Диапазоны электромагнитных волн таблица

Видимая область

Прогнозируемые длины волн обертонов и комбинированные полосы жидкой воды в видимой области
ν 1 , ν 3 ν 2 длина волны / нм
4 742
4 1 662
5 605
5 1 550
6 514
6 1 474
7 449
7 1 418
8 401
8 1 376

для 200 нм и 900 нм почти равны при 6,9 м -1 ( длина затухания 14,5 см). Очень слабое поглощение света в видимой области жидкой водой было измерено с помощью измерителя поглощения интегрирующей полости (ICAM). Поглощение было отнесено к последовательности обертоновых и комбинированных полос, интенсивность которых уменьшается на каждом шаге, приводя к абсолютному минимуму на 418 нм, на этой длине волны коэффициент затухания составляет примерно 0,0044 м -1 , что составляет длину затухания примерно 227. метров. Эти значения соответствуют чистому поглощению без эффектов рассеяния. Затухание, например, лазерного луча будет немного сильнее.

Спектр поглощения видимого света чистой воды ( от длины волны)

опухать

Инфракрасная лампа для медицинских целей

Поскольку человеческие терморецепторы реагируют на часть инфракрасного спектра, инфракрасное излучение часто приравнивают к тепловому излучению . Это правильно: микроволны, видимый свет и весь электромагнитный спектральный диапазон способствуют повышению температуры независимо от восприятия. Широкополосные источники ИК-излучения ( например, лампы накаливания и лучистые обогреватели ) также являются тепловыми излучателями. Для специальных приложений были разработаны различные инфракрасные излучатели , например, Globar и Nernst pen .

Индивидуальные доказательства

  1. Gerthsen Physics . 22-е, полностью переработанное издание. Springer, Berlin et al. 2004 г., ISBN 3-540-02622-3 , с. 177.
  2. Кеннет Р. Фостер, Майкл Х. Репачоли : Биологические эффекты радиочастотных полей: имеет ли значение модуляция? В кн . : Радиационные исследования. Vol. 162, No. 2, 2004, pp. 219-225, JSTOR .
  3. Хенрик Бор, Сорен Брунак, Якоб Бор: Молекулярные резонансы выкручивания в цепных молекулах. В кн . : Биоэлектромагнетизм. Vol. 18, No. 2, 1997, pp. 187-189, DOI : .
  4. Вальтер Хоппе, Вольфганг Ломанн, Хуберт Маркл , Хуберт Циглер (ред.): Biophysik. 2-е, полностью переработанное издание. Springer, Berlin et al. 1982, ISBN 3-540-11335-5 .
  5. Райнхард Вандтнер: Первые свидетельства на животных: инфракрасное излучение при ловле добычи
  6. М. Гуарнери: Две тысячи лет света: долгий путь к волнам Максвелла . В: Журнал промышленной электроники IEEE . 9, № 2, 2015, с. 54–56 + 60. DOI : .
  7. Подробнее о кристаллооптике ( двулучепреломлении и др.) В: W. Döring, Göschen-Bändchen zur Theoretischen Physik, том «Optik».

Диапазон электромагнитных волн

Вокруг нас сложный мир электромагнитных волн различных частот: излучения мониторов компьютеров, сотовых телефонов, микроволновых печей, телевизоров и др. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн на шесть основных диапазонов.

Радиоволны — это электромагнитные волны (с длиной волны от 10000 м до 0,005 м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

Электромагнитные излучения с длиной волны, от 0,005 м до 1 мкм, т.е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением. Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела. Источником инфракрасного излучения служат печи, батареи, электрические лампы накаливания. С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

К видимому свету относят излучения с длиной волны примерно 770 нм до 380 нм, от красного до фиолетового цвета. Значение этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.

Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны меньше, чем у фиолетового цвета, называют ультрафиолетовым излучением. Оно способно убивать болезнетворные бактерии.

Рентгеновское излучение невидимо глазом. Оно проходит без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света, что используют для диагностики заболеваний внутренних органов.

Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

Влияние электромагнитных волн на здоровье человека

Измерение влияния эмв на человека – это обязанность ученых. Но не нужно быть специалистом, чтобы оценить интенсивность ионизирующего излучения – оно провоцирует изменения на уровне ДНК человека, что влечет за собой такие серьезные заболевания как онкология.

Не зря пагубное воздействие катастрофы ЧАЭС считается одной самых опасных для природы. Несколько квадратных километров некогда красивой территории стали зоной полного отчуждения. До конца века взрыв на ЧАЭС представляет опасность, пока не закончится полураспад радионуклидов.

Некоторые типы эмв (радио, инфракрасные, ультрафиолет) не наносят человеку сильного вреда и представляют собой лишь дискомфорт. Ведь магнитное поле земли нами практически не ощущается, а вот эмв от мобильного телефона может вызвать головную боль (воздействие на нервную систему).

Для того чтобы обезопасить здоровье от электромагнетизма, следует просто использовать меры разумной предосторожности. Вместо сотен часов за компьютерной игрой выйти погулять

Измерение оптической плотности

Если нет других указаний в фармакопейной статье, измерение оптической плотности проводят при указанной длине волны с использованием кювет с толщиной слоя 1 см и при температуре (20 ± 1) °С по сравнению с тем же растворителем или той же смесью растворителей, в которой растворено вещество. При измерении оптической плотности раствора при данной длине волны оптическая плотность кюветы с растворителем, измеренная против воздуха при той же длине волны, не должна превышать 0,9 и, желательно, чтобы она была не менее 0,2.

Спектр поглощения представляют таким образом, чтобы оптическая плотность или ее некоторая функция были приведены по оси ординат, а длина волны или некоторая функция длины волны – по оси абсцисс.

Если в фармакопейной статье для максимума поглощения указывается только одна длина волны, то это означает, что полученное значение максимума не должно отличаться от указанного более чем на ± 2 нм.

Подводная связь

Земля диполь антенна используется для передачи ELF волны, похожие на антенны ВМС США Clam Lake, показывая , как это работает. Он функционирует как огромная рамочная антенна , в которой переменный ток I от передатчика P проходит по воздушной линии передачи, затем глубоко в земле от одного заземляющего соединения G к другому, а затем по другой линии передачи обратно к передатчику. Это создает переменное магнитное поле H, которое излучает волны СНЧ. Для наглядности переменный ток показан протекающим только в одном направлении через контур.

Поскольку радиоволны СНЧ могут проникать глубоко в морскую воду, на рабочие глубины подводных лодок, несколько стран построили военно-морские передатчики СНЧ для связи со своими подводными лодками во время погружения. Китай недавно построил крупнейший в мире объект ELF размером примерно с Нью-Йорк , чтобы поддерживать связь со своими подводными лодками, не требуя от них всплытия. В 1982 году ВМС США построили первый подводный объект связи ELF, два спаренных передатчика СНЧ в Клэм-Лейк, штат Висконсин, и в республике, штат Мичиган . Они были остановлены в 2004 году. ВМФ России эксплуатирует передатчик СНЧ под названием ЗЕВС (Зевс) в Мурманске на Кольском полуострове . ВМС Индии имеет средства связи ELF на INS Kattabomman военно — морской базы для связи с Arihant класса и класса Акула подводных лодок.

Объяснение

Из — за его электропроводность , морская воду щитов подводных лодки от большинства высших частот радиоволн, что делает радиосвязь с погруженными подводными лодками на обычных частотах невозможно. Однако сигналы в частотном диапазоне СНЧ могут проникать гораздо глубже. Два фактора ограничивают полезность каналов связи СНЧ: низкая скорость передачи данных в несколько символов в минуту и, в меньшей степени, односторонний характер из-за непрактичности установки антенны необходимого размера на подводной лодке ( антенна должна быть исключительного размера для обеспечения успешной связи). Как правило, сигналы СНЧ использовались, чтобы приказать подводной лодке подняться на небольшую глубину, где она могла бы получить какую-либо другую форму связи.

Трудности общения в формате ELF

Одной из трудностей, возникающих при вещании в диапазоне частот КНЧ, является размер антенны , поскольку длина антенны должна составлять, по крайней мере, значительную часть длины волны. Проще говоря, сигнал с частотой 3 Гц (цикл в секунду) будет иметь длину волны, равную расстоянию, которое электромагнитные волны проходят через данную среду за одну треть секунды. Когда показатель преломления среды больше единицы, КНЧ-волны распространяются медленнее, чем скорость света в вакууме. При использовании в военных приложениях длина волны составляет 299 792 км (186 282 миль) в секунду, разделенных на 50–85 Гц, что составляет от 3500 до 6000 км (от 2200 до 3700 миль) в длину. Это сопоставимо с Землей диаметра «s около 12742 км (7918 миль). Из-за требований к огромным размерам для передачи на международном уровне с использованием частот СНЧ сама Земля составляет значительную часть антенны, и необходимы очень длинные провода в землю. Различные средства, такие как электрическое удлинение , используются для создания практических радиостанций меньших размеров.

Соединенные Штаты поддерживали два участка, в Национальном лесу Чекуамегон-Николет , штат Висконсин, и в государственном лесу реки Эсканаба , штат Мичиган (первоначально называвшийся Project Sanguine , затем уменьшенный и переименованный в Project ELF до начала строительства), пока они не были демонтированы, начиная с позднего периода. Сентябрь 2004 г. Оба объекта использовали длинные линии электропередачи , так называемые наземные диполи , в качестве проводов. Эти выводы состояли из нескольких нитей длиной от 22,5 до 45 километров (от 14,0 до 28,0 миль). Из-за неэффективности этого метода для работы системы требовалось значительное количество электроэнергии .

Экологическое воздействие

Были некоторые опасения по поводу возможного воздействия на окружающую среду сигналов СНЧ. В 1984 году федеральный судья остановил строительство, что потребовало дополнительных экологических и медицинских исследований. Это решение было отменено федеральным апелляционным судом на том основании, что ВМС США заявили, что потратили более 25 миллионов долларов на изучение воздействия электромагнитных полей, и результаты показали, что они были аналогичны эффекту, производимому стандартными линиями распределения электроэнергии. Решение не было принято всеми, и во время использования ELF некоторые политики из Висконсина, такие как сенаторы-демократы Херб Коль , Расс Файнголд и конгрессмен Дэйв Оби, призывали к его закрытию.

Особенности электромагнитного излучения разных диапазонов

Распространение электромагнитных волн, временны́е зависимости электрического E(t){\displaystyle {\mathit {E}}(t)} и магнитного H(t){\displaystyle {\mathit {H}}(t)} полей, определяющий тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации и прочие особенности зависят от источника излучения и свойств среды.

Электромагнитные излучения различных частот взаимодействуют с веществом также по-разному. Процессы излучения и поглощения радиоволн обычно можно описать с помощью соотношений классической электродинамики; а вот для волн оптического диапазона и, тем более, жёстких лучей необходимо учитывать уже их квантовую природу.

Примечания

  1. (Принцип максимальности скорости света теории относительности при этом не нарушается, так как скорость переноса энергии и информации — связанная с групповой, а не фазовой скоростью — в любом случае не превышает световой скорости)
  2. Также вопросы, связанные с жесткими и сверхжесткими излучениями могут возникать в астрофизике; там иногда они имеют особую специфику, например, генерация излучения может происходить в областях огромного размера.
  3. Наиболее фундаментальной, не считая упомянутых выше теорий Стандартной модели, отличия которой от чистой квантовой электродинамики проявляются, впрочем, лишь при очень высоких энергиях.
  4. . StudFiles. Дата обращения: 24 октября 2017.
  5. Структура луча показана условно. Синусоидальность лучей показана условно. Разная скорость света в призме для разных длин волн не показана.
  6. Догадки о наличии излучения за пределами видимого спектра высказывались и ранее Гершеля и Риттера, однако они показали это экспериментально.
  7. . Всемирная организация здравоохранения (Июнь 2007 г.).
  8. . Всемирная организация здравоохранения (Октябрь 2014 г.).

Альтернативные определения

ELF — это субрадиочастота . Некоторые медицинские рецензируемые журнальные статьи относятся к СНЧ в контексте «магнитных полей (МП) крайне низкой частоты (СНЧ)» с частотами 50 Гц и 50–80 Гц. Правительственные агентства США, такие как НАСА, описывают СНЧ как неионизирующее излучение с частотами от 0 до 300 Гц. Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) использовали ELF для обозначения понятия «крайне низкой частоты (ELF) электрических и магнитных полей (ЭМП)» ВОЗ также указано , что при частотах от 0 до 300 Гц, «длины волн в воздухе очень длинные (6000 км (3700 миль) при 50 Гц и 5000 км (3100 миль) при 60 Гц), и в практических ситуациях электрические и магнитные поля действуют независимо друг от друга и измеряются отдельно ».

Свойства электромагнитных волн

Для излучения электромагнитных волн заряд не обязательно должен совершать колебательное движение; главное — чтобы у заряда было ускорение. Любой заряд, движущийся с ускорением, является источником электромагнитных волн

. При этом излучение будет тем интенсивнее, чем больше модуль ускорения заряда.

Так, при равномерном движении по окружности (скажем, в магнитном поле) заряд имеет центростремительное ускорение и, стало быть, излучает электромагнитные волны. Быстрые электроны в газоразрядных трубках, налетая на стенки, тормозятся с очень большим по модулю ускорением; поэтому вблизи стенок регистрируется рентгеновское излучение высокой энергии (так называемое тормозное излучение

).

Электромагнитные волны оказались поперечными

— колебания векторов напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Рассмотрим, например, излучение заряда, совершающего гармонические колебания с частотой вдоль оси вокруг начала координат. Во все стороны от него бегут электромагнитные волны — в частности, вдоль оси . На рис. 5 показана структура излучаемой электромагнитной волны на большом расстоянии от заряда в фиксированный момент времени.

Рис. 5. Синусоидальная электромагнитная волна

Скорость волны направлена вдоль оси . Векторы и в каждой точке оси совершают синусоидальные колебания вдоль осей и соответственно, меняясь при этом синфазно.

Кратчайший поворот вектора к вектору всегда совершается против часовой стрелки, если глядеть с конца вектора .

В любой фиксированный момент времени распределение вдоль оси значений модуля векторов и имеет вид двух синфазных синусоид, расположенных перпендикулярно друг другу в плоскостях и соответственно. Длина волны

— это расстояние между двумя ближайшими точками оси , в которых колебания значений поля происходят в одинаковой фазе (в частности — между двумя ближайшими максимумами поля, как на рис. 5).

Частота, с которой меняются значения и в данной точке пространства, называется частотой электромагнитной волны

; она совпадает с частотой колебаний излучающего заряда. Длина электромагнитной волны , её частота и скорость распространения c связаны стандартным для всех волн соотношением:

(2)

Эксперименты показали, что электромагнитным волнам присущи те же основные свойства, что и другим видам волновых процессов.

1. Отражение волн

. Электромагнитные волны отражаются от металлического листа — это было обнаружено ещё Герцем. Угол отражения при этом равен углу падения.

2. Поглощение волн

. Электромагнитные волны частично поглощаются при прохождении сквозь диэлектрик.

3. Преломление волн

. Электромагнитные волны меняют направление распространения при переходе из воздуха в диэлектрик (и вообще на границе двух различных диэлектриков).

4. Интерференция волн

. Герц наблюдал интерференцию двух волн: первая приходила к приёмному вибратору непосредственно от излучающего вибратора, вторая — после предварительного отражения от металлического листа.

Меняя положение приёмного вибратора и фиксируя положения интерференционных максимумов, Герц измерил длину волны . Частота собственных колебаний в приёмном вибраторе была Герцу известна. По формуле (2) Герц вычислил скорость распространения электромагнитных волн и получил приближённо м/с. Именно такой результат предсказывала теория, построенная Максвеллом!

5. Дифракция волн

. Электромагнитные волны огибают препятствия, размеры которых соизмеримы с длиной волны. Например, радиоволны, длина волны которых составляет несколько десятков или сотен метров, огибают дома или горы, находящиеся на пути их распространения.

Колебательный спектр

Три основных колебания молекулы воды

ν 1 , симметричное удлинение OH 3657 см -1 (2,734 мкм)

ν 2 , изгиб HOH 1595 см -1 (6,269 мкм)

ν 3 , ОН асимметричное растяжение 3756 см -1 (2,662 мкм)

Молекула воды имеет три основных молекулярных колебания . Валентные колебания ОН приводят к полосам поглощения с полосой происхождением при 3657 см -1 (ν 1 , 2,734 мкм) и 3756 см -1 (ν 3 , 2,662 мкм) в газовой фазе. Асимметричное растягивающее колебание симметрии B 2 в точечной группе C 2v является нормальным колебанием . Источник изгибной моды HOH находится при 1595 см -1 (ν 2 , 6,269 мкм). И симметричные валентные, и изгибные колебания имеют симметрию A 1 , но разница частот между ними настолько велика, что смешение фактически равно нулю. В газовой фазе все три полосы демонстрируют обширную вращательную тонкую структуру. В ближнем инфракрасном спектре
ν 3 имеет серию обертонов с волновыми числами несколько меньше n · ν 3 , n = 2,3,4,5 … Комбинированные полосы, такие как ν 2 + ν 3 , также легко наблюдаются в ближняя инфракрасная область

Присутствие водяного пара в атмосфере важно для химии атмосферы, особенно потому, что инфракрасные и ближние инфракрасные спектры легко наблюдать. Стандартные (атмосферные оптические) коды присваиваются полосам поглощения следующим образом

0,718 мкм (видимый): α, 0,810 мкм: μ, 0,935 мкм: ρστ, 1,13 мкм: φ, 1,38 мкм: ψ, 1,88 мкм: Ω, 2,68 мкм: X. Промежутки между полосами определяют инфракрасное окно на Земле. Атмосфера.

В инфракрасном спектре жидкой воды преобладает интенсивное поглощение из-за фундаментальных валентных колебаний ОН. Из-за высокой интенсивности для записи спектров водных растворов необходимы очень короткие пути, обычно менее 50 мкм. Вращательной тонкой структуры нет, но полосы поглощения шире, чем можно было ожидать, из-за водородных связей . Максимумы пиков для жидкой воды наблюдаются при 3450 см -1 (2,898 мкм), 3615 см -1 (2,766 мкм) и 1640 см -1 (6,097 мкм). Прямое измерение инфракрасных спектров водных растворов требует, чтобы окна кювет были изготовлены из нерастворимых в воде веществ, таких как фторид кальция . В качестве альтернативы эту трудность можно преодолеть, используя устройство с ослабленным полным отражением (ATR), а не передачу .

В ближнем инфракрасном диапазоне жидкая вода имеет полосы поглощения около 1950 нм (5128 см -1 ), 1450 нм (6896 см -1 ), 1200 нм (8333 см -1 ) и 970 нм (10300 см -1 ). Области между этими полосами можно использовать в ближней инфракрасной спектроскопии для измерения спектров водных растворов, с тем преимуществом, что стекло прозрачно в этой области, поэтому можно использовать стеклянные кюветы

Интенсивность поглощения ниже, чем у основных колебаний, но это не важно, поскольку можно использовать кюветы с большей длиной пути. Полоса поглощения при 698 нм (14300 см -1 ) представляет собой 3-й обертон (n = 4)

Он уходит в видимую область и отвечает за собственный синий цвет воды . Это можно наблюдать с помощью стандартного УФ / видимого спектрофотометра , используя длину пути 10 см. Цвет можно увидеть невооруженным глазом, посмотрев сквозь столб воды длиной около 10 м; вода должна проходить через ультрафильтр, чтобы устранить цвет из-за рэлеевского рассеяния, которое также может сделать воду синей.

Спектр льда аналогичен спектру жидкой воды с максимумами при 3400 см -1 (2,941 мкм), 3220 см -1 (3,105 мкм) и 1620 см -1 (6,17 мкм).

И в жидкой воде, и в кластерах льда возникают низкочастотные колебания, которые включают растяжение (TS) или изгиб (TB) межмолекулярных водородных связей (O – H ••• O). Полосы на длинах волн λ = 50-55 мкм или 182-200 см -1 (44 мкм, 227 см -1 во льду) были отнесены к TS, межмолекулярному растяжению и 200 мкм или 50 см -1 (166 мкм, 60 см -1). −1 во льду), до TB, межмолекулярный изгиб

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.

  1. /5

    Вопрос 1 из 5