioletā starojuma avots ir jebkura augstas temperatūras plazma. Priekš dažādas lietojumprogrammas Tiek izmantotas ultravioletā starojuma, dzīvsudraba, ksenona un citas gāzizlādes spuldzes. Dabiski ultravioletā starojuma avoti - Saule, zvaigznes, miglāji un citi kosmosa objekti. Tomēr tikai to starojuma garā viļņa daļa ( 290 nm) sasniedz zemes virsmu. Ultravioletā starojuma reģistrācijai plkst
= 230 nm, tiek izmantoti parastie fotomateriāli, īsāka viļņa garuma zonā pret to ir jutīgi īpaši fotoslāņi ar zemu želatīna saturu. Tiek izmantoti fotoelektriskie uztvērēji, kas izmanto ultravioletā starojuma spēju izraisīt jonizāciju un fotoelektrisko efektu: fotodiodes, jonizācijas kameras, fotonu skaitītājus, fotopavairotājus.
Nelielās devās ultravioletais starojums labvēlīgi, ārstnieciski iedarbojas uz cilvēku, aktivizējot D vitamīna sintēzi organismā, kā arī izraisot saules apdegumus. Liela ultravioletā starojuma deva var izraisīt ādas apdegumus un vēža veidojumus (80% izārstējami). Turklāt pārmērīgs ultravioletais starojums vājina imūnsistēma organismu, veicinot noteiktu slimību attīstību. Ultravioletajam starojumam ir arī baktericīda iedarbība: šī starojuma ietekmē patogēnās baktērijas iet bojā.
Ultravioleto starojumu izmanto dienasgaismas spuldzēs, kriminālistikā (no fotogrāfijām tiek konstatēts dokumentu viltojums), mākslas vēsturē (ar palīdzību ultravioletie stari gleznās var atrast acij neredzamas restaurācijas pēdas). Praktiski nav UV starojuma logu stikls, jo to absorbē dzelzs oksīds, kas ir stikla sastāvdaļa. Šī iemesla dēļ pat karstā saulainā dienā jūs nevarat sauļoties telpā ar aizvērtu logu.
Cilvēka acs neredz ultravioleto starojumu, jo. Acs radzene un acs lēca absorbē ultravioleto gaismu. Daži dzīvnieki var redzēt ultravioleto starojumu. Piemēram, balodis orientējas uz Sauli pat iekšā mākoņains laiks.
(10. slaids)
rentgena starojums - ir elektromagnētiskais jonizējošais starojums, kas aizņem spektrālo apgabalu starp gamma un ultravioletais starojums viļņu garumos no 10 -12 - 1 0 -8 m (frekvences 3 * 10 16 - 3-10 20 Hz). Rentgena starojumu 1895. gadā atklāja vācu fiziķis V. K. Rentgens. Visizplatītākais rentgenstaru avots ir rentgenstaru caurule, kurā elektriskā lauka paātrināti elektroni bombardē metāla anodu. Rentgenstarus var iegūt, bombardējot mērķi ar augstas enerģijas joniem. Kā rentgena starojuma avoti var kalpot arī daži radioaktīvie izotopi, sinhrotroni – elektronu akumulatori. dabiskie avoti Rentgena starojums ir Saule un citi kosmosa objekti
Objektu attēlus rentgena staros iegūst uz īpašas rentgena fotofilmas. Rentgena starojumu var reģistrēt, izmantojot jonizācijas kameru, scintilācijas skaitītāju, sekundāros elektronu vai kanālu elektronu pavairotājus un mikrokanālu plāksnes. Pateicoties tā augstajai iespiešanās spējai rentgenstari izmanto rentgenstaru difrakcijas analīzē (kristāla režģa struktūras izpēte), molekulu struktūras izpētē, paraugu defektu noteikšanā, medicīnā (rentgena starojums, fluorogrāfija, vēža ārstēšana), defektoskopijā ( defektu noteikšana lējumos, sliedēs), mākslas vēsturē (senās glezniecības atklāšana, kas paslēpta zem vēlīnās glezniecības slāņa), astronomijā (pētot rentgena avotus), tiesu zinātnē. Liela rentgena starojuma deva izraisa apdegumus un izmaiņas cilvēka asins struktūrā. Rentgenstaru uztvērēju izveide un to izvietošana kosmosa stacijās ļāva noteikt rentgena starojumu no simtiem zvaigžņu, kā arī čaulu supernovas un veselas galaktikas.
(11. slaids)
Gamma starojums - īsviļņu elektromagnētiskais starojums, kas aizņem visu frekvenču diapazonu \u003d 8 10 14 - 10 17 Hz, kas atbilst viļņu garumiem \u003d 3,8 10 -7 - 3 10 -9 m Gamma starojums 1900. gadā atklāja franču zinātnieks Pols Viljars.
Pētot rādija starojumu spēcīgā magnētiskajā laukā, Villars atklāja īsviļņu elektromagnētisko starojumu, kas nenovirzās, tāpat kā gaisma, magnētiskais lauks. To sauca par gamma starojumu. Gamma starojums ir saistīts ar kodolprocesiem, radioaktīvās sabrukšanas parādībām, kas notiek ar noteiktām vielām gan uz Zemes, gan kosmosā. Gamma starojumu var reģistrēt, izmantojot jonizācijas un burbuļu kameras, kā arī izmantojot īpašas fotoemulsijas. Tos izmanto kodolprocesu izpētē, defektu noteikšanā. Gamma starojums negatīvi ietekmē cilvēku.
(12. slaids)
Tātad, zemas frekvences starojums, radioviļņi, infrasarkanais starojums, redzamais starojums, ultravioletais starojums, rentgena starojums,-starojums ir dažādi elektromagnētiskā starojuma veidi.
Ja jūs garīgi sadalāt šos veidus, palielinot frekvenci vai samazinot viļņa garumu, jūs iegūstat plašu nepārtrauktu spektru - elektromagnētiskā starojuma skalu. (skolotājs parāda skalu). UZ bīstamas sugas starojums ietver: gamma starojumu, rentgenstarus un ultravioleto starojumu, pārējie ir droši.
Elektromagnētiskā starojuma sadalījums diapazonos ir nosacīts. Starp reģioniem nav skaidras robežas. Reģionu nosaukumi ir veidojušies vēsturiski, tie kalpo tikai kā ērts starojuma avotu klasifikācijas līdzeklis.
(13. slaids)
Visiem elektromagnētiskā starojuma skalas diapazoniem ir vispārīgas īpašības:
visa starojuma fiziskā būtība ir vienāda
viss starojums izplatās vakuumā ar tādu pašu ātrumu, kas vienāds ar 3 * 10 8 m/s
visiem starojumiem ir kopīgas viļņu īpašības (atstarošana, refrakcija, traucējumi, difrakcija, polarizācija)
5. Nodarbības rezumēšana
Stundas beigās skolēni pabeidz darbu uz galda.
(14. slaids)
Secinājums:
Visa elektromagnētisko viļņu skala ir pierādījums tam, ka visam starojumam ir gan kvantu, gan viļņu īpašības.
Kvantu un viļņu īpašības šajā gadījumā neizslēdz, bet papildina viena otru.
Viļņu īpašības ir izteiktākas zemās frekvencēs un mazāk izteiktas augstās frekvencēs. Un otrādi, kvantu īpašības ir izteiktākas augstās frekvencēs un mazāk izteiktas zemās frekvencēs.
Jo īsāks ir viļņa garums, jo izteiktākas ir kvantu īpašības, un jo garāks viļņa garums, jo izteiktākas ir viļņa īpašības.
Tas viss apstiprina dialektikas likumu (kvantitatīvo izmaiņu pāreju uz kvalitatīvām).
Abstrakts (mācīties), aizpildiet tabulu
pēdējā kolonna (EMP ietekme uz cilvēku) un
sagatavot ziņojumu par EMR lietošanu
Izstrādes saturs
GU LPR "LOUSOSH Nr. 18"
Luganska
Karaseva I.D.
VISPĀRĪGAIS RADIĀCIJAS STUDIJU PLĀNS
1. Diapazona nosaukums.
2. Viļņa garums
3. Biežums
4. Kurš tika atklāts
5. Avots
6. Uztvērējs (indikators)
7. Pieteikums
8. Darbība pret cilvēku
TABULA "ELEKTROMAGNĒTISKO VIĻŅU MĒROGA"
Radiācijas nosaukums
Viļņa garums
Biežums
Kurš atvēra
Avots
Uztvērējs
Pieteikums
Darbība pret cilvēku
Starojumi atšķiras viens no otra:
- pēc iegūšanas metodes;
- reģistrācijas metode.
Kvantitatīvās viļņu garumu atšķirības rada būtiskas kvalitatīvas atšķirības, tās absorbē viela dažādos veidos (īsviļņu starojums - rentgena un gamma starojums) - tiek absorbēts vāji.
Īsviļņu starojums atklāj daļiņu īpašības.
Zemas frekvences vibrācijas
Viļņa garums (m)
10 13 - 10 5
Frekvence Hz)
3 · 10 -3 - 3 · 10 5
Avots
Reostatiskais ģenerators, dinamo,
hercu vibrators,
Ģeneratori elektrotīklos (50 Hz)
Mašīnu ģeneratori ar paaugstinātu (rūpniecisko) frekvenci (200 Hz)
Tālruņu tīkli (5000Hz)
Skaņas ģeneratori (mikrofoni, skaļruņi)
Uztvērējs
Elektriskās ierīces un motori
Atklājumu vēsture
Olivers Lodžs (1893), Nikola Tesla (1983)
Pieteikums
Kino, apraide (mikrofoni, skaļruņi)
radio viļņi
Viļņa garums (m)
Frekvence Hz)
10 5 - 10 -3
Avots
3 · 10 5 - 3 · 10 11
Svārstību ķēde
Makroskopiskie vibratori
Zvaigznes, galaktikas, metagalaktikas
Uztvērējs
Atklājumu vēsture
Dzirksteles uztverošā vibratora spraugā (Hertz vibrators)
Gāzlādes caurules mirdzums, koheer
B. Feddersens (1862), G. Hercs (1887), A.S. Popovs, A.N. Ļebedevs
Pieteikums
Īpaši garš- Radionavigācija, radiotelegrāfa sakari, laika ziņu pārraide
Garš– Radiotelegrāfa un radiotelefona sakari, radio apraide, radionavigācija
Vidēja- Radiotelegrāfa un radiotelefonijas radio apraide, radionavigācija
Īss- radioamatieru
VHF- kosmosa radio sakari
DMV- televīzija, radars, radioreleja sakari, mobilā telefona sakari
SMV- radars, radioreleja sakari, astronavigācija, satelīttelevīzija
IIM- radars
Infrasarkanais starojums
Viļņa garums (m)
2 · 10 -3 - 7,6∙10 -7
Frekvence Hz)
3∙10 11 - 3,85∙10 14
Avots
Jebkurš apsildāms ķermenis: svece, plīts, ūdens sildīšanas akumulators, elektriskā lampa kvēlspuldze
Cilvēks izstaro elektromagnētiskos viļņus, kuru garums ir 9 · 10 -6 m
Uztvērējs
Termoelementi, bolometri, fotoelementi, fotorezistori, fotofilmas
Atklājumu vēsture
W. Herschel (1800), G. Rubens un E. Nichols (1896),
Pieteikums
Kriminoloģijā sauszemes objektu fotografēšana miglā un tumsā, binokļi un tēmēkļi fotografēšanai tumsā, dzīva organisma audu apsildīšana (medicīnā), koka un krāsotu automašīnu virsbūvju žāvēšana, signalizācijas telpu aizsardzībai, infrasarkanais teleskops.
Redzams starojums
Viļņa garums (m)
6,7∙10 -7 - 3,8 ∙10 -7
Frekvence Hz)
4∙10 14 - 8 ∙10 14
Avots
Saule, kvēlspuldze, uguns
Uztvērējs
Acs, fotoplate, fotoelementi, termoelementi
Atklājumu vēsture
M. Meloni
Pieteikums
Vīzija
bioloģiskā dzīve
Ultravioletais starojums
Viļņa garums (m)
3,8 ∙10 -7 - 3∙10 -9
Frekvence Hz)
8 ∙ 10 14 - 3 · 10 16
Avots
Iekļauts saules gaismā
Izlādes spuldzes ar kvarca cauruli
Izstaro visas cietās vielas, kuru temperatūra ir augstāka par 1000 ° C, gaismas (izņemot dzīvsudrabu)
Uztvērējs
fotoelementi,
fotopavairotāji,
Luminiscējošas vielas
Atklājumu vēsture
Johans Riters, Leimanis
Pieteikums
Rūpnieciskā elektronika un automatizācija,
dienasgaismas spuldzes,
Tekstilizstrādājumu ražošana
Gaisa sterilizācija
Medicīna, kosmetoloģija
rentgena starojums
Viļņa garums (m)
10 -12 - 10 -8
Frekvence Hz)
3∙10 16 - 3 · 10 20
Avots
Elektroniskā rentgena caurule (spriegums pie anoda - līdz 100 kV, katods - kvēldiegs, starojums - augstas enerģijas kvanti)
saules korona
Uztvērējs
Kameras rullis,
Dažu kristālu mirdzums
Atklājumu vēsture
V. Rentgens, R. Millikens
Pieteikums
Slimību diagnostika un ārstēšana (medicīnā), Defektoskopija (kontrole iekšējās struktūras, metināšanas šuves)
Gamma starojums
Viļņa garums (m)
3,8 · 10 -7 - 3∙10 -9
Frekvence Hz)
8∙10 14 - 10 17
Enerģija (EV)
9,03 10 3 – 1, 24 10 16 Ev
Avots
radioaktīvie atomu kodoli, kodolreakcijas, matērijas pārtapšanas procesi starojumā
Uztvērējs
skaitītāji
Atklājumu vēsture
Pols Viljards (1900)
Pieteikums
Defektoskopija
Procesu kontrole
Kodolprocesu izpēte
Terapija un diagnostika medicīnā
ELEKTROMAGNĒTISKO STAROJUMU VISPĀRĒJĀS ĪPAŠĪBAS
fiziskā daba
viss starojums ir vienāds
viss starojums izplatās
vakuumā ar tādu pašu ātrumu,
vienāds ar gaismas ātrumu
tiek atklāti visi starojumi
vispārējās viļņu īpašības
polarizācija
pārdomas
refrakcija
difrakcija
iejaukšanās
- Visa elektromagnētisko viļņu skala ir pierādījums tam, ka visam starojumam ir gan kvantu, gan viļņu īpašības.
- Kvantu un viļņu īpašības šajā gadījumā neizslēdz, bet papildina viena otru.
- Viļņu īpašības ir izteiktākas zemās frekvencēs un mazāk izteiktas augstās frekvencēs. Un otrādi, kvantu īpašības ir izteiktākas augstās frekvencēs un mazāk izteiktas zemās frekvencēs.
- Jo īsāks ir viļņa garums, jo izteiktākas ir kvantu īpašības, un jo garāks viļņa garums, jo izteiktākas ir viļņa īpašības.
- § 68 (lasīt)
- aizpildiet tabulas pēdējo kolonnu (EMP ietekme uz cilvēku)
- sagatavot ziņojumu par EMR lietošanu
Visi elektromagnētiskie lauki ko rada strauji kustīgi lādiņi. Stacionārs lādiņš rada tikai elektrostatisko lauku. Šajā gadījumā nav elektromagnētisko viļņu. Vienkāršākajā gadījumā starojuma avots ir lādēta daļiņa, kas svārstās. Jo elektriskie lādiņi var svārstīties ar jebkuru frekvenci, tad elektromagnētisko viļņu frekvenču spektrs ir neierobežots. Ar to elektromagnētiskie viļņi atšķiras no skaņas viļņiem. Šo viļņu klasifikāciju pēc frekvencēm (hercos) vai viļņu garumiem (metros) attēlo elektromagnētisko viļņu skala (1.10. att.). Lai gan viss spektrs ir sadalīts reģionos, robežas starp tiem ir iezīmētas nosacīti. Reģioni nepārtraukti seko viens pēc otra un dažos gadījumos pārklājas. Īpašību atšķirība kļūst pamanāma tikai tad, kad viļņu garumi atšķiras par vairākām kārtām.
Apskatīsim dažādu frekvenču diapazonu elektromagnētisko viļņu kvalitatīvos raksturlielumus un to ierosināšanas un reģistrēšanas metodes.
Radio viļņi. Viss elektromagnētiskais starojums, kura viļņa garums ir lielāks par pusmilimetru, attiecas uz radioviļņiem. Radioviļņi atbilst frekvenču diapazonam no 3 10 3 līdz 3 10 14 Hz. Piešķiriet garo viļņu reģionu vairāk nekā 1000 m, vidējs - no 1000 m līdz 100 m, īss - no 100 m līdz 10 m un ultrashort - mazāk par 10 m.
 |
Radioviļņi var izplatīties lielos attālumos Zemes atmosfērā, praktiski bez zaudējumiem. Viņi pārraida radio un televīzijas signālus. Radioviļņu izplatīšanos virs zemes virsmas ietekmē atmosfēras īpašības. Atmosfēras lomu nosaka klātbūtne tajā augšējie slāņi jonosfēra. Jonosfēra ir jonizēta augšējā daļa atmosfēra. Jonosfēras iezīme ir liela brīvi lādētu daļiņu - jonu un elektronu - koncentrācija. Jonosfēra visiem radioviļņiem, sākot no īpaši gariem (λ ≈ 10 4 m) uz īsu (λ ≈ 10 m) ir atstarojošs līdzeklis. Sakarā ar atstarošanu no Zemes jonosfēras, metru un kilometru radioviļņi tiek izmantoti apraidei un radio sakariem lielos attālumos, nodrošinot signālu pārraidi patvaļīgi lielos attālumos Zemes ietvaros. Tomēr mūsdienās šāda veida komunikācija kļūst par pagātni, pateicoties satelītsakaru attīstībai.
Decimetra diapazona viļņi nevar iet ap zemes virsmu, kas ierobežo to uztveršanas zonu līdz tiešās izplatīšanās zonai, kas ir atkarīga no antenas augstuma un raidītāja jaudas. Bet arī šajā gadījumā radioviļņu atstarotāju lomu, ko jonosfēra spēlē attiecībā pret metru viļņiem, pārņem satelītu retranslatori.
Radioviļņu diapazonu elektromagnētiskos viļņus izstaro radiostaciju antenas, kurās tiek ierosinātas elektromagnētiskās svārstības, izmantojot augstas un mikroviļņu frekvences ģeneratorus (1.11. att.).
Tomēr izņēmuma gadījumos radiofrekvenču viļņus var radīt mikroskopiskas lādiņu sistēmas, piemēram, elektroni atomos un molekulās. Tādējādi elektrons ūdeņraža atomā spēj izstarot elektromagnētisko viļņu ar garumu (tāds garums atbilst frekvencei Hz, kas pieder radiofrekvenču joslas mikroviļņu reģionam). Nesaistītā stāvoklī ūdeņraža atomi galvenokārt atrodas starpzvaigžņu gāzē. Turklāt katrs no tiem izstaro vidēji reizi 11 miljonos gadu. Tomēr kosmiskais starojums ir diezgan novērojams, jo diezgan daudz atomu ūdeņraža ir izkliedēts pasaules telpā.
Tas ir interesanti
Radioviļņus vāji absorbē vide, tāpēc Visuma izpēte radio diapazonā ir ļoti informatīva astronomiem. Kopš 40. gadiem. Divdesmitajā gadsimtā strauji attīstās radioastronomija, kuras uzdevums ir pētīt debess ķermeņus pēc to radioizstarošanas. Veiksmīgie starpplanētu kosmosa staciju lidojumi uz Mēnesi, Venēru un citām planētām ir pierādījuši mūsdienu radiotehnikas iespējas. Tātad signālus no nolaišanās transportlīdzekļa no planētas Veneras, līdz kuras attālums ir aptuveni 60 miljoni kilometru, zemes stacijas saņem 3,5 minūtes pēc to izbraukšanas.
500 km uz ziemeļiem no Sanfrancisko (Kalifornija) sāka darboties neparasts radioteleskops. Tās uzdevums ir meklēt ārpuszemes civilizācijas.
| Attēls ir ņemts no top.rbc.ru |
Allen Telescope Array (ATA) ir nosaukts Microsoft līdzdibinātāja Pola Allena vārdā, kurš tā izveidei iztērēja 25 miljonus dolāru. ATA šobrīd sastāv no 42 antenām ar diametru 6 m, taču šo skaitu plānots palielināt līdz 350.
ATA veidotāji cer uztvert signālus no citām dzīvām būtnēm Visumā līdz aptuveni 2025. gadam. Tāpat sagaidāms, ka teleskops palīdzēs savākt papildu datus par tādām parādībām kā supernovas, "melnie caurumi" un dažādi eksotiski astronomiskie objekti, eksistenci no kuriem teorētiski tiek prognozēts, bet praksē netika novērots.
Centru sadarbojas Kalifornijas universitātes Radioastronomijas laboratorija Bērklijā un SETI institūts, kas meklē ārpuszemes dzīvības formas. ATA tehniskās iespējas ievērojami uzlabo SETI spēju uztvert inteliģentas dzīves signālus.
Infrasarkanais starojums. Infrasarkanā starojuma diapazons atbilst viļņu garumiem no 1 mm līdz 7 10–7 m. Infrasarkanais starojums rodas no paātrinātas lādiņu kvantu kustības molekulās. Šī paātrinātā kustība notiek, kad molekula griežas un tās atomi vibrē.
| Rīsi. 1.12 |
Infrasarkano viļņu klātbūtni 1800. gadā atklāja Viljams Heršels. V. Heršels nejauši atklāja, ka viņa izmantotie termometri uzsilst aiz redzamā spektra sarkanā gala. Zinātnieks secināja, ka eksistē elektromagnētiskais starojums, kas turpina redzamā starojuma spektru aiz sarkanās gaismas. Viņš šo starojumu sauca par infrasarkano starojumu. To sauc arī par termisko, jo jebkurš sakarsēts ķermenis izstaro infrasarkanos starus, pat ja tas acij nespīd. Ir viegli sajust starojumu no karsta gludekļa pat tad, ja tas nav pietiekami karsts, lai spīdētu. Dzīvoklī esošie sildītāji izstaro infrasarkanos viļņus, izraisot jūtamu apkārtējo ķermeņu uzkaršanu (1.12. att.). Infrasarkanais starojums ir siltums, ko dažādās pakāpēs izdala visi sakarsušie ķermeņi (saule, uguns liesma, sakarsētas smiltis, kamīns).
 Rīsi. 1.13 |
Cilvēks infrasarkano starojumu izjūt tieši ar ādu – kā siltumu, kas izplūst no uguns vai karsta priekšmeta (1.13. att.). Dažiem dzīvniekiem (piemēram, odzēm) ir pat maņu orgāni, kas ļauj tiem noteikt siltasiņu upuri, izmantojot infrasarkano starojumu no tā ķermeņa. Cilvēks rada infrasarkano starojumu diapazonā no 6 mikrons līdz 10 mikrons. Molekulas, kas veido āda cilvēks, "rezonē" infrasarkanajās frekvencēs. Tāpēc pārsvarā tiek absorbēts infrasarkanais starojums, kas mūs sasilda.
Zemes atmosfēra pārraida ļoti mazu infrasarkanā starojuma daļu. To absorbē gaisa molekulas, un jo īpaši oglekļa dioksīda molekulas. Oglekļa dioksīds ir atbildīgs arī par siltumnīcas efektu, jo apsildāmā virsma izstaro siltumu, kas neatgriežas kosmosā. Kosmosā nav daudz oglekļa dioksīda, tāpēc siltuma stari ar nelieliem zudumiem iziet cauri putekļu mākoņiem.
Lai reģistrētu infrasarkano starojumu spektra apgabalā tuvu redzamajam (no l = 0,76 mikrons līdz 1.2 mikrons), izmantojot fotografēšanas metodi. Citos diapazonos tiek izmantoti termopāri, pusvadītāju bolometri, kas sastāv no pusvadītāju sloksnēm. Pusvadītāju pretestība, apgaismojot to ar infrasarkano starojumu, mainās, ko reģistrē parastajā veidā.
Tā kā lielākā daļa objektu uz Zemes virsmas izstaro enerģiju infrasarkanā viļņa garuma diapazonā, infrasarkanajiem detektoriem ir svarīga loma modernās tehnoloģijas atklāšana. Nakts redzamības ierīces ļauj atklāt ne tikai cilvēkus, bet arī iekārtas un konstrukcijas, kas dienā ir uzkarsušas un naktī izdala siltumu. vidi infrasarkano staru veidā. Infrasarkano staru detektorus plaši izmanto glābšanas dienesti, piemēram, lai atklātu dzīvus cilvēkus zem drupām pēc zemestrīcēm vai citām dabas katastrofām.
 Rīsi. 1.14 |
redzamā gaisma. Redzamo gaismu un ultravioletos starus rada elektronu vibrācijas atomos un jonos. Redzamā elektromagnētiskā starojuma spektra apgabals ir ļoti mazs, un tam ir robežas, ko nosaka cilvēka redzes orgāna īpašības. Redzamie gaismas viļņu garumi svārstās no 380 nm līdz 760 nm. Visas varavīksnes krāsas atbilst dažādiem viļņu garumiem, kas atrodas šajās ļoti šaurajās robežās. Radiāciju šaurā viļņu garuma diapazonā acs uztver kā vienkrāsainu, un kompleksais starojums, kas satur visus viļņu garumus, tiek uztverts kā balta gaisma (1.14. att.). Pamatkrāsām atbilstošie gaismas viļņu garumi ir parādīti 7.1. tabulā. Mainoties viļņa garumam, krāsas vienmērīgi pāriet viena otrā, veidojot daudzus starpkrāsas. Vidējā cilvēka acs sāk atšķirt krāsu atšķirības, kas atbilst viļņa garuma starpībai 2 nm.
 |
Lai atoms varētu izstarot, tam jāsaņem enerģija no ārpuses. Visbiežāk siltuma avoti gaisma: Saule, kvēlspuldzes, liesmas utt. Enerģiju, kas atomiem nepieciešama, lai izstarotu gaismu, var aizņemties arī no ne-termiskiem avotiem, piemēram, izlādi gāzē pavada mirdzums.
Vissvarīgākā redzamā starojuma īpašība, protams, ir tā redzamība cilvēka acij. Saules virsmas temperatūra, kas ir aptuveni 5000 °C, ir tāda, ka saules staru enerģijas maksimums krīt tieši uz spektra redzamo daļu, un vide ap mums lielākoties ir caurspīdīga šim starojumam. Tāpēc nav pārsteidzoši, ka cilvēka acs evolūcijas procesā tika veidota tā, lai uztvertu un atpazītu šo konkrēto elektromagnētisko viļņu spektra daļu.
Maksimālā acs jutība dienas redzē krīt uz viļņa garumu un atbilst dzeltenzaļajai gaismai. Šajā sakarā īpašam pārklājumam uz kameru un videokameru objektīviem jāielaiž iekārtā dzeltenzaļa gaisma un jāatstaro stari, kurus acs jūt vājāk. Tāpēc objektīva atspīdums mums šķiet sarkano un purpursarkano krāsu sajaukums.
Lielākā daļa svarīgiem veidiem elektromagnētisko viļņu reģistrēšana optiskajā diapazonā balstās uz viļņa pārnestās enerģijas plūsmas mērījumu. Šim nolūkam tiek izmantotas fotoelektriskās parādības (fotoelementi, fotopavairotāji), fotoķīmiskās parādības (fotoemulsija), termoelektriskās parādības (bolometri).
Ultravioletais starojums. Ultravioletie stari ietver elektromagnētisko starojumu ar viļņa garumu no vairākiem tūkstošiem līdz vairākiem atomu diametriem (390–10 nm). Šo starojumu 1802. gadā atklāja fiziķis I. Riters. Ultravioletajam starojumam ir vairāk enerģijas nekā redzamajai gaismai, tāpēc saules starojums ultravioletajā diapazonā kļūst bīstams cilvēka ķermenis. Ultravioletais starojums, kā jūs zināt, dāsni sūta mums Sauli. Bet, kā jau minēts, Saule visspēcīgāk izstaro redzamos staros. Turpretim karsti zilās zvaigznes ir spēcīgs ultravioletā starojuma avots. Tieši šis starojums silda un jonizē izstarojošos miglājus, tāpēc mēs tos redzam. Bet, tā kā ultravioleto starojumu viegli absorbē gāzveida vide, tas gandrīz nesasniedz mūs no attāliem Galaktikas un Visuma reģioniem, ja staru ceļā ir gāzu un putekļu barjeras.
 Rīsi. 1.15 |
Pamata dzīves pieredze, kas saistīti ar ultravioleto starojumu, mēs iegūstam vasarā, kad daudz laika pavadām saulē. Mūsu mati izdeg, un āda ir pārklāta ar saules apdegumiem un apdegumiem. Ikviens zina, cik tas ir izdevīgi saules gaisma par cilvēka garastāvokli un veselību. Ultravioletais starojums uzlabo asinsriti, elpošanu, muskuļu darbību, veicina vitamīnu veidošanos un noteiktu ādas slimību ārstēšanu, aktivizē imūnmehānismus, ienes možuma un laba garastāvokļa lādiņu (1.15. att.).
Cietais (īsviļņu) ultravioletais starojums, kas atbilst viļņu garumiem, kas atrodas blakus rentgenstaru diapazonam, ir kaitīgs bioloģiskajām šūnām, un tāpēc to jo īpaši izmanto medicīnā sterilizācijai. ķirurģiskie instrumenti Un medicīniskais aprīkojums, nogalinot visus mikroorganismus uz to virsmas.
 Rīsi. 1.16 |
Visu dzīvību uz Zemes no cietā ultravioletā starojuma kaitīgās ietekmes aizsargā zemes atmosfēras ozona slānis, kas absorbē b O lielākā daļa cieto ultravioleto staru saules starojuma spektrā (1.16. att.). Ja ne šis dabiskais vairogs, dzīvība uz Zemes diez vai būtu nonākusi sauszemē no okeānu ūdeņiem.
Ozona slānis veidojās stratosfērā 20 grādu augstumā km līdz 50 km. Zemes rotācijas rezultātā augstākais augstums ozona slānis - pie ekvatora, mazākais - pie poliem. Zemei tuvajā zonā virs polārajiem apgabaliem jau izveidojušies "caurumi", kas pēdējo 15 gadu laikā nepārtraukti pieaug. Progresīvās ozona slāņa iznīcināšanas rezultātā palielinās ultravioletā starojuma intensitāte uz Zemes virsmas.
Līdz viļņa garumam ultravioletos starus var pētīt ar tādām pašām eksperimentālām metodēm kā redzamos starus. Apgabalā, kurā viļņu garums ir mazāks par 180 nm ievērojamas grūtības rada tas, ka šos starus absorbē dažādas vielas, piemēram, stikls. Tāpēc ultravioletā starojuma izpētes iekārtās Nr parasts stikls, un kvarca vai mākslīgie kristāli. Tomēr šādam īsam ultravioletajam starojumam arī parastā spiediena gāzes (piemēram, gaiss) ir necaurspīdīgas. Tāpēc šāda starojuma pētīšanai tiek izmantotas spektrālās iekārtas, no kurām tiek izsūknēts gaiss (vakuuma spektrogrāfi).
Praksē ultravioletā starojuma reģistrāciju bieži veic, izmantojot fotoelektriskā starojuma detektorus. Ultravioletā starojuma, kura viļņa garums ir mazāks par 160, reģistrācija nm ražoti ar īpašiem skaitītājiem, kas līdzīgi Geigera-Mullera skaitītājiem.
Rentgena starojums. Radiāciju viļņa garumā no vairākiem atomu diametriem līdz vairākiem simtiem atoma kodola diametru sauc par rentgena stariem. Šo starojumu 1895. gadā atklāja V. Rentgens (Rentgens to nosauca X-sijas). 1901. gadā V. Rentgens pirmais no fiziķiem saņēma Nobela prēmija par viņa vārdā nosauktā starojuma atklāšanu. Šis starojums var rasties, bremzējot ar jebkuru šķērsli, t.sk. metāla elektrods, ātri elektroni šo elektronu kinētiskās enerģijas pārvēršanas rezultātā elektromagnētiskā starojuma enerģijā. Rentgenstaru iegūšanai tiek izmantotas īpašas elektrovakuuma ierīces - rentgenstaru lampas. Tie sastāv no vakuuma stikla korpusa, kurā katods un anods atrodas noteiktā attālumā viens no otra, savienoti ar augstsprieguma ķēdi. Starp katodu un anodu tiek izveidots spēcīgs spēks. elektriskais lauks, paātrinot elektronus enerģijā . Rentgenstari rodas, kad metāla anoda virsmu vakuumā bombardē ar liela ātruma elektroniem. Kad elektroni palēninās anoda materiālā, parādās bremsstrahlung, kam ir nepārtraukts spektrs. Turklāt elektronu bombardēšanas rezultātā tiek ierosināti materiāla atomi, no kura izgatavots anods. Atomu elektronu pāreju uz stāvokli ar zemāku enerģiju pavada raksturīga rentgena starojuma emisija, kuras frekvences nosaka anoda materiāls.
Rentgenstari brīvi iziet cauri cilvēka muskuļiem, iekļūst kartonā, kokā un citos gaismai necaurredzamos ķermeņos.
Tie izraisa vairāku vielu spīdumu. V. Rentgens ne tikai atklāja rentgenstaru starojumu, bet arī pētīja tā īpašības. Viņš atklāja, ka zema blīvuma materiāls ir caurspīdīgāks nekā materiāls ar augstu blīvumu. Rentgenstari iekļūst ķermeņa mīkstajos audos un tāpēc ir neaizstājami medicīniskajā diagnostikā. Noliekot roku starp rentgena avotu un ekrānu, var redzēt vāju rokas ēnu, uz kuras spilgti izceļas tumšākas kaulu ēnas (1.17. att.).
spēcīgas zibspuldzes uz Saules ir arī rentgenstaru avots (1.19. att.). Zemes atmosfēra ir lielisks vairogs rentgena stariem.
Astronomijā rentgena starus visbiežāk piemin sarunās par melnajiem caurumiem, neitronu zvaigznēm un pulsāriem. Satverot vielu tuvumā magnētiskie stabi zvaigznes izdala daudz enerģijas, kas izstaro rentgenstaru diapazonā.
Rentgenstaru reģistrēšanai tiek izmantotas tādas pašas fizikālās parādības kā ultravioletā starojuma izpētē. Galvenokārt tiek izmantotas fotoķīmiskās, fotoelektriskās un luminiscences metodes.
Gamma starojums– īsākā viļņa garuma elektromagnētiskais starojums, kura viļņu garums ir mazāks par 0,1 nm. Tas ir saistīts ar kodolprocesiem, radioaktīvās sabrukšanas parādībām, kas notiek ar noteiktām vielām gan uz Zemes, gan kosmosā.
Gamma stari ir kaitīgi dzīviem organismiem. Zemes atmosfēra nepārraida kosmisko gamma starojumu. Tas nodrošina visas dzīvības pastāvēšanu uz Zemes. Gamma starojumu reģistrē gamma starojuma detektori, scintilācijas skaitītāji.
Tādējādi dažādu diapazonu elektromagnētiskie viļņi ir saņēmuši dažādus nosaukumus un atklāj sevi pilnīgi atšķirīgās fizikālās parādībās. Šos viļņus izstaro dažādi vibratori, tiek reģistrēti dažādas metodes, bet viņiem ir tas pats elektromagnētiskā daba, izplatās vakuumā ar tādu pašu ātrumu, atklāj traucējumu un difrakcijas parādības. Ir divi galvenie elektromagnētiskā starojuma avotu veidi. Mikroskopiskos avotos uzlādētas daļiņas atomos vai molekulās pāriet no viena enerģijas līmeņa uz otru. Šāda veida radiatori izstaro gamma, rentgena, ultravioleto, redzamo un infrasarkano, atsevišķos gadījumos pat garāka viļņa starojumu.Otrā tipa avotus var saukt par makroskopiskiem. Tajos vadītāju brīvie elektroni veic sinhronas periodiskas svārstības. elektriskā sistēma var būt dažādas konfigurācijas un izmēri. Jāuzsver, ka, mainoties viļņa garumam, rodas arī kvalitatīvas atšķirības: stari ar īsu viļņa garumu kopā ar viļņu īpašībām skaidrāk uzrāda korpuskulārās (kvantu) īpašības.
©2015-2019 vietne
Visas tiesības pieder to autoriem. Šī vietne nepretendē uz autorību, bet nodrošina bezmaksas izmantošanu.
Lapas izveides datums: 2016-02-16
Tēma: “Starojuma veidi. Gaismas avoti. Elektromagnētisko viļņu mērogs.
Mērķis: noteikt kopīgās īpašības un atšķirības par tēmu "Elektromagnētiskais starojums"; salīdzināt dažādus starojuma veidus.
Aprīkojums: prezentācija "Elektromagnētisko viļņu mērogs".
Nodarbību laikā.
I. Organizatoriskais moments.
II. Zināšanu atjaunināšana.
Frontāla saruna.
Kāds vilnis ir gaisma? Kas ir saskaņotība? Kādus viļņus sauc par koherentiem? Ko sauc par viļņu traucējumiem, un kādos apstākļos šī parādība notiek? Kāda ir ceļa atšķirība? Optiskā ceļojuma atšķirība? Kā tiek rakstīti traucējumu maksimumu un minimumu veidošanās nosacījumi? Interferences izmantošana tehnoloģijās. Kāda ir gaismas difrakcija? Noformulēt Huygens principu; Huygens-Fresnel princips. Nosauciet difrakcijas modeļus no dažādiem šķēršļiem. Kas ir difrakcijas režģis? Kur izmanto difrakcijas režģi? Kas ir gaismas polarizācija? Kam tiek izmantoti polaroīdi?
III. Jauna materiāla apgūšana.
Visums ir elektromagnētiskā starojuma okeāns. Cilvēki tajā lielākoties dzīvo, nepamanot viļņus, kas iekļūst apkārtējā telpā. Sildoties pie kamīna vai aizdedzot sveci, cilvēks piespiež darboties šo viļņu avotam, nedomājot par to īpašībām. Taču zināšanas ir spēks: atklājusi elektromagnētiskā starojuma būtību, cilvēce 20. gadsimtā apguva un nodeva savā rīcībā visdažādākos tā veidus.
Mēs zinām, ka elektromagnētisko viļņu garums ir ļoti atšķirīgs. Gaisma ir nenozīmīga daļa no plašā elektromagnētisko viļņu spektra. Izpētot šo nelielo spektra daļu, tika atklāti citi starojumi ar neparastām īpašībām. Ir ierasts atšķirt zemfrekvences starojumu, radio starojumu, infrasarkano staru, redzamo gaismu, ultravioleto staru, rentgena starojumu un z-starojumu.
Patiesībā jau vairāk nekā simts gadus XIX sākums gadsimtā turpinājās arvien jaunu un jaunu viļņu atklāšana. Viļņu vienotību pierādīja Maksvela teorija. Pirms viņa daudzi viļņi tika uzskatīti par parādībām dažāda daba. Apsveriet elektromagnētisko viļņu skalu, kas ir sadalīta diapazonos pēc frekvences, bet arī pēc starojuma metodes. Starp atsevišķiem elektromagnētisko viļņu diapazoniem nav stingru robežu. Diapazonu robežās viļņa veidu nosaka atbilstoši tā starojuma metodei, t.i., vienā vai otrā gadījumā elektromagnētisko vilni var attiecināt uz to pašu frekvenci. dažāda veida viļņi. Piemēram, starojumu ar viļņa garumu 100 mikroni var saukt par radioviļņiem vai infrasarkanajiem viļņiem. Izņēmums ir redzamā gaisma.
Radiācijas veidi.
starojuma veids | viļņa garums, frekvence | avoti | īpašības | pieteikumu | izplatīšanās ātrums vakuumā |
zema frekvence | 0 līdz 2104 Hz no 1,5 104 līdz ∞ m. | ģeneratori. | Atspīdums, absorbcija, refrakcija. | Tos izmanto metālu kausēšanai un sacietēšanai. | |
radio viļņi | maiņstrāva. radiofrekvenču ģenerators, zvaigznes, tostarp Saule, galaktikas un metagalaktikas. |
iejaukšanās, difrakcija. | Lai pārraidītu informāciju dažādos attālumos. Tiek pārraidīta runa, mūzika (apraide), telegrāfa signāli (radio sakari), dažādu objektu attēli (radars). | ||
infrasarkanais | 3*1011- 3,85*1014 Hz. 780 nm - 1 mm. | Molekulu un atomu starojums termiskās un elektriskās ietekmēs. Spēcīgs infrasarkanā starojuma avots - Saule | atstarošana, absorbcija, refrakcija, iejaukšanās, difrakcija. | ||
3,85 1014-7,89 1014 Hz | Valences elektroni atomos un molekulās, kas maina savu pozīciju telpā, kā arī brīvie lādiņi, kas pārvietojas ar paātrinātu ātrumu. | atstarošana, absorbcija, refrakcija, iejaukšanās, difrakcija. | Oglekļa dioksīda absorbcija augos fotosintēzes procesa un skābekļa izdalīšanās rezultātā veicina bioloģiskās dzīves uzturēšanu uz Zemes. Redzamais starojums tiek izmantots arī dažādu objektu apgaismošanai. | ||
ultravioletais | 0,2 µm līdz 0,38 µm 8*1014-3*1016Hz | atomu un molekulu valences elektroni, arī paātrināja kustīgos brīvos lādiņus. Izlādes spuldzes ar kvarca caurulēm (kvarca lampas) Cietvielas ar T> 1000 ° C, kā arī gaismas dzīvsudraba tvaiki. Augstas temperatūras plazma. | Augsta ķīmiskā aktivitāte (sudraba hlorīda sadalīšanās, cinka sulfīda kristālu mirdzums), neredzams, ar lielu iespiešanās spēku, iznīcina mikroorganismus, mazās devās labvēlīgi iedarbojas uz cilvēka organismu (saules apdegums), bet lielās devās ir negatīva bioloģiska ietekme: izmaiņas šūnu attīstībā un vielmaiņas vielām, kas iedarbojas uz acīm. | Medicīna. Lumines centu lampas. Kriminālistika (saskaņā ar atklāt viltojumi dokumenti). Mākslas vēsture (ar ultravioletie stari Var būt atrasts attēlos acij neredzamas atjaunošanas pēdas) | |
rentgens | 10-12- 10-8 m (frekvence 3*1016-3-1020 Hz | Daži radioaktīvie izotopi, elektronu uzglabāšanas sinhrotroni. Rentgenstaru dabiskie avoti ir Saule un citi kosmosa objekti | Augsta iespiešanās jauda. atstarošana, absorbcija, refrakcija, iejaukšanās, difrakcija. | Rentgena struktūra - analīze, medicīna, kriminoloģija, mākslas vēsture. | |
Gamma starojums | Kodolprocesi. | atstarošana, absorbcija, refrakcija, iejaukšanās, difrakcija. | Kodolprocesu izpētē, defektu noteikšanā. |
Līdzības un atšķirības.
Elektromagnētisko viļņu vispārīgās īpašības un raksturlielumi.
Īpašības | Raksturlielumi |
Izplatība telpā laika gaitā | Elektromagnētisko viļņu ātrums vakuumā ir nemainīgs un vienāds ar aptuveni 300 000 km/s |
Visus viļņus absorbē matērija | Dažādi absorbcijas koeficienti |
Visi viļņi divu datu nesēju saskarnē ir daļēji atspoguļoti, daļēji lauzti. | Atstarošanas un laušanas likumi. Atstarošanas koeficienti dažādiem medijiem un dažādiem viļņiem. |
Visam elektromagnētiskajam starojumam piemīt viļņu īpašības: tie summējas, apved šķēršļus. Vienā un tajā pašā telpas reģionā vienlaikus var pastāvēt vairāki viļņi | Superpozīcijas princips. Sakarīgiem avotiem – maksimumu noteikšanas noteikumi. Huygens-Fresnel princips. Viļņi nesadarbojas viens ar otru |
Kompleksie elektromagnētiskie viļņi, mijiedarbojoties ar vielu, sadalās spektrā - dispersijā. | Vides refrakcijas indeksa atkarība no viļņa frekvences. Viļņa ātrums vielā ir atkarīgs no vides refrakcijas indeksa v = c/n |
Dažādas intensitātes viļņi | Radiācijas plūsmas blīvums |
Samazinoties viļņa garumam kvantitatīvās atšķirības viļņu garumos rada būtiskas kvalitatīvas atšķirības. Dažādu viļņu garumu starojums savā starpā ļoti atšķiras pēc to absorbcijas vielā. Īsviļņu starojums tiek absorbēts vāji. Vielas, kas ir necaurredzamas optiskajam viļņu garumam, ir caurspīdīgas šim starojumam. Elektromagnētisko viļņu atstarošanas koeficients ir atkarīgs arī no viļņa garuma. Bet galvenā atšķirība starp garo viļņu un īsviļņu starojumu ir tā, ka īsviļņu starojums atklāj daļiņu īpašības.
1 Zemas frekvences starojums
Zemfrekvences starojums notiek frekvenču diapazonā no 0 līdz 2104 Hz. Šis starojums atbilst viļņa garumam no 1,5 104 līdz ∞ m. Šādu relatīvi zemu frekvenču starojumu var neņemt vērā. Zemfrekvences starojuma avots ir ģeneratori. Tos izmanto metālu kausēšanai un sacietēšanai.
2 Radio viļņi
Radioviļņi aizņem frekvenču diapazonu 2 * 104-109 Hz. Tie atbilst viļņa garumam 0,3-1,5 * 104 m Radioviļņu, kā arī zemfrekvences starojuma avots ir maiņstrāva. Arī avots ir radiofrekvenču ģenerators, zvaigznes, tostarp Saule, galaktikas un metagalaktikas. Indikatori ir Hertz vibrators, svārstību ķēde.
Radioviļņu augstā frekvence, salīdzinot ar zemfrekvences starojumu, rada ievērojamu radioviļņu starojumu kosmosā. Tas ļauj tos izmantot informācijas pārsūtīšanai dažādos attālumos. Tiek pārraidīta runa, mūzika (apraide), telegrāfa signāli (radio sakari), dažādu objektu attēli (radars). Radioviļņus izmanto, lai pētītu vielas struktūru un vides īpašības, kurā tie izplatās. Kosmosa objektu radio emisijas izpēte ir radioastronomijas priekšmets. Radiometeoroloģijā procesi tiek pētīti atbilstoši uztverto viļņu īpašībām.
3 infrasarkanais (IR)
Infrasarkanais starojums aizņem frekvenču diapazonu 3 * 1011 - 3,85 * 1014 Hz. Tie atbilst viļņa garumam 780nm -1mm. Infrasarkano starojumu 1800. gadā atklāja astronoms Viljams Heršls. Pētot termometra temperatūras paaugstināšanos, ko uzsilda ar redzamo gaismu, Heršels atklāja, ka termometra vislielākā sasilšana ir ārpus redzamās gaismas apgabala (ārpus sarkanā apgabala). Neredzamo starojumu, ņemot vērā tā vietu spektrā, sauca par infrasarkano starojumu. Infrasarkanā starojuma avots ir molekulu un atomu starojums termiskās un elektriskās ietekmēs. Spēcīgs infrasarkanā starojuma avots ir Saule, aptuveni 50% no tās starojuma atrodas infrasarkanajā reģionā. Infrasarkanais starojums veido ievērojamu daļu (no 70 līdz 80%) no starojuma enerģijas kvēlspuldzēm ar volframa pavedienu. Infrasarkano starojumu izstaro elektriskā loka un dažādas gāzizlādes lampas. Dažu lāzeru starojums atrodas spektra infrasarkanajā reģionā. Infrasarkanā starojuma indikatori ir foto un termistori, īpašas fotoemulsijas. Infrasarkanais starojums tiek izmantots koksnes, pārtikas produktu un dažādu krāsu un laku pārklājumu žāvēšanai (infrasarkanā apkure), signalizācijai sliktas redzamības gadījumā, dod iespēju izmantot optiskās ierīces, kas ļauj redzēt tumsā, kā arī ar tālvadības pulti kontrole. Infrasarkanie stari tiek izmantoti, lai mērķētu lādiņus un raķetes, lai atklātu maskētu ienaidnieku. Šie stari ļauj noteikt temperatūru atšķirības atsevišķos planētu virsmas posmos, vielas molekulu struktūras iezīmes (spektrālā analīze). Infrasarkano fotogrāfiju izmanto bioloģijā augu slimību izpētē, medicīnā ādas un asinsvadu slimību diagnostikā, tiesu medicīnā viltojumu atklāšanā. Saskaroties ar cilvēku, tas izraisa cilvēka ķermeņa temperatūras paaugstināšanos.
Redzamais starojums (gaisma)
Redzamais starojums ir vienīgais elektromagnētisko viļņu diapazons, ko uztver cilvēka acs. Gaismas viļņi aizņem diezgan šauru diapazonu: 380-780 nm (ν = 3,85 1014-7,89 1014 Hz). Redzamā starojuma avots ir valences elektroni atomos un molekulās, kas maina savu pozīciju telpā, kā arī brīvie lādiņi, kas pārvietojas ar paātrinātu ātrumu. Šī spektra daļa sniedz cilvēkam maksimālu informāciju par apkārtējo pasauli. Pēc fizikālajām īpašībām tas ir līdzīgs citiem spektra diapazoniem, jo ir tikai neliela daļa no elektromagnētisko viļņu spektra. Starojumam ar dažādu viļņu garumu (frekvences) redzamajā diapazonā ir atšķirīga fizioloģiska ietekme uz cilvēka acs tīkleni, izraisot psiholoģisku gaismas sajūtu. Krāsa nav elektromagnētiskā gaismas viļņa īpašība pati par sevi, bet gan cilvēka fizioloģiskās sistēmas elektroķīmiskās darbības izpausme: acis, nervi, smadzenes. Cilvēka acs redzamajā diapazonā (augošā secībā pēc starojuma biežuma) var atšķirt aptuveni septiņas pamatkrāsas: sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, zila, indigo, violeta. Atcerēties spektra pamatkrāsu secību atvieglo frāze, kuras katrs vārds sākas ar pamatkrāsas nosaukuma pirmo burtu: "Katrs mednieks vēlas zināt, kur sēž fazāns." Redzamais starojums var ietekmēt ķīmisko reakciju norisi augos (fotosintēze) un dzīvnieku un cilvēku organismos. Redzamu starojumu izdala atsevišķi kukaiņi (ugunspuķes) un dažas dziļjūras zivis ķīmisko reakciju rezultātā organismā. Oglekļa dioksīda absorbcija augos fotosintēzes procesa rezultātā, skābekļa izdalīšanās, veicina bioloģiskās dzīves uzturēšanu uz Zemes. Redzamais starojums tiek izmantots arī dažādu objektu apgaismošanai.
Gaisma ir dzīvības avots uz Zemes un tajā pašā laikā mūsu priekšstatu par apkārtējo pasauli avots.
5. Ultravioletais starojums
Ultravioletais starojums, acij neredzams elektromagnētiskais starojums, kas aizņem spektrālo apgabalu starp redzamo un rentgena starojumu viļņu garumā 10 - 380 nm (ν = 8 * 1014-3 * 1016 Hz). Ultravioleto starojumu 1801. gadā atklāja vācu zinātnieks Johans Riters. Pētot sudraba hlorīda melnēšanu redzamās gaismas ietekmē, Riters atklāja, ka sudrabs vēl efektīvāk melnējas reģionā aiz violetā spektra gala, kur nav redzama starojuma. Neredzamo starojumu, kas izraisīja šo melnošanos, sauca par ultravioleto. Ultravioletā starojuma avots ir atomu un molekulu valences elektroni, kā arī paātrināti kustīgi brīvie lādiņi. Cieto vielu starojums, kas uzkarsēts līdz -3000 K temperatūrai, satur ievērojamu daļu nepārtraukta spektra ultravioletā starojuma, kura intensitāte palielinās, palielinoties temperatūrai. Spēcīgāks ultravioletā starojuma avots ir jebkura augstas temperatūras plazma. Dažādiem ultravioletā starojuma pielietojumiem tiek izmantotas dzīvsudraba, ksenona un citas gāzizlādes spuldzes. Dabiski ultravioletā starojuma avoti - Saule, zvaigznes, miglāji un citi kosmosa objekti. Taču tikai to starojuma garā viļņa garuma daļa (λ>290 nm) sasniedz zemes virsmu. Ultravioletā starojuma reģistrēšanai pie λ = 230 nm tiek izmantoti parastie fotomateriāli, īsāka viļņa garuma zonā pret to ir jutīgi īpaši zema želatīna fotoslāņi. Tiek izmantoti fotoelektriskie uztvērēji, kas izmanto ultravioletā starojuma spēju izraisīt jonizāciju un fotoelektrisko efektu: fotodiodes, jonizācijas kameras, fotonu skaitītājus, fotopavairotājus.
Nelielās devās ultravioletais starojums labvēlīgi, ārstnieciski iedarbojas uz cilvēku, aktivizējot D vitamīna sintēzi organismā, kā arī izraisot saules apdegumus. Liela ultravioletā starojuma deva var izraisīt ādas apdegumus un vēža veidojumus (80% izārstējami). Turklāt pārmērīgs ultravioletais starojums vājina organisma imūnsistēmu, veicinot noteiktu slimību attīstību. Ultravioletajam starojumam ir arī baktericīda iedarbība: patogēnās baktērijas šī starojuma ietekmē iet bojā.
Ultravioleto starojumu izmanto dienasgaismas spuldzēs, kriminālistikā (no attēliem tiek konstatēts dokumentu viltojums), mākslas vēsturē (ar ultravioleto staru palīdzību gleznās var konstatēt acij neredzamas restaurācijas pēdas). Logu stikls praktiski nepārlaiž ultravioleto starojumu, jo to absorbē dzelzs oksīds, kas ir stikla sastāvdaļa. Šī iemesla dēļ pat karstā saulainā dienā jūs nevarat sauļoties telpā ar aizvērtu logu. Cilvēka acs neredz ultravioleto starojumu, jo acs radzene un acs lēca absorbē ultravioleto starojumu. Daži dzīvnieki var redzēt ultravioleto starojumu. Piemēram, balodis Saule vada pat mākoņainā laikā.
6. Rentgenstari
Rentgena starojums ir elektromagnētiskais jonizējošais starojums, kas aizņem spektrālo apgabalu starp gamma un ultravioleto starojumu viļņu garumā no 10-12-10-8 m (frekvence 3 * 1016-3-1020 Hz). Rentgena starojumu 1895. gadā atklāja vācu fiziķis. Visizplatītākais rentgenstaru avots ir rentgenstaru caurule, kurā elektriskā lauka paātrināti elektroni bombardē metāla anodu. Rentgenstarus var iegūt, bombardējot mērķi ar augstas enerģijas joniem. Daži radioaktīvie izotopi un elektronu uzglabāšanas sinhrotroni var kalpot arī kā rentgenstaru avoti. Rentgenstaru dabiskie avoti ir Saule un citi kosmosa objekti
Objektu attēlus rentgena staros iegūst uz īpašas rentgena plēves. Rentgena starojumu var reģistrēt, izmantojot jonizācijas kameru, scintilācijas skaitītāju, sekundāros elektronu vai kanālu elektronu pavairotājus, mikrokanālu plāksnes. Pateicoties augstajai iespiešanās spējai, rentgenstari tiek izmantoti rentgenstaru difrakcijas analīzē (kristāla režģa struktūras izpēte), molekulu struktūras izpētē, defektu noteikšanā paraugos, medicīnā (X -stari, fluorogrāfija, vēža ārstēšana), defektu noteikšanā (lējumu, sliežu defektu noteikšana), mākslas vēsturē (seno gleznu atklāšana, kas paslēpta zem vēlīnās glezniecības slāņa), astronomijā (pētot rentgenstaru avotus) un tiesu medicīnas zinātnē. Liela rentgena starojuma deva izraisa apdegumus un izmaiņas cilvēka asins struktūrā. Rentgenstaru uztvērēju izveide un izvietošana kosmosa stacijās ļāva noteikt simtiem zvaigžņu, kā arī supernovu un veselu galaktiku čaulas rentgena starojumu.
7. Gamma starojums (γ — stari)
Gamma starojums - īsviļņu elektromagnētiskais starojums, kas aizņem visu frekvenču diapazonu ν> Z * 1020 Hz, kas atbilst viļņu garumiem λ<10-12 м. Гамма излучение было открыто французским ученым Полем Вилларом в 1900 году. Изучая излучение радия в сильном магнитном поле, Виллар обнаружил коротковолновое электромагнитное излучение, не отклоняющееся, как и свет, магнитным полем. Оно было названо Iгамма излучением. Гамма излучение связано с ядерными процессами, явлениями радиоактивного распада, происходящими с некоторыми веществами, как на Земле, так и в космосе. Гамма излучение можно регистрировать с помощью ионизационных и пузырьковых камер, а также с помощью специальных фотоэмульсий. Используются при исследовании ядерных процессов, в дефектоскопии. Гамма излучение отрицательно воздействует на человека.
IV. Izpētītā materiāla konsolidācija.
Zemfrekvences starojums, radioviļņi, infrasarkanais starojums, redzamais starojums, ultravioletais starojums, rentgenstari, γ-stari ir dažāda veida elektromagnētiskais starojums.
Ja jūs garīgi sadalāt šos veidus pieaugošās frekvences vai viļņa garuma samazināšanās ziņā, jūs iegūstat plašu nepārtrauktu spektru - elektromagnētiskā starojuma skalu (skolotājs parāda skalu). Elektromagnētiskā starojuma sadalījums diapazonos ir nosacīts. Starp reģioniem nav skaidras robežas. Reģionu nosaukumi ir veidojušies vēsturiski, tie kalpo tikai kā ērts starojuma avotu klasifikācijas līdzeklis.
Visiem elektromagnētiskā starojuma skalas diapazoniem ir kopīgas īpašības:
- Visa starojuma fizikālā būtība ir vienāda.Viss starojums izplatās vakuumā ar tādu pašu ātrumu, kas vienāds ar 3 * 108 m/s.Visam starojumam ir kopīgas viļņu īpašības (atstarošana, refrakcija, traucējumi, difrakcija, polarizācija).
A). Pabeidziet uzdevumus, lai noteiktu starojuma veidu un tā fizisko raksturu.
1. Vai malkas dedzināšana izstaro elektromagnētiskos viļņus? Nedegošs? (Emit. Dedzinoši - infrasarkanie un redzamie stari, un nedegošie - infrasarkanie).
2. Ar ko izskaidrojama sniega baltā krāsa, sodrēju melnā krāsa, lapu zaļā krāsa, papīra sarkanā krāsa? (Sniegs atstaro visus viļņus, sodrēji visu absorbē, lapas atspīd zaļas, papīrs sarkans).
3. Kādu lomu dzīvē uz Zemes spēlē atmosfēra? (UV aizsardzība).
4. Kāpēc tumšs stikls aizsargā metinātāja acis? (Stikls nelaiž cauri ultravioleto gaismu, bet tumšais stikls un spilgti redzamais liesmas starojums, kas rodas metināšanas laikā).
5. Kad satelīti vai kosmosa kuģi iziet cauri atmosfēras jonizētajiem slāņiem, tie kļūst par rentgenstaru avotiem. Kāpēc? (Atmosfērā ātri kustīgi elektroni ietriecas kustīgu objektu sienās, un rodas rentgena stari.)
6. Kas ir mikroviļņu starojums un kur to izmanto? (Super augstas frekvences starojums, mikroviļņu krāsnis).
B). Pārbaudes pārbaude.
1. Infrasarkanajam starojumam ir viļņa garums:
A. Mazāks par 4 * 10–7 m. B. Vairāk nekā 7,6 * 10–7 m C. Mazāks par 10–8 m
2. Ultravioletais starojums:
A. Rodas strauja ātru elektronu palēninājuma laikā.
B. Intensīvi izstaro līdz augstai temperatūrai uzkarsēti ķermeņi.
B. Izstaro jebkurš sakarsis ķermenis.
3. Kāds ir redzamā starojuma viļņu garuma diapazons?
A. 4*10-7- 7,5*10-7 m. B. 4*10-7- 7,5*10-7 cm C. 4*10-7- 7,5*10-7 mm .
4. Lielākā piespēļu spēja ir:
A. Redzamais starojums B. Ultravioletais starojums C. Rentgena starojums
5. Objekta attēlu tumsā iegūst, izmantojot:
A. Ultravioletais starojums. B. Rentgena starojums.
B. Infrasarkanais starojums.
6. Kurš pirmais atklāja γ-starojumu?
A. Rentgens B. Villārs V. Heršels
7. Cik ātri izplatās infrasarkanais starojums?
A. Vairāk nekā 3*108 m/s B. Mazāk par 3*10 8 m/s C. 3*108 m/s
8. Rentgena starojums:
A. Rodas strauja ātru elektronu palēninājuma laikā
B. Izstaro līdz augstā temperatūrā uzkarsētas cietās vielas
B. Izstaro jebkurš sakarsis ķermenis
9. Kādu starojumu izmanto medicīnā?
Infrasarkanais starojums Ultravioletais starojums Redzamais starojums Rentgena starojums
A. 1.2.4 B. 1.3 C. Viss starojums
10. Parastais stikls praktiski nelaiž cauri:
A. Redzamais starojums. B. Ultravioletais starojums. C. Infrasarkanais starojums Pareizās atbildes: 1(B); 2 (B); 3(A); 4(B); 5(B); 6(B); 7(B); 8(A); 9(A); 10(B).
Vērtēšanas skala: 5 - 9-10 uzdevumi; 4 - 7-8 uzdevumi; 3 - 5-6 uzdevumi.
IV. Nodarbības kopsavilkums.
V. Mājas darbs: §80,86.