الموجات الكهرومغناطيسية في الطبيعة والتكنولوجيا هاينريش رودولف. ملخص الدرس مقياس الموجات الكهرومغناطيسية. خصائص الموجات الكهرومغناطيسية ذات نطاقات التردد المختلفة. الموجات الكهرومغناطيسية في الطبيعة والتكنولوجيا نطاقات الإشعاع والمادة

الموجات الكهرومغناطيسية هي ذبذبات كهرومغناطيسية تنتشر في الفضاء بسرعة محدودة، حسب خصائص الوسط. الموجة الكهرومغناطيسية هي مجال كهرومغناطيسي منتشر.

يكاد يكون من المستحيل المبالغة في تقدير أهمية الموجات الكهرومغناطيسية من حيث استخدامها في تشغيل التكنولوجيا الحديثة. التطبيقات: البث الإذاعي. البث التلفزيوني الاتصالات المتنقلة واي فاي وبلوتوث. الأجهزة

تطبيق الموجات الكهرومغناطيسية في الحياة اليومية مصادر الإشعاع منخفض التردد (0 - 3 كيلو هرتز) هي جميع أنظمة إنتاج ونقل وتوزيع الكهرباء (خطوط الكهرباء، محطات المحولات الفرعية، محطات توليد الطاقة، أنظمة الكابلات المختلفة)، الكهرباء المنزلية والمكتبية والمعدات الإلكترونية، بما في ذلك شاشات الكمبيوتر، ووسائل النقل التي تعمل بالطاقة الكهربائية، والنقل بالسكك الحديدية وبنيتها التحتية، بالإضافة إلى النقل بالمترو والترولي باص والترام.

تشمل مصادر الإشعاع عالي التردد (من 3 كيلو هرتز إلى 300 جيجا هرتز) أجهزة الإرسال الوظيفية - مصادر المجالات الكهرومغناطيسية لغرض إرسال أو استقبال المعلومات. هذه هي أجهزة الإرسال التجارية (الراديو والتلفزيون)، والهواتف اللاسلكية (السيارات، والهواتف اللاسلكية، وراديو CB، وأجهزة إرسال راديو الهواة، والهواتف اللاسلكية الصناعية)، والاتصالات اللاسلكية الاتجاهية (الاتصالات اللاسلكية عبر الأقمار الصناعية، ومحطات الترحيل الأرضية)، والملاحة (الحركة الجوية، والشحن، ونقطة الراديو) - محددات المواقع (الاتصالات الجوية، الشحن، محددات النقل، مراقبة النقل الجوي).

مصدر المجال الكهرومغناطيسي في المباني السكنية هو مجموعة متنوعة من المعدات الكهربائية - الثلاجات والمكاوي والمكانس الكهربائية والأفران الكهربائية وأجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر وما إلى ذلك، وكذلك الأسلاك الكهربائية للشقة. تتأثر البيئة الكهرومغناطيسية للشقة بالمعدات الكهربائية للمبنى والمحولات وخطوط الكابلات. يتراوح المجال الكهربائي في المباني السكنية من 1 إلى 10 فولت/م. ومع ذلك، قد تكون هناك نقاط عالية المستوى مثل شاشة الكمبيوتر غير المؤرضة.

إشعاع الأشعة السينية (مرادف الأشعة السينية) هو إشعاع كهرومغناطيسي ذو نطاق واسع من الأطوال الموجية (من 8·10 -6 إلى 10 -12 سم).

الأشعة السينية مؤينة. فهو يؤثر على أنسجة الكائنات الحية ويمكن أن يسبب مرض الإشعاع والحروق الإشعاعية والأورام الخبيثة. ولهذا السبب، يجب اتخاذ تدابير وقائية عند العمل بالأشعة السينية. ويعتقد أن الضرر يتناسب طرديا مع جرعة الإشعاع الممتصة. الأشعة السينية هي عامل مطفر.

الاستنتاج أدى التطور السريع لقطاعات الاقتصاد الوطني إلى استخدام الموجات الكهرومغناطيسية في كافة مجالات الإنتاج الصناعي والطب والحياة اليومية. علاوة على ذلك، في بعض الحالات يتعرض الشخص لتأثيرها. شيليبالو ك. دميتريشوك ف.11-أ

ملخص الدرس حول الموضوع

"مقياس الموجات الكهرومغناطيسية. خصائص الموجات الكهرومغناطيسية ذات نطاقات التردد المختلفة. الموجات الكهرومغناطيسية في الطبيعة والتكنولوجيا"

أهداف الدرس:النظر في حجم الموجات الكهرومغناطيسية، وتمييز الموجات ذات نطاقات التردد المختلفة؛ إظهار دور أنواع مختلفة من الإشعاع في حياة الإنسان، وتأثير أنواع مختلفة من الإشعاع على البشر؛ تنظيم المواد المتعلقة بالموضوع وتعميق معرفة الطلاب حول الموجات الكهرومغناطيسية؛ تطوير الكلام الشفهي لدى الطلاب، ومهارات الطلاب الإبداعية، والمنطق، والذاكرة؛ القدرات المعرفية. لتنمية اهتمام الطلاب بدراسة الفيزياء؛ زراعة الدقة والعمل الجاد

نوع الدرس:درس في تكوين المعرفة الجديدة

استمارة:محاضرة مع العرض

معدات:الكمبيوتر، جهاز عرض الوسائط المتعددة، العرض التقديمي "مقياس

موجات كهرومغناطيسية"

خلال الفصول الدراسية

تنظيم الوقت

الدافعية للأنشطة التربوية والمعرفية

الكون عبارة عن محيط من الإشعاع الكهرومغناطيسي. يعيش الناس فيه، في معظم الأحيان، دون أن يلاحظوا الأمواج التي تتخلل الفضاء المحيط بهم. أثناء الاحماء بجوار المدفأة أو إضاءة شمعة، يجعل الشخص مصدر هذه الموجات يعمل، دون التفكير في خصائصها. لكن المعرفة قوة: فبعد اكتشاف طبيعة الإشعاع الكهرومغناطيسي، أتقنت البشرية خلال القرن العشرين أكثر أنواع الإشعاع تنوعًا ووضعتها في خدمتها.

تحديد موضوع الدرس وأهدافه

سنأخذ اليوم رحلة على نطاق الموجات الكهرومغناطيسية، وننظر في أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاقات تردد مختلفة. أكتب موضوع الدرس : "مقياس الموجات الكهرومغناطيسية. خصائص الموجات الكهرومغناطيسية ذات نطاقات التردد المختلفة. الموجات الكهرومغناطيسية في الطبيعة والتكنولوجيا".

وسوف نقوم بدراسة كل إشعاع وفق الخطة المعممة التالية. الخطة العامة لدراسة الإشعاع:

1. اسم النطاق

2. التردد

3. الطول الموجي

4. من اكتشفها؟

5. المصدر

6. المؤشر

7. التطبيق

8. التأثير على البشر

أثناء دراستك للموضوع عليك إكمال الجدول التالي:

"مقياس الإشعاع الكهرومغناطيسي"

اسمإشعاع	تكرار	الطول الموجي	من كان يفتح	مصدر	مؤشر	طلب	التأثير على البشر

تقديم مواد جديدة

يمكن أن يكون طول الموجات الكهرومغناطيسية مختلفًا تمامًا: من قيم تصل إلى 10 13 م (اهتزازات منخفضة التردد) حتى 10 -10 م ( - الأشعة). يشكل الضوء جزءًا صغيرًا من الطيف الواسع من الموجات الكهرومغناطيسية. ومع ذلك، خلال دراسة هذا الجزء الصغير من الطيف تم اكتشاف إشعاعات أخرى ذات خصائص غير عادية.
من المعتاد تسليط الضوء الإشعاع منخفض التردد، الإشعاع الراديوي، الأشعة تحت الحمراء، الضوء المرئي، الأشعة فوق البنفسجية، الأشعة السينية و -إشعاع.ينبعث أقصر إشعاع طول موجي من النوى الذرية.

لا يوجد فرق جوهري بين الإشعاعات الفردية. وكلها موجات كهرومغناطيسية تولدها جزيئات مشحونة. يتم اكتشاف الموجات الكهرومغناطيسية في النهاية من خلال تأثيرها على الجسيمات المشحونة . في الفراغ، ينتقل الإشعاع مهما كان طوله الموجي بسرعة 300000 كيلومتر في الثانية.الحدود بين المناطق الفردية لمقياس الإشعاع تعسفية للغاية.
إشعاع بأطوال موجية مختلفة يختلفون عن بعضهم البعض في طريقتهم يستلم(إشعاع الهوائي، الإشعاع الحراري، الإشعاع أثناء فرملة الإلكترونات السريعة، وما إلى ذلك) وطرق التسجيل .

يتم أيضًا إنشاء جميع أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي المدرجة بواسطة الأجسام الفضائية ويتم دراستها بنجاح باستخدام الصواريخ والأقمار الصناعية الأرضية والمركبات الفضائية. بادئ ذي بدء، ينطبق هذا على الأشعة السينية والإشعاع، والتي يمتصها الغلاف الجوي بقوة.

كلما انخفض الطول الموجي تؤدي الاختلافات الكمية في الأطوال الموجية إلى اختلافات نوعية كبيرة.

تختلف الإشعاعات ذات الأطوال الموجية المختلفة بشكل كبير عن بعضها البعض في امتصاصها بواسطة المادة. يتم امتصاص الإشعاع قصير الموجة (الأشعة السينية وخاصة الأشعة) بشكل ضعيف. المواد غير الشفافة للموجات الضوئية تكون شفافة لهذه الإشعاعات. ويعتمد معامل انعكاس الموجات الكهرومغناطيسية أيضًا على الطول الموجي. لكن الفرق الرئيسي بين إشعاع الموجة الطويلة والموجة القصيرة هو ذلك يكشف الإشعاع قصير الموجة عن خصائص الجزيئات.

دعونا نفكر في كل إشعاع.

إشعاع منخفض التردديحدث في نطاق التردد من 3 10 -3 إلى 3 10 5 هرتز. يتوافق هذا الإشعاع مع طول موجة 10 13 - 10 5 م، ويمكن إهمال إشعاع مثل هذه الترددات المنخفضة نسبيًا. مصدر الإشعاع منخفض التردد هو مولدات التيار المتردد. يستخدم في صهر وتصلب المعادن.

موجات الراديويشغل نطاق التردد 3·10 5 - 3·10 11 هرتز. وهي تتوافق مع طول موجة 10 5 - 10 -3 م، ومصدر موجات الراديو، وكذلك الإشعاع منخفض التردد، هو التيار المتردد. كما أن المصدر هو مولد ترددات راديوية، والنجوم، بما في ذلك الشمس، والمجرات، والمجرات الضخمة. المؤشرات عبارة عن هزاز هيرتز ودائرة تذبذبية.

يؤدي التردد العالي لموجات الراديو، مقارنة بالإشعاع منخفض التردد، إلى إشعاع ملحوظ لموجات الراديو في الفضاء. وهذا يسمح لهم باستخدامها لنقل المعلومات عبر مسافات مختلفة. يتم نقل الكلام والموسيقى (البث) وإشارات التلغراف (الاتصالات الراديوية) وصور الكائنات المختلفة (تحديد الموقع الراديوي).

تُستخدم موجات الراديو لدراسة بنية المادة وخصائص الوسط الذي تنتشر فيه. دراسة الانبعاثات الراديوية من الأجسام الفضائية هي موضوع علم الفلك الراديوي. في الأرصاد الجوية الراديوية، تتم دراسة العمليات بناءً على خصائص الموجات المستقبلة.

الأشعة تحت الحمراءيشغل نطاق التردد 3*10 11 - 3.85*10 14 هرتز. وهي تتوافق مع الطول الموجي 2·10 -3 - 7.6·10 -7 م.

تم اكتشاف الأشعة تحت الحمراء في عام 1800 من قبل عالم الفلك ويليام هيرشل. أثناء دراسة ارتفاع درجة حرارة مقياس الحرارة المسخن بالضوء المرئي، اكتشف هيرشل أكبر تسخين لمقياس الحرارة خارج منطقة الضوء المرئي (خارج المنطقة الحمراء). الإشعاع غير المرئي، نظرا لمكانته في الطيف، كان يسمى الأشعة تحت الحمراء. مصدر الأشعة تحت الحمراء هو إشعاع الجزيئات والذرات تحت التأثيرات الحرارية والكهربائية. المصدر القوي للأشعة تحت الحمراء هي الشمس، حيث يقع حوالي 50٪ من إشعاعها في منطقة الأشعة تحت الحمراء. تمثل الأشعة تحت الحمراء حصة كبيرة (من 70 إلى 80٪) من الطاقة الإشعاعية للمصابيح المتوهجة ذات خيوط التنغستن. تنبعث الأشعة تحت الحمراء من القوس الكهربائي ومصابيح تفريغ الغاز المختلفة. يقع إشعاع بعض أنواع الليزر في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف. مؤشرات الأشعة تحت الحمراء هي الصور والثرمستورات ومستحلبات الصور الخاصة. يتم استخدام الأشعة تحت الحمراء لتجفيف الخشب والمواد الغذائية والدهانات والورنيشات المختلفة (التدفئة بالأشعة تحت الحمراء)، للإشارة إلى ضعف الرؤية، وتجعل من الممكن استخدام الأجهزة البصرية التي تسمح لك بالرؤية في الظلام، وكذلك للتحكم عن بعد. تُستخدم الأشعة تحت الحمراء لتوجيه المقذوفات والصواريخ إلى الأهداف واكتشاف الأعداء المموهين. تتيح هذه الأشعة تحديد الفرق في درجات حرارة المناطق الفردية من سطح الكواكب، والسمات الهيكلية لجزيئات المادة (التحليل الطيفي). يُستخدم التصوير بالأشعة تحت الحمراء في علم الأحياء عند دراسة أمراض النباتات، وفي الطب عند تشخيص أمراض الجلد والأوعية الدموية، وفي الطب الشرعي عند اكتشاف المنتجات المقلدة. وعند تعرضه للإنسان يسبب ارتفاعاً في درجة حرارة جسم الإنسان.

الإشعاع المرئي - النطاق الوحيد للموجات الكهرومغناطيسية التي تراها العين البشرية. تشغل موجات الضوء نطاقًا ضيقًا إلى حد ما: 380 - 670 نانومتر ( = 3.85 10 14 - 8 10 14 هرتز). مصدر الإشعاع المرئي هو إلكترونات التكافؤ الموجودة في الذرات والجزيئات، والتي تغير مواقعها في الفضاء، وكذلك الشحنات الحرة التي تتحرك بمعدل متسارع. يمنح هذا الجزء من الطيف الشخص الحد الأقصى من المعلومات حول العالم من حوله. ومن حيث خصائصه الفيزيائية، فهو يشبه النطاقات الطيفية الأخرى، كونه مجرد جزء صغير من طيف الموجات الكهرومغناطيسية. الإشعاع الذي له أطوال موجية (ترددات) مختلفة في النطاق المرئي له تأثيرات فسيولوجية مختلفة على شبكية العين البشرية، مما يسبب الإحساس النفسي بالضوء. اللون ليس في حد ذاته خاصية لموجة الضوء الكهرومغناطيسية، ولكنه مظهر من مظاهر العمل الكهروكيميائي للنظام الفسيولوجي البشري: العيون والأعصاب والدماغ. تقريبًا، يمكننا تسمية سبعة ألوان أساسية تميزها العين البشرية في النطاق المرئي (حسب زيادة تردد الإشعاع): الأحمر، البرتقالي، الأصفر، الأخضر، الأزرق، النيلي، البنفسجي. يتم تسهيل حفظ تسلسل الألوان الأساسية للطيف من خلال عبارة تبدأ كل كلمة منها بالحرف الأول من اسم اللون الأساسي: "كل صياد يريد أن يعرف أين يجلس الدراج". يمكن أن يؤثر الإشعاع المرئي على حدوث التفاعلات الكيميائية في النباتات (التمثيل الضوئي) وفي الحيوانات والبشر. تنبعث الإشعاعات المرئية من بعض الحشرات (اليراعات) وبعض أسماك أعماق البحار بسبب التفاعلات الكيميائية في الجسم. يساعد امتصاص النباتات لثاني أكسيد الكربون نتيجة عملية التمثيل الضوئي وإطلاق الأكسجين في الحفاظ على الحياة البيولوجية على الأرض. يستخدم الإشعاع المرئي أيضًا عند إضاءة الأشياء المختلفة.

الضوء هو مصدر الحياة على الأرض وفي نفس الوقت مصدر أفكارنا حول العالم من حولنا.

الأشعة فوق البنفسجية,إشعاع كهرومغناطيسي غير مرئي بالعين، يشغل المنطقة الطيفية بين الإشعاع المرئي والأشعة السينية ضمن أطوال موجية 3.8 ∙ 10 -7 - 3 ∙ 10 -9 م ( = 8 * 10 14 - 3 * 10 16 هرتز). تم اكتشاف الأشعة فوق البنفسجية في عام 1801 من قبل العالم الألماني يوهان ريتر. ومن خلال دراسة اسوداد كلوريد الفضة تحت تأثير الضوء المرئي، اكتشف ريتر أن الفضة تتحول إلى اللون الأسود بشكل أكثر فعالية في المنطقة الواقعة خارج الطرف البنفسجي من الطيف، حيث يغيب الإشعاع المرئي. كان الإشعاع غير المرئي الذي تسبب في هذا السواد يسمى الأشعة فوق البنفسجية.

مصدر الأشعة فوق البنفسجية هو إلكترونات التكافؤ للذرات والجزيئات، وكذلك الشحنات الحرة سريعة الحركة.

يحتوي الإشعاع الصادر من المواد الصلبة التي يتم تسخينها إلى درجات حرارة -3000 كلفن على نسبة ملحوظة من الأشعة فوق البنفسجية ذات الطيف المستمر، والتي تزداد شدتها مع زيادة درجة الحرارة. المصدر الأقوى للأشعة فوق البنفسجية هو أي بلازما ذات درجة حرارة عالية. في التطبيقات المختلفة للأشعة فوق البنفسجية، يتم استخدام الزئبق والزينون ومصابيح تفريغ الغاز الأخرى. المصادر الطبيعية للأشعة فوق البنفسجية هي الشمس والنجوم والسدم والأجسام الفضائية الأخرى. ومع ذلك، فقط الجزء طويل الموجة من إشعاعها ( 290 نانومتر) يصل إلى سطح الأرض. لتسجيل الأشعة فوق البنفسجية في

 = 230 نانومتر، يتم استخدام مواد فوتوغرافية تقليدية، وفي منطقة الطول الموجي الأقصر، تكون طبقات فوتوغرافية خاصة منخفضة الجيلاتين حساسة لها. تُستخدم أجهزة الاستقبال الكهروضوئية التي تستخدم قدرة الأشعة فوق البنفسجية على إحداث التأين والتأثير الكهروضوئي: الثنائيات الضوئية، وغرف التأين، وعدادات الفوتون، والمضاعفات الضوئية.

بجرعات صغيرة، يكون للأشعة فوق البنفسجية تأثير مفيد وشفاء على البشر، حيث ينشط تخليق فيتامين د في الجسم، ويسبب أيضًا الاسمرار. يمكن لجرعة كبيرة من الأشعة فوق البنفسجية أن تسبب حروقًا جلدية وسرطانًا (قابل للشفاء بنسبة 80٪). بالإضافة إلى ذلك، فإن الأشعة فوق البنفسجية المفرطة تضعف جهاز المناعة في الجسم، مما يساهم في تطور بعض الأمراض. للأشعة فوق البنفسجية أيضًا تأثير مبيد للجراثيم: تحت تأثير هذا الإشعاع تموت البكتيريا المسببة للأمراض.

تُستخدم الأشعة فوق البنفسجية في مصابيح الفلورسنت، وفي الطب الشرعي (يمكن اكتشاف الوثائق المزورة من الصور الفوتوغرافية)، وفي تاريخ الفن (بمساعدة الأشعة فوق البنفسجية، يمكن اكتشاف آثار الترميم غير المرئية في اللوحات). زجاج النوافذ عمليا لا ينقل الأشعة فوق البنفسجية، لأنه يتم امتصاصه بواسطة أكسيد الحديد، وهو جزء من الزجاج. لهذا السبب، حتى في يوم مشمس حار، لا يمكنك أخذ حمام شمس في غرفة مع إغلاق النافذة.

العين البشرية لا ترى الأشعة فوق البنفسجية لأن... تمتص قرنية العين وعدسة العين الأشعة فوق البنفسجية. الأشعة فوق البنفسجية مرئية لبعض الحيوانات. على سبيل المثال، يتنقل الحمام عبر الشمس حتى في الطقس الغائم.

الأشعة السينية - وهو إشعاع كهرومغناطيسي مؤين، يحتل المنطقة الطيفية بين أشعة جاما والأشعة فوق البنفسجية ضمن أطوال موجية من 10 -12 - 10 -8 م (الترددات 3*10 16 - 3-10 20 هرتز). تم اكتشاف الأشعة السينية في عام 1895 من قبل الفيزيائي الألماني دبليو كيه رونتجن. المصدر الأكثر شيوعًا لإشعاع الأشعة السينية هو أنبوب الأشعة السينية، حيث تقصف الإلكترونات المتسارعة بواسطة مجال كهربائي قطبًا موجبًا معدنيًا. يمكن إنتاج الأشعة السينية عن طريق قصف الهدف بأيونات عالية الطاقة. يمكن لبعض النظائر المشعة والسينكروترونات - أجهزة تخزين الإلكترون - أن تعمل أيضًا كمصادر لإشعاع الأشعة السينية. المصادر الطبيعية للأشعة السينية هي الشمس والأجسام الفضائية الأخرى

يتم الحصول على صور الأشعة السينية للأشياء من خلال فيلم فوتوغرافي خاص بالأشعة السينية. يمكن تسجيل إشعاع الأشعة السينية باستخدام غرفة التأين، وعداد التلألؤ، والإلكترون الثانوي أو مضاعفات إلكترون القناة، وألواح القنوات الدقيقة. نظرًا لقدرتها العالية على الاختراق، تُستخدم الأشعة السينية في تحليل حيود الأشعة السينية (دراسة بنية الشبكة البلورية)، وفي دراسة بنية الجزيئات، واكتشاف العيوب في العينات، وفي الطب (الأشعة السينية، التصوير الفلوري، علاج السرطان)، في اكتشاف العيوب (الكشف عن العيوب في المسبوكات، القضبان)، في تاريخ الفن (اكتشاف لوحة قديمة مخبأة تحت طبقة من اللوحات اللاحقة)، في علم الفلك (عند دراسة مصادر الأشعة السينية)، وعلم الطب الشرعي. تؤدي جرعة كبيرة من الأشعة السينية إلى حروق وتغيرات في بنية دم الإنسان. إن إنشاء أجهزة استقبال الأشعة السينية ووضعها على المحطات الفضائية جعل من الممكن اكتشاف إشعاعات الأشعة السينية الصادرة عن مئات النجوم، بالإضافة إلى أغلفة المستعرات الأعظم والمجرات بأكملها.

أشعة غاما - إشعاع كهرومغناطيسي قصير الموجة يشغل كامل نطاق التردد  = 8∙10 14 - 10 17 هرتز، وهو ما يتوافق مع الأطوال الموجية  = 3.8·10 -7 - 3∙10 -9 م، اكتشف إشعاع جاما العالم الفرنسي بول فيلارد في عام 1900 أثناء دراسة إشعاع الراديوم في مجال مغناطيسي قوي، اكتشف فيلار إشعاعًا كهرومغناطيسيًا قصير الموجة، مثل الضوء، لا ينحرف عن المجال المغناطيسي. كان يطلق عليه إشعاع جاما. يرتبط إشعاع جاما بالعمليات النووية، وظواهر التحلل الإشعاعي التي تحدث مع مواد معينة، سواء على الأرض أو في الفضاء. يمكن تسجيل إشعاع جاما باستخدام غرف التأين والفقاعات، وكذلك باستخدام مستحلبات فوتوغرافية خاصة. يتم استخدامها في دراسة العمليات النووية وفي اكتشاف العيوب. إشعاع جاما له تأثير سلبي على البشر.

لذا، فإن الإشعاع منخفض التردد، وموجات الراديو، والأشعة تحت الحمراء، والإشعاع المرئي، والأشعة فوق البنفسجية، والأشعة السينية، والإشعاع  هي أنواع مختلفة من الإشعاع الكهرومغناطيسي.

إذا قمت بترتيب هذه الأنواع ذهنيًا وفقًا لزيادة التردد أو انخفاض الطول الموجي، فسوف تحصل على طيف واسع مستمر - مقياس للإشعاع الكهرومغناطيسي (يظهر المعلم المقياس). تشمل أنواع الإشعاع الخطيرة: أشعة غاما والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية، والباقي آمن.

تقسيم الإشعاع الكهرومغناطيسي إلى نطاقات مشروط. ولا توجد حدود واضحة بين المناطق. لقد تطورت أسماء المناطق تاريخياً، فهي ليست سوى وسيلة ملائمة لتصنيف مصادر الإشعاع.

جميع نطاقات مقياس الإشعاع الكهرومغناطيسي لها خصائص مشتركة:

الطبيعة الفيزيائية لجميع الإشعاعات هي نفسها

تنتشر جميع الإشعاعات في الفراغ بنفس السرعة، أي 3 * 10 8 م/ث

جميع الإشعاعات لها خصائص موجية مشتركة (الانعكاس، الانكسار، التداخل، الحيود، الاستقطاب)

5. تلخيص الدرس

في نهاية الدرس، ينتهي الطلاب من العمل على الطاولة.

خاتمة:إن النطاق الكامل للموجات الكهرومغناطيسية هو دليل على أن جميع الإشعاعات لها خصائص كمومية وموجية. خصائص الكم والموجة في هذه الحالة لا تستبعد بعضها البعض، بل تكمل بعضها البعض. تظهر خصائص الموجة بشكل أكثر وضوحًا عند الترددات المنخفضة وأقل وضوحًا عند الترددات العالية. وعلى العكس من ذلك، تظهر الخصائص الكمومية بشكل أكثر وضوحًا عند الترددات العالية وأقل وضوحًا عند الترددات المنخفضة. كلما كان الطول الموجي أقصر، ظهرت الخصائص الكمومية أكثر سطوعًا، وكلما زاد الطول الموجي، ظهرت الخصائص الموجية أكثر سطوعًا. كل هذا بمثابة تأكيد لقانون الديالكتيك (انتقال التغييرات الكمية إلى تغييرات نوعية).

العمود الأخير (تأثير السجلات الطبية الإلكترونية على البشر) و

إعداد تقرير عن استخدام السجلات الطبية الإلكترونية

) ، الذي يصف المجال الكهرومغناطيسي، أظهر نظريًا أن المجال الكهرومغناطيسي في الفراغ يمكن أن يوجد في غياب المصادر - الشحنات والتيارات. الحقل بدون مصادر له شكل موجات تنتشر بسرعة محدودة، وهي في الفراغ تساوي سرعة الضوء: مع= 299792458±1.2 م/ث. إن تزامن سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ مع سرعة الضوء المقاسة مسبقًا سمح لماكسويل باستنتاج أن الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية. وقد شكل استنتاج مماثل فيما بعد أساس النظرية الكهرومغناطيسية للضوء.

في عام 1888، تلقت نظرية الموجات الكهرومغناطيسية تأكيدا تجريبيا في تجارب هيرتز. باستخدام مصدر الجهد العالي والهزازات (انظر هزاز هيرتز)، كان هيرتز قادرًا على إجراء تجارب دقيقة لتحديد سرعة انتشار الموجة الكهرومغناطيسية وطولها. تم التأكيد تجريبياً على أن سرعة انتشار الموجة الكهرومغناطيسية تساوي سرعة الضوء، مما أثبت الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء.

كل ما نعرفه عن الفضاء (والعالم الصغير) تقريبًا معروف لنا بفضل الإشعاع الكهرومغناطيسي، أي تذبذبات المجالات الكهربائية والمغناطيسية التي تنتشر في الفراغ بسرعة الضوء. في الواقع، الضوء هو نوع خاص من الموجات الكهرومغناطيسية التي تراها العين البشرية.

يتم تقديم وصف دقيق للموجات الكهرومغناطيسية وانتشارها من خلال معادلات ماكسويل. ومع ذلك، يمكن تفسير هذه العملية نوعيا دون أي رياضيات. لنأخذ الإلكترون الساكن، وهو عبارة عن شحنة كهربائية سالبة تشبه النقطة تقريبًا. ويخلق حول نفسه مجالًا كهروستاتيكيًا، مما يؤثر على الشحنات الأخرى. يتم التأثير على الشحنات السالبة بواسطة قوة تنافر، ويتم التأثير على الشحنات الموجبة بواسطة قوة جاذبة، ويتم توجيه كل هذه القوى بشكل صارم على طول نصف القطر القادم من الإلكترون. مع المسافة، يضعف تأثير الإلكترون على الشحنات الأخرى، لكنه لا ينخفض ​​أبدًا إلى الصفر. بمعنى آخر، في جميع أنحاء الفضاء اللانهائي حول نفسه، يخلق الإلكترون مجال قوة شعاعية (وهذا صحيح فقط بالنسبة للإلكترون الذي يكون في حالة سكون أبدي عند نقطة واحدة).

لنفترض أن هناك قوة معينة (لن نحدد طبيعتها) تزعج بقية الإلكترون بشكل غير متوقع وتجعله يتحرك قليلاً إلى الجانب. الآن يجب أن تتباعد خطوط القوة عن المركز الجديد الذي تحرك فيه الإلكترون. لكن المجال الكهربائي المحيط بالشحنة لا يمكن أن يتغير على الفور. وعلى مسافة كبيرة بما فيه الكفاية، ستستمر خطوط القوة في الإشارة إلى الموقع الأصلي للشحنة لفترة طويلة. سيحدث هذا حتى تقترب موجة إعادة هيكلة المجال الكهربائي، والتي تنتشر بسرعة الضوء. هذه موجة كهرومغناطيسية، وسرعتها هي خاصية أساسية للفضاء في كوننا. وبطبيعة الحال، هذا الوصف مبسط للغاية، وبعضه ببساطة خاطئ، لكنه يعطي انطباعًا أوليًا عن كيفية انتشار الموجات الكهرومغناطيسية.

وإليك ما هو الخطأ في هذا الوصف. العملية الموصوفة ليست في الواقع موجة، أي عملية تذبذبية دورية منتشرة. لدينا توزيع، ولكن ليس هناك تردد. ولكن من السهل جدًا تصحيح هذا الخلل. لنجبر نفس القوة التي أخرجت الإلكترون من موضعه الأصلي على إعادته فورًا إلى مكانه. ثم ستتبع إعادة الهيكلة الأولى للمجال الكهربائي الشعاعي مباشرة إعادة الهيكلة الثانية، واستعادة الحالة الأصلية. الآن دع الإلكترون يكرر هذه الحركة بشكل دوري، وبعد ذلك سوف تسير الموجات الحقيقية على طول الخطوط الشعاعية لقوة المجال الكهربائي في جميع الاتجاهات. هذه الصورة هي بالفعل أفضل بكثير من الأولى. ومع ذلك، فإن هذا أيضًا ليس صحيحًا تمامًا - فقد تبين أن الموجات كهربائية بحتة وليست كهرومغناطيسية.

هذا هو الوقت المناسب لتذكر قانون الحث الكهرومغناطيسي: المجال الكهربائي المتغير يولد مجالًا مغناطيسيًا، والمجال المغناطيسي المتغير يولد مجالًا كهربائيًا. يبدو أن هذين الحقلين مرتبطان ببعضهما البعض. بمجرد أن نقوم بإحداث تغيير يشبه الموجة في المجال الكهربائي، تتم إضافة موجة مغناطيسية إليه على الفور. من المستحيل فصل هذا الزوج من الموجات - فهذه ظاهرة كهرومغناطيسية واحدة.

يمكنك تحسين الوصف بشكل أكبر، والتخلص تدريجيًا من عدم الدقة والتقديرات التقريبية. إذا أنهينا هذا الأمر، فسنحصل على معادلات ماكسويل التي سبق ذكرها. لكن دعونا نتوقف في منتصف الطريق، لأنه بالنسبة لنا فقط الفهم النوعي للسؤال هو المهم في الوقت الحالي، وجميع النقاط الرئيسية واضحة بالفعل من نموذجنا. العامل الرئيسي هو استقلالية انتشار الموجة الكهرومغناطيسية من مصدرها.

في الواقع، موجات المجالات الكهربائية والمغناطيسية، على الرغم من أنها نشأت بسبب تذبذبات الشحنة، إلا أنها لا تنتشر بشكل مستقل تمامًا. مهما حدث لشحنة المصدر، فإن الإشارة المتعلقة بها لن تلحق بالموجة الكهرومغناطيسية الصادرة - فهي لن تنتشر بشكل أسرع من الضوء. وهذا يسمح لنا باعتبار الموجات الكهرومغناطيسية ظواهر فيزيائية مستقلة إلى جانب الشحنات التي تولدها.

يتم وصف جميع العمليات الموجية باستخدام نفس النوع من المعادلات الرياضية. الخصائص التي تظهرها الموجات هي أيضًا نفسها وهي متأصلة في الموجات من أي طبيعة.

وتشمل أهم خصائص الموجة التداخل والحيود.

التشوش- تراكب موجتين، حيث تتقوى الموجات بشكل مطرد مع مرور الوقت في بعض النقاط في الفضاء وتضعف في نقاط أخرى. يفسر التداخل، على سبيل المثال، ظهور خطوط قوس قزح على فقاعات الصابون، وأسطح البرك، وعلى أجنحة الحشرات.

الشرط الضروري لتشكيل واستقرار نمط التداخل هو منطق موجات، أي. المصادفة الدقيقة لتردداتها وثبات السعات مع مرور الوقت. ليس من الضروري مساواة السعات، فهي تؤثر فقط على تباين الصورة.

المصادر الطبيعية للموجات ليست متماسكة، وللحصول على نمط تداخل بمساعدتها، عليك اللجوء إلى تقنيات مختلفة - تقسيم الموجة من مصدر واحد إلى أجزاء. يتمتع إشعاع الليزر بدرجة عالية من التماسك.

الانحراف- ظاهرة تتكون من موجة تنحني حول عدم التجانس المكاني. وبذلك تقع الموجة في منطقة الظل الهندسي. من أجل ملاحظة الحيود، من الضروري أن يكون حجم عدم التجانس مشابهًا لطول الموجة: د ~ ل. وبالتالي، فإن موجة من الحجر الذي تم إلقاؤه في الماء سوف تواجه الحيود من خلال كومة أو حجر بارز فوق سطح الماء، لكنها لن "تلاحظ" جذعًا رقيقًا من البردي.

عادة ما يكون التداخل والحيود من خواص الموجة. والعكس صحيح أيضا: إذا لوحظت هذه الظواهر، فيمكن اعتبار الكائن بثقة موجة. تبين أن هذه التصريحات كانت مثمرة للغاية في دراسة ظواهر العالم الصغير.

الموجات الكهرومغناطيسية في الطبيعة والتكنولوجيا.

من الواضح أننا نتخيل الأمواج عندما نتحدث عن الأمواج على الماء. ومع ذلك، فإننا نراها بفضل الموجات الكهرومغناطيسية - الضوء. في الطبيعة والتكنولوجيا، هذه هي الموجات الأكثر شيوعًا نظرًا للنطاق الواسع جدًا من الترددات والأطوال الموجية المحتملة. يتم توليد الموجات الكهرومغناطيسية دائمًا الشحنات الكهربائية التي تتحرك بشكل غير متساو (أي مع التسارع).الموجات الكهرومغناطيسية تكون دائمًا مستعرضة.

هيا نعطي مقياس الموجات الكهرومغناطيسية ، مما يدل على أصلهم. إن حدود أقسام المقياس تعسفية تمامًا، ويتم تحديد مسألة نوع الموجة المراد تصنيفها في المقام الأول حسب طبيعتها.

موجات الراديو 10 كم > لتر > 1 مم- المتولدة عن التيار الكهربائي المتناوب. يتراوح 1 م > ل > 1 مممُسَمًّى أفران ميكروويف(موجات الميكروويف).

الموجات الضوئية 1 مم > لتر > 1 نانومتر- تتولد عن الحركة الحرارية الفوضوية للجزيئات، وانتقالات الإلكترون داخل الذرات.

موجات الأشعة السينية 10 -8 م > ل > 10 -12 متنشأ عندما تتباطأ الإلكترونات في المادة.

أشعة غاما ل< 10 -11 м يحدث أثناء التفاعلات النووية.

وينقسم نطاق الطول الموجي البصري إلى مناطق الأشعة تحت الحمراء (IR) والمرئية والأشعة فوق البنفسجية (UV).. ترى العين البشرية جزءًا ضيقًا من الطيف: 0.78 ميكرومتر > لتر > 0.38 ميكرومتر.يدرك البشر بشكل أفضل l = 555 نانومتر (الضوء الأصفر والأخضر).

الموجات التلقائية.

يمكن أن يتواجد نوع خاص من الموجات في الوسائط النشطة أو في الوسائط المدعومة بالطاقة. بسبب المصادر الداخلية للوسط أو بسبب إمدادات الطاقة من الخارج، يمكن للموجة أن تنتشر دون توهين و دون أن تتغير خصائصه. تسمى هذه الموجات ذاتية الاستدامة في الوسائط غير الخطية موجات تلقائية (آر في خوخلوف).

تم اكتشاف الموجات التلقائية أثناء تفاعلات الاحتراق، أثناء نقل الإثارة على طول الألياف العصبية، والعضلات، وشبكية العين، عند تحليل حجم المجموعات البيولوجية، وما إلى ذلك.

الشرط الأساسي لوجود الموجات التلقائية هو اللاخطية البيئة، أي. اعتماد خصائص الوسط على خصائص الموجة. يبدو أن الموجة نفسها تحدد كمية الطاقة اللازمة للحفاظ على خصائصها، وبالتالي تنفيذها تعليق .

محاضرة 10.

قوانين العالم الصغير. ازدواجية موجة الجسيمات للمادة. مبدأ التكامل وإشكالية السببية.

فرضية م. بلانك لكميات الطاقة.

إن الخصائص الموجية المتأصلة في الضوء معروفة منذ زمن طويل، منذ القرن السابع عشر. ومع ذلك، فقط في النصف الثاني من القرن التاسع عشر. وقد ثبت أخيراً أن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية.

ومع ذلك، كان هناك عدد من الظواهر التي لا يمكن تفسيرها من وجهة نظر الطبيعة الموجية للضوء. ومن هذه الظواهر - ضغط خفيف ، وهو ما يمكن إثباته بسهولة تجريبيا، و تأثير الصورة ، تمت دراسته بالتفصيل بواسطة P. N. ليبيديف. يتكون التأثير الكهروضوئي من الضوء الذي يطرد الإلكترونات من سطح المعدن. يظهر تيار كهربائي يسمى التيار الضوئي. إن قوانين التأثير الكهروضوئي تجعل من الطبيعي اعتبار الإشعاع الذي يسببه بمثابة تدفق لجسيمات معينة وليس كموجة.

هناك مشكلة أخرى لا يمكن حلها بناءً على النظرية الموجية للضوء، وقد أطلق عليها المعاصرون هذا الاسم "كارثة الأشعة فوق البنفسجية". تتنبأ النظرية الموجية بأن طاقة الإشعاع الحراري (أي الموجة الكهرومغناطيسية المنبعثة من أي جسم بسبب الحركة الحرارية لجزيئاته) يجب أن تكون أكبر، كلما زاد ترددها. وهذا يعني أنه يجب أن تنبعث الكثير من الطاقة في نطاق الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية بحيث ينفق الجسم كل طاقته على الإشعاع الحراري. أظهرت التجربة تناقضًا كاملاً مع نظرية الموجة الكلاسيكية. لا يعتمد الإشعاع الحراري الحقيقي بشكل رتيب على التردد، فهناك تردد تكون فيه شدة الإشعاع القصوى، وعند الترددات العالية والمنخفضة تميل إلى الصفر. وبالتالي، فإن نظرية الموجة الكلاسيكية لم تصف الإشعاع الحراري بشكل كاف.

في عام 1900، طرح م. بلانك فرضية مفادها أن الجسم الساخن يصدر الطاقة ليس بشكل مستمر، ولكن في أجزاء منفصلة، ​​والتي كانت تسمى في عام 1905 الكميات . تتناسب طاقة الكم الواحد مع تردد الإشعاع:

ثابت h = 6.63 10 -34 J s, ћ = ћ/2p = 1.055 10 -34 J s – ثوابت بلانك. (لاحظ أن البعد ћ يتزامن مع بعد الزخم الزاوي. وتسمى الكمية ћ أحيانًا "كم الفعل").

ثابت بلانك هو أحد الثوابت الفيزيائية الأساسية. عالمنا هو ما هو عليه، على وجه الخصوص، لأنه له هذا بالضبط وليس أي معنى آخر.

وهكذا، فإن الموجة، التي كانت تعتبر في السابق مستمرة، تم تمثيلها في شكل منفصل. تبين أن هذه الفرضية كانت مثمرة للغاية وجعلت من الممكن وصف الإشعاع الحراري كميًا بما يتوافق تمامًا مع التجربة. في تطوير فرضية بلانك، كان من المفترض أن الموجة لا تنبعث فقط، ولكنها تنتشر أيضًا ويتم امتصاصها في شكل الكمات. ومع ذلك، لم يكن من الواضح ما إذا كانت الطبيعة المنفصلة للإشعاع هي خاصية للإشعاع نفسه أم أنها نتيجة لتفاعله مع المادة. أول من فهم أن التفرد هو خاصية متكاملة للإشعاع هو أينشتاين، الذي طبق هذه الفكرة في دراسته للتأثير الكهروضوئي.