Презентация низкочастотные волны источники свойства применение. презентация к уроку на тему «шкала электромагнитных волн

Радиоволны

  • Частота: $10^4 – 10^{11}$ Гц.
  • Длина волны: $3\times10^{-3} – 3\times10^{4}$м.

Электромагнитное излучение данного диапазона называется радиоволнами. Вся радиосвязь проводится именно в этом диапазоне. Радиоволны достаточно хорошо распространяются в атмосфере, способны проходить сквозь непроводящие препятствия. Кроме того, на частотах до 30 Мгц радиоволны способны отражаться от верхних слоев атмосферы, что обуславливает возможность связи на больших расстояниях.

По мере увеличения частоты у радиоволн повышается информационная емкость, поэтому, к примеру, телевидение и сотовая связь работают на частотах порядка сотен мегагерц.

Самые высокочастотные радиоволны (1 ГГц и выше) хорошо отражаются от препятствий, поэтому используются для радиолокации.

Как снизить электромагнитное излучение в квартире?

Чтобы избежать возникновения болезней от электромагнитного излучения, необходимо предпринимать меры по ограничению их воздействия на бытовом уровне. Часть из них довольно просты и не потребуют серьезных усилий либо вложений средств. К ним относятся:

  • Сокращение количества работающих в квартире электроприборов . Особенно это касается компьютеров, смартфонов и других активно излучающих ЭМИ гаджетов;
  • Сохранение достаточного расстояния между человеком и источником ЭМП . Даже отодвинув смартфон от подушки на 20-30 см можно заметно снизить его негативное воздействие. Лучше, чтобы расстояние составляло не менее 1,5-2 м. Носить его лучше не в кармане, а в сумке, при разговоре желательно использовать проводную гарнитуру.

Важно понимать, что даже неработающий прибор, подключенныйк сетиявляется источником ЭМП. При наличии соединения с сетью на концах шнура образуется разность потенциалов, он становится источником излучения

Хотя мощность его невелика, таких приборов в средней квартире может быть до нескольких десятков. А их суммарное излучение достичь опасных для здоровья величин.

Поэтому после использования электроприборы лучше физически отключать от сети.

Это принесет не только пользу для здоровья, но и снизит риск возникновения пожара.

Существуют и другие способы без особых затрат снизить уровень электромагнитного фона в квартире. В их число входят:

  • Покупка новых электроприборов с минимальным потреблением электроэнергии . Это позволит не только снизить общий уровень излучения, но и положительно скажется на счетах за электричество;
  • Использование специальных увлажнителей. Поддерживая достаточный уровень влажности в помещении можно заметно снизить фоновое излучение. Водяной пар хорошо поглощает ЭМП. Кроме того, это в целом положительно повлияет на микроклимат, послужит хорошей профилактикой респираторных заболеваний;
  • Отказ от ионизаторов. Повышенная концентрация заряженных ионов в воздухе в сочетании с высоким уровнем ЭМИ может существенно усилить их негативное воздействие на организм.

К простым средствам можно отнести, грамотную расстановку мебели и электроприборов в квартире. Желательно, чтобы расстояние от них до мест постоянного пребывания человека (кровать, диван, обеденная зона) составляло не менее 1,5-2 м. Этого расстояния будет достаточно для заметного снижения фонового излучения

При расстановке мебели важно учесть расположение кабелей в стенах. Не стоит устанавливать кровать рядом розеткой, идущими к ней в стене проводами

Характеристики электромагнитного излучения [ править | править код ]

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию.

Длина волны прямо связана с частотой через (групповую) скорость распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света .

Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения в целом занимается электродинамика, хотя свойствами излучения отдельных областей спектра занимаются определённые более специализированные разделы физики (отчасти так сложилось исторически, отчасти обусловлено существенной конкретной спецификой, особенно в отношении взаимодействия излучения разных диапазонов с веществом, отчасти также спецификой прикладных задач). К таким более специализированным разделам относятся оптика (и её разделы) и радиофизика. Жёстким электромагнитным излучением коротковолнового конца спектра занимается физика высоких энергий ; в соответствии с современными представлениями (см. Стандартная модель), при высоких энергиях электродинамика перестаёт быть самостоятельной, объединяясь в одной теории со слабыми взаимодействиями, а затем — при ещё более высоких энергиях — как ожидается — со всеми остальными калибровочными полями.

Существуют различающиеся в деталях и степени общности теории, позволяющие смоделировать и исследовать свойства и проявления электромагнитного излучения. Наиболее фундаментальной из завершённых и проверенных теорий такого рода является квантовая электродинамика, из которой путём тех или иных упрощений можно в принципе получить все перечисленные ниже теории, имеющие широкое применение в своих областях. Для описания относительно низкочастотного электромагнитного излучения в макроскопической области используют, как правило, классическую электродинамику, основанную на уравнениях Максвелла, причём существуют упрощения в прикладных применениях. Для оптического излучения (вплоть до рентгеновского диапазона) применяют оптику (в частности, волновую оптику, когда размеры некоторых частей оптической системы близки к длинам волн; квантовую оптику, когда существенны процессы поглощения, излучения и рассеяния фотонов; геометрическую оптику — предельный случай волновой оптики, когда длиной волны излучения можно пренебречь). Гамма-излучение чаще всего является предметом ядерной физики, с других — медицинских и биологических — позиций изучается воздействие электромагнитного излучения в радиологии. Существует также ряд областей — фундаментальных и прикладных — таких, как астрофизика, фотохимия, биология фотосинтеза и зрительного восприятия, ряд областей спектрального анализа, для которых электромагнитное излучение (чаще всего — определенного диапазона) и его взаимодействие с веществом играют ключевую роль. Все эти области граничат и даже пересекаются с описанными выше разделами физики.

Некоторые особенности электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики:

наличие трёх взаимно перпендикулярных (в вакууме) векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поляE и вектора напряжённости магнитного поляH.

Виды энергии:
Механическая ПотенциальнаяКинетическая
‹ › Внутренняя
Электромагнитная ЭлектрическаяМагнитная
Химическая
Ядерная
G <displaystyle G> Гравитационная
∅ <displaystyle emptyset > Вакуума
Гипотетические:
Тёмная
См.также:Закон сохранения энергии

электромагнитные волны — это поперечные волны, в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приёмнику в том числе и через вакуум.

Природные источники

На Земле присутствуют естественные СНЧ-волны, резонирующие в области между ионосферой и поверхностью, видимые в ударах молнии, которые заставляют электроны в атмосфере колебаться. Хотя ОНЧ-сигналы в основном генерировались грозовыми разрядами, было обнаружено, что наблюдаемая КНЧ-составляющая — медленный хвост — следовала за ОНЧ-составляющей почти во всех случаях. Кроме того, основная мода полости Земля-ионосфера имеет длину волны, равную окружности Земли, что дает резонансную частоту 7,8 Гц. Эта частота и более высокие резонансные режимы 14, 20, 26 и 32 Гц появляются в виде пиков в спектре СНЧ и называются резонансом Шумана .

Волны СНЧ также были предварительно идентифицированы на спутнике Сатурна Титане . Поверхность Титана считается плохим отражателем волн СНЧ, поэтому волны могут вместо этого отражаться от границы жидкого льда подповерхностного океана воды и аммиака, существование которого предсказывается некоторыми теоретическими моделями. Ионосфера Титана также более сложна, чем Земля, с основной ионосферой на высоте 1200 км (750 миль), но с дополнительным слоем заряженных частиц на высоте 63 км (39 миль). Это разделяет атмосферу Титана на две отдельные резонирующие камеры. Источник естественных СНЧ-волн на Титане неясен, поскольку, по всей видимости, не наблюдается обширной молниеносной активности.

Огромная мощность излучения КНЧ, в 100000 раз превышающая мощность Солнца в видимом свете, может излучаться магнетарами . Пульсар в Крабовидной туманности излучает полномочия этого порядка на частоте 30 Гц. Излучение этой частоты ниже плазменной частоты из межзвездной среды , таким образом , эта среда непрозрачна к ней, и она не может наблюдаться с Земли.

Здоровье человека и электромагнитные излучения

Влияние электромагнитных волн на человека изучается до сих пор. Однако уже многое известно о подобном негативном, разрушающем организм воздействии:

  • нарушение функций работы щитовидной железы приводит к неправильному обмену веществ и разрушению гормонального фона, что особенно опасно для беременных женщин, для детей и подростов;
  • повреждение красного костного мозга приводит к образованию раковых опухолей головного мозга, лейкозам. Анемиям;
  • повреждение половых желез приводит к неизлечимому бесплодию;
  • повреждение слизистых оболочек ЖКТ вызывает хронические заболевания желудочно-кишечного тракта, даже онкологии.

Исследования о влиянии электромагнитных волн на живые организмы показали, что разрушающее воздействие этих волн провоцирует развитие заболеваний, таких как:

  • рак молочной железы;
  • опухоли в головном мозге;
  • болезнь Альцгеймера;
  • различные лейкозы;
  • болезни сердечно-сосудистой системы;
  • разрушение нервной системы;
  • гормональный дисбаланс;
  • снижение уровня иммунитета и т.д.

Характерные симптомы влияния электромагнитных волн на организм человека:

  • постоянные. частые головные боли;
  • повышенное кровяное давление;
  • различные нарушения сна;
  • резкие сильные аллергические реакции;
  • частые простудные и вирусные заболевания;
  • ожирение, лишний вес при нормальном питании;
  • анорексия при нормальном питании;
  • изжоги, тошнота, рвоты и проч.

Исследования воздействий электромагнитных полей, поиски эффективной защиты от их разрушающих воздействий продолжаются.

Диапазоны электромагнитного излучения [ править | править код ]

Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам (см. таблицу). Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения (в вакууме) постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

Название диапазона Длины волн, λ Частоты, f Источники
Радиоволны Сверхдлинные более 10 км менее 30 кГц Атмосферные и магнитосферные явления. Радиосвязь.
Длинные 10 км — 1 км 30 кГц — 300 кГц
Средние 1 км — 100 м 300 кГц — 3 МГц
Короткие 100 м — 10 м 3 МГц — 30 МГц
Ультракороткие 10 м — 0,1 мм 30 МГц — 3000 ГГц
Инфракрасное излучение 1 мм — 780 нм 300 ГГц — 429 ТГц Излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях.
Видимое излучение 780—380 нм 429 ТГц — 750 ТГц
Ультрафиолетовое 380нм — 10нм 7,5⋅10 14 Гц — 3⋅10 16 Гц Излучение атомов под воздействием ускоренных электронов.
Рентгеновские 10 нм — 5 пм 3⋅10 16 Гц — 6⋅10 19 Гц Атомные процессы при воздействии ускоренных заряженных частиц.
Гамма менее 5 пм более 6⋅10 19 Гц Ядерные и космические процессы, радиоактивный распад.

Ультракороткие радиоволны принято разделять на метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые и децимиллиметровые волны (гипервысокие частоты, ГВЧ, 300—3000 ГГц) — стандартные диапазоны радиоволн по общепринятой классификации . По другой классификации указанные стандартные диапазоны радиоволн, исключая метровые волны, называют микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ) .

Ионизирующее электромагнитное излучение. К этой группе традиционно относят рентгеновское и гамма-излучение, хотя, строго говоря, ионизировать атомы может и ультрафиолетовое излучение, и даже видимый свет. Границы областей рентгеновского и гамма-излучения могут быть определены лишь весьма условно. Для общей ориентировки можно принять, что энергия рентгеновских квантов лежит в пределах 20 эВ — 0,1 МэВ , а энергия гамма-квантов — больше 0,1 МэВ . В узком смысле гамма-излучение испускается ядром, а рентгеновское — атомной электронной оболочкой при выбивании электрона с низколежащих орбит, хотя эта классификация неприменима к жёсткому излучению, генерируемому без участия атомов и ядер (например, синхротронному или тормозному излучению).

Радиоволны

Из-за больших значений λ распространение радиоволн можно рассматривать без учёта атомистического строения среды. Исключение составляют только самые короткие радиоволны, примыкающие к инфракрасному участку спектра. В радиодиапазоне слабо сказываются и квантовые свойства излучения, хотя их всё же приходится учитывать, в частности, при описании квантовых генераторов и усилителей сантиметрового и миллиметрового диапазонов, а также молекулярных стандартов частоты и времени, при охлаждении аппаратуры до температур в несколько кельвинов.

Радиоволны возникают при протекании по проводникам переменного тока соответствующей частоты. И наоборот, проходящая в пространстве электромагнитная волна возбуждает в проводнике соответствующий ей переменный ток. Это свойство используется в радиотехнике при конструировании антенн.

Естественным источником волн этого диапазона являются грозы. Считается, что они же являются источником стоячих электромагнитных волн Шумана.

Каждая квартира таит в себе опасность. Мы даже не подозреваем, что живём в окружении электромагнитных полей (ЭМП), которые человек не может ни видеть, ни чувствовать, но это не значит, что их нет.

С самого зарождения жизни на нашей планете существовал стабильный электромагнитный фон (ЭМФ). Долгое время он был практически неизменен. Но, с развитием человечества, интенсивность данного фона стала расти с неимоверной скоростью. Линии электропередач, возрастающее число электроприборов, сотовая связь — все эти новшества стали источниками «электромагнитного загрязнения». Как электромагнитное поле влияет на человеческий организм, и каковы могут быть последствия этого воздействия?

Видимый диапазон

Один из наиболее важных для человека диапазонов, связанных с возможностью видеть окружающий мир. Он занимает сравнительно небольшой участок электромагнитного спектра 380 – 730 нм.

  • Легко проходят атмосферу.
  • Единственные эдектромагнитные волны, которые могут быть обнаружены человеческим глазом.
  • Поглощаются за счет возбуждения электронов в молекулах и атомах, межзонных переходов в полупроводниках.
  • Естественные источники: солнце, молнии. Искусственные: лампы накаливания, газоразрядные лампы, светодиоды, лазеры на красителях, газовые ионные, твердотельные и полупроводниковые лазеры.
  • Имеют неизмеримое количество приложений.

Волны с разной длиной имеют свой цвет. Цветовая гамма состоит из бесконечного количества цветовых оттенков, но принято именовать 7 основных цветов. Красный (625—740), оранжевый (590—625), желтый (565—590), зеленый (500—565), голубой (485—500), синий (440—485), фиолетовый (380—440).

Цвет Диапазон длин волн, нм Диапазон частот, ТГц Диапазон энергии фотонов, эВ
Фиолетовый 380—440 680—790 2,82—3,26
Синий 440—485 620—680 2,56—2,82
Голубой 485—500 600—620 2,48—2,56
Зелёный 500—565 530—600 2,19—2,48
Жёлтый 565—590 510—530 2,10—2,19
Оранжевый 590—625 480—510 1,98—2,10
Красный 625—740 400—480 1,68—1,98

Среди лазеров и источников с их применением, излучающих в видимом диапазоне, можно назвать следующие: первый запущенный лазер, — рубиновый, с длиной волны 694,3 нм, диодные лазеры, к примеру на основе GaInP и AlGaInP для красного диапазона, и на основе GaN для синего диапазона, титан-сапфировый лазер, He-Ne лазер, лазеры на ионах аргона и криптона, лазер на парах меди, лазеры на красителях, лазеры с удвоением или суммированием частоты в нелинейных средах, рамановские лаэеры. (https://www.rp-photonics.com/visible_lasers.html?s=ak).

Долгое время существовала проблема в создании компактных лазеров в сине-зеленой части спектра. Имелись газовые лазеры, такие как аргоновый ионный лазер (с 1964 года), у которого две основные линии генерации лежат в синей и зеленой части спектра (488 и 514 нм) или гелий кадмиевый лазер. Однако для многих приложений они не годились из-за своей громоздкости и ограниченного количества линий генерации. Создать полупроводниковые лазеры с широкой запрещенной зоной не удавалось из-за огромных технологических трудностей. Однако в конечном итоге были разработаны эффективные методы удвоения и утроения частоты твердотельных лазеров ИК и оптического диапазона в нелинейных кристаллах, полупроводниковые лазеры на основе двойных соединений GaN и лазеров с повышением частоты накачки (upconversion lasers).

Источники света в сине зеленой области позволяют увеличить плотность записи на CD-ROM, качество репрографии, необходимы для создания полноцветных проекторов, для осуществления связи с подводными лодками, для снятия рельефа морского дна, для лазерного охлаждения отдельных атомов и ионов, для контроля за осаждением из газа (vapor deposition), в проточной цитометрии. (взято из “Compact blue-green lasers” by W. P. Risk et al).

Литература:

  1. RP Photonics. Encyclopedia. Visible Lasers.
  2. Семь основных цветов. Википедиа.
  3. Compact Blue-Green Lasers.

Шкала электромагнитных излучений

Отличаясь друг от друга количественно, электромагнитные волны определенным образом могут быть получены с использованием приборов. Существуют естественные и искусственные источники явления. Помимо приборов и источников волн на Земле, электромагнитные волны излучаются и космическими объектами.

Низкочастотные волны, радиоволны, инфракрасное световое излучение, оптическое излучение, рентгеновские спектры, невидимые излучения гамма — различные участки условной шкалы, показывающей области λ — области длин волн.

Таблица спектра электромагнитных излучений

Название Длина волн Частота Источники, Космические источники
Низкочастотные излучения более 10000м 0-30 кГц Генератор переменного тока, домашняя и офисная электротехника, ЛЭП и др. Магнитное поле Земли
Радиоволны 1мм-10000м 30кГц-300ГГц Переменный ток в колебательном контуре, полупроводниковые приборы Солнце, планеты и малые тела Солнечной системы, облака межзвездного газа, реликтовое излучение на ранней стадии расширения Вселенной, квазары
Инфракрасное световое излучение 1мм-780нм 300ГГц-429ТГц Тепловые источники, лазер, ртутно-кварцевая лампа Солнце, межзвездная и околозвездная пыль, реликтовое излучение на ранней стадии расширения Вселенной, планеты, малые тела Солнечной системы
Видимое излучение световое 780-380нм 429-750ТГц Лампа накаливания, пламя, молния, лазер Солнце, другие звезды (с температурой 10-100 тысяч градусов)
Ультрафиолетовое излучение 380-10нм 7,5*1000000000000000-3*100000000000000000Гц Углеродная дуга Солнце, горячие Звезды, высокотемпературная плазма
Рентгеновское излучение 10-5*10в-3 степени нм 3*100000000000000000-6*100000000000000000000Гц Рентгеновская трубка Солнце, нейтронные звезды и, возможно, черные дыры, шаровые звездные скопления, к внегалактическим источникам – квазары, отдаленные галактики и их скопления.
Гамма-излучение менее 5*10 в 3 степени нм более 6*100000000000000000000 Гц Атомные ядра, Кобальт-60 Солнце, фоновое Космическое излучение, некоторые пульсары (нейтронные звезды), сверхновые звезды, Млечный Путь, области галактического центра, многих галактик и квазаров

Чувствительность человеческого глаза Одно из главных свойств электромагнитных волн является степень их поглощения веществом. Различие можно обнаружить между длинноволновыми и коротковолновыми излучениями. Первые поглощаются с гораздо большей интенсивностью, чем коротковолновые, однако обладают дополнительным свойством: при поглощении обнаруживают свойства частиц.

Спектральная чувствительность глаза

Преобразуя энергию, идущую от источника видимого светового диапазона, в зрительной системе человек получает сигналы из окружающей среды. Свет попадает на сетчатку глаза, возбуждает фоторецепторы, от которых сигнал передается в нейронные связи коры головного мозга, находящиеся в затылочной доле коры больших полушарий. В головном мозге в результате подобных преобразований формируется зрительный образ.

Развиваясь эволюционно, человеческий глаз сформировался наилучшим образом для восприятия солнечного света. В результате зрительный орган современного человека улавливает электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 400–750 нм (видимое излучение). От более низковолновых излучений (ультрафиолета) глаз защищен областью хрусталика с низкой прозрачностью.

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

Что такое электромагнитное излучение?

Классификация электромагнитного излучения базируется на спектре частот, длине волн и поляризации. К поляризованному ЭМИ относится то, где колебания волн осуществляются в одной плоскости. Длина волн может колебаться от 5 пикометров (пм) до десятков километров.

Электрические заряды, находящиеся в движении с ускорением, формируют излучение. Распространение волн происходит как в плотной среде, так и в вакуумной, но скорость распространения ЭМИ в веществе ниже.

Источники электромагнитных излучений

  • линии электропередач;
  • электротранспорт;
  • лифты;
  • мобильные, телевизионные и радиовышки;
  • трансформаторы.

Низкий уровень излучений характерен для компьютерных дисплеев, бытовых приборов, систем снабжения электроэнергией. Жесткие ионизирующие волны излучает медицинская диагностическая техника (рентген, компьютерная томография). Излучение обладает свойствами волн и частиц, которые хорошо демонстрируют явление фотоэффекта, где энергия каждого электрона определяется частотой, а не интенсивностью падающего света.

Электромагнитное поле производится движущимися зарядами и токами. Теория электромагнитного поля, созданная Максвеллом, поясняет электромагнитную индукцию: изменение магнитного поля в одной точке пространства влечет образование электрического поля и наоборот. Эти порождающие друг друга поля сливаются в единое электромагнитное поле (ЭМП).

Наличие в поле замкнутого проводника приводит к появлению индукционного тока. При максимальной амплитуде тока и направленном вверх векторе скорости положительных зарядов во всех точках антенны заряд, приходящийся на единицу ее длины, равен нулю.

Электромагнитный спектр

Прежде чем переходить к примерам излучения в физике, необходимо отметить, что каждый атом испускает определенные порции энергии. Это происходит потому, что состояния, в которых может находиться электрон в атоме, являются не произвольными, а строго определенными. Соответственно переход между этими состояниями сопровождается излучением определенного количества энергии.

Из атомной физики известно, что фотоны, порождаемые в результате электронных переходов в атоме, обладают энергией, которая прямо пропорциональна их частоте колебаний и обратно пропорциональна длине волны (фотон – это электромагнитная волна, которая характеризуется скоростью распространения, длиной и частотой).

Поскольку атом вещества может испускать только определенный набор энергий, значит, длины волн испущенных фотонов тоже являются конкретными. Набор всех этих длин называется электромагнитным спектром.

Если длина волны фотона лежит между 390 нм и 750 нм, то говорят о видимом свете, поскольку его способен воспринимать человек своими глазами, если длина волны меньше 390 нм, то такие электромагнитные волны обладают большой энергией и называются ультрафиолетовым, рентгеновским или гамма-излучением. Для длин больше 750 нм характерна небольшая энергия фотонов, они носят название инфракрасного, микро- или радиоизлучения.

Виды электромагнитного излучения

ЭМИ разделено на виды по характеристикам длины и частоты.

Длина волн колеблется в таких диапазонах:

  1. Радиоволны (от 0,1 мм до 10 км и более) делятся на короткие, ультракороткие, средние, длинные и сверхдлинные. Ультракороткие радиоволны относятся к сверхвысокочастотным (СВЧ) волнам.
  2. Инфракрасные лучи (от 1 мм до 780 нм).
  3. Ультрафиолетовые лучи (от 380 мм до 10 нм).
  4. Видимый свет (от 780 мм до 380 нм).
  5. Рентген-излучение (от 10 нм до 5 пм).
  6. Гамма-лучи (до 5 пм).

Частота волн варьируется от 30 кГц (для радиоволн) до 6×10¹9 Гц и более (для гамма-лучей).

Волны разной длины образуются разными способами:

  • рентгеновские появляются тогда, когда быстро движущиеся электроны переходят в состояние с меньшей энергией вследствие торможения;
  • ультрафиолетовое излучается вследствие движения ускоренных электронов;
  • инфракрасное излучение испускается раскаленными предметами;
  • радиоволны образуются из высокочастотных токов, движущихся по антеннам;
  • ионизирующее гамма-излучение испускается в процессе ядерных реакций.

Вышеперечисленные виды волн поглощаются веществами неодинаково: рентгеновские и гамма-волны проникают сквозь ткани организма и почти не поглощаются, инфракрасные лучи проходят сквозь ряд непрозрачных объектов, при поглощении происходит нагрев вещества.

Свойства электромагнитных волн

Важнейшим результатом, который вытекает из сформулированной Максвеллом теории электромагнитного поля, стало предсказание возможности существования электромагнитных волн. Электромагнитная волна – распространение электромагнитных полей в пространстве и во времени.

Источник электромагнитного поля – электрические заряды, движущиеся с ускорением.

Электромагнитные волны, в отличие от упругих (звуковых) волн, могут распространяться в вакууме или любом другом веществе.

Электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью c=299 792 км/с, то есть со скоростью света.

В веществе скорость электромагнитной волны меньше, чем в вакууме. Соотношение между длиной волна, ее скоростью, периодом и частотой колебаний, полученные для механических волн выполняются и для электромагнитных волн:

Колебания вектора напряженности E и вектора магнитной индукции B происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны (вектору скорости).

Электромагнитная волна переносит энергию.

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.

Характеристики электромагнитного излучения

Что является источником магнитного поля

Длина волны определяет диапазон спектра и вид потенциального вредного воздействия. Сильный источник света, например, способен повредить сетчатку глаза. Измерить интенсивность излучения в этом случае можно с помощью чувствительного фотодатчика, подключенного к индикаторному устройству. Аналогичным образом можно проверить тепловой поток. Универсальными приборами определяют напряженность поля в контрольных точках. Такие устройства отображают результаты в целых, дробных и кратных единицах мощности на метр квадратный.


Измерение уровня электромагнитного фона вышки оператора мобильной связи