Ηλεκτρομαγνητικά κύματα στη φύση και την τεχνολογία Heinrich Rudolf. Περίληψη μαθήματος Κλίμακα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ιδιότητες ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων διαφορετικών περιοχών συχνοτήτων. Ηλεκτρομαγνητικά κύματα στη φύση και την τεχνολογία Εύρος ακτινοβολίας και ύλη

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις που διαδίδονται στο χώρο με πεπερασμένη ταχύτητα, ανάλογα με τις ιδιότητες του μέσου. Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που διαδίδεται.

Είναι σχεδόν αδύνατο να υπερεκτιμηθεί η σημασία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων όσον αφορά τη χρήση τους στη λειτουργία της σύγχρονης τεχνολογίας. Εφαρμογές: Ραδιοφωνικές εκπομπές. Τηλεοπτική μετάδοση Επικοινωνίες κινητής τηλεφωνίας Wi-fi και Bluetooth. Συσκευές

Εφαρμογή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην καθημερινή ζωή Πηγές ακτινοβολίας χαμηλής συχνότητας (0 - 3 kHz) είναι όλα τα συστήματα παραγωγής, μεταφοράς και διανομής ηλεκτρικής ενέργειας (γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας, υποσταθμοί μετασχηματιστών, σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, διάφορα καλωδιακά συστήματα), ηλεκτρικά οικιακά και γραφεία και ηλεκτρονικός εξοπλισμός, συμπεριλαμβανομένων οθονών Η/Υ, ηλεκτροκίνητων μεταφορών, σιδηροδρομικών μεταφορών και της υποδομής τους, καθώς και μεταφοράς μετρό, τρόλεϊ και τραμ.

Οι πηγές ακτινοβολίας υψηλής συχνότητας (από 3 kHz έως 300 GHz) περιλαμβάνουν λειτουργικούς πομπούς - πηγές ηλεκτρομαγνητικών πεδίων με σκοπό τη μετάδοση ή λήψη πληροφοριών. Αυτοί είναι εμπορικοί πομποί (ραδιόφωνο, τηλεόραση), ραδιοτηλέφωνα (αυτοκίνητο, ραδιοτηλέφωνα, ραδιόφωνο CB, ραδιοερασιτεχνικοί πομποί, βιομηχανικά ραδιοτηλέφωνα), κατευθυντικές ραδιοεπικοινωνίες (δορυφορικές ραδιοεπικοινωνίες, επίγειοι σταθμοί αναμετάδοσης), πλοήγηση (εναέρια κυκλοφορία, ναυτιλία, ραδιοσημείο) , εντοπιστές (αεροπορική επικοινωνία, ναυτιλία, εντοπιστές μεταφορών, έλεγχος αεροπορικών μεταφορών).

Η πηγή του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε κατοικίες είναι μια ποικιλία ηλεκτρικού εξοπλισμού - ψυγεία, σίδερα, ηλεκτρικές σκούπες, ηλεκτρικοί φούρνοι, τηλεοράσεις, υπολογιστές κ.λπ., καθώς και η ηλεκτρική καλωδίωση του διαμερίσματος. Το ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον ενός διαμερίσματος επηρεάζεται από τον ηλεκτρικό εξοπλισμό του κτιρίου, τους μετασχηματιστές και τις καλωδιακές γραμμές. Το ηλεκτρικό πεδίο στα κτίρια κατοικιών κυμαίνεται από 1 -10 V/m. Ωστόσο, μπορεί να υπάρχουν σημεία υψηλού επιπέδου, όπως μια μη γειωμένη οθόνη υπολογιστή.

Η ακτινοβολία ακτίνων Χ (συνώνυμο ακτίνες Χ) είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μεγάλο εύρος μηκών κύματος (από 8·10 -6 έως 10 -12 cm).

Η ακτινοβολία ακτίνων Χ είναι ιονίζουσα. Επηρεάζει τους ιστούς των ζωντανών οργανισμών και μπορεί να προκαλέσει ασθένεια ακτινοβολίας, εγκαύματα από ακτινοβολία και κακοήθεις όγκους. Για το λόγο αυτό, πρέπει να λαμβάνονται προστατευτικά μέτρα κατά την εργασία με ακτίνες Χ. Πιστεύεται ότι η βλάβη είναι ευθέως ανάλογη με την απορροφούμενη δόση ακτινοβολίας. Η ακτινοβολία ακτίνων Χ είναι ένας μεταλλαξογόνος παράγοντας.

Συμπέρασμα Η ραγδαία ανάπτυξη τομέων της εθνικής οικονομίας έχει οδηγήσει στη χρήση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε όλη τη βιομηχανική παραγωγή, την ιατρική και την καθημερινή ζωή. Επιπλέον, σε ορισμένες περιπτώσεις ένα άτομο εκτίθεται στην επιρροή τους. Shelepalo K. Dmitriychuk V. 11 -A

Περίληψη μαθήματος για το θέμα

«Κλίμακα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ιδιότητες ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων διαφορετικών περιοχών συχνοτήτων. Ηλεκτρομαγνητικά κύματα στη φύση και την τεχνολογία"

Στόχοι μαθήματος:εξετάστε την κλίμακα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, χαρακτηρίστε τα κύματα διαφορετικών περιοχών συχνοτήτων. δείχνουν το ρόλο των διαφόρων τύπων ακτινοβολίας στην ανθρώπινη ζωή, την επίδραση διαφόρων τύπων ακτινοβολίας στον άνθρωπο. συστηματοποίηση υλικού για το θέμα και εμβάθυνση των γνώσεων των μαθητών σχετικά με τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. να αναπτύξουν τον προφορικό λόγο των μαθητών, τις δημιουργικές δεξιότητες των μαθητών, τη λογική, τη μνήμη. γνωστικές ικανότητες? να αναπτύξουν το ενδιαφέρον των μαθητών για τη μελέτη της φυσικής· καλλιεργήστε την ακρίβεια και τη σκληρή δουλειά

Τύπος μαθήματος:μάθημα για τη διαμόρφωση νέας γνώσης

Μορφή:διάλεξη με παρουσίαση

Εξοπλισμός:υπολογιστής, προβολέας πολυμέσων, παρουσίαση «Κλίμακα

Ηλεκτρομαγνητικά κύματα"

Κατά τη διάρκεια των μαθημάτων

Οργάνωση χρόνου

Κίνητρα για εκπαιδευτικές και γνωστικές δραστηριότητες

Το Σύμπαν είναι ένας ωκεανός ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Οι άνθρωποι ζουν σε αυτό, ως επί το πλείστον, χωρίς να παρατηρούν τα κύματα που διαπερνούν τον περιβάλλοντα χώρο. Καθώς ζεσταίνεται δίπλα στο τζάκι ή ανάβει ένα κερί, ένα άτομο κάνει την πηγή αυτών των κυμάτων να λειτουργήσει, χωρίς να σκέφτεται τις ιδιότητές τους. Αλλά η γνώση είναι δύναμη: έχοντας ανακαλύψει τη φύση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, η ανθρωπότητα κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα έχει κατακτήσει και έχει θέσει στην υπηρεσία της τα πιο ποικίλα είδη της.

Καθορισμός του θέματος και των στόχων του μαθήματος

Σήμερα θα κάνουμε ένα ταξίδι στην κλίμακα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, θα εξετάσουμε τους τύπους ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε διαφορετικές περιοχές συχνοτήτων. Καταγράψτε το θέμα του μαθήματος: «Κλίμακα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ιδιότητες ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων διαφορετικών περιοχών συχνοτήτων. Ηλεκτρομαγνητικά κύματα στη φύση και την τεχνολογία».

Θα μελετήσουμε κάθε ακτινοβολία σύμφωνα με το παρακάτω γενικευμένο σχέδιο. Γενικό σχέδιο για τη μελέτη της ακτινοβολίας:

1. Όνομα εύρους

2. Συχνότητα

3. Μήκος κύματος

4. Από ποιον ανακαλύφθηκε;

5. Πηγή

6. Δείκτης

7. Εφαρμογή

8. Επίδραση στον άνθρωπο

Καθώς μελετάτε το θέμα, πρέπει να συμπληρώσετε τον παρακάτω πίνακα:

"Ηλεκτρομαγνητική κλίμακα ακτινοβολίας"

Ονομαακτινοβολία	Συχνότητα	Μήκος κύματος	Ποιος ήταν Άνοιξε	Πηγή	Δείκτης	Εφαρμογή	Επίδραση στον άνθρωπο

Παρουσίαση νέου υλικού

Το μήκος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μπορεί να είναι πολύ διαφορετικό: από τιμές της τάξης του 10 13 m (δονήσεις χαμηλής συχνότητας) έως 10 -10 Μ ( - ακτίνες). Το φως αποτελεί ένα μικρό μέρος του ευρέος φάσματος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ωστόσο, ήταν κατά τη διάρκεια της μελέτης αυτού του μικρού τμήματος του φάσματος που ανακαλύφθηκαν άλλες ακτινοβολίες με ασυνήθιστες ιδιότητες.
Συνηθίζεται να τονίζουμε ακτινοβολία χαμηλής συχνότητας, ραδιοακτινοβολία, υπέρυθρες ακτίνες, ορατό φως, υπεριώδεις ακτίνες, ακτίνες Χ και -ακτινοβολία.Η ακτινοβολία με το μικρότερο μήκος κύματος εκπέμπεται από τους ατομικούς πυρήνες.

Δεν υπάρχει θεμελιώδης διαφορά μεταξύ μεμονωμένων ακτινοβολιών. Όλα αυτά είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα που παράγονται από φορτισμένα σωματίδια. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ανιχνεύονται τελικά από την επίδρασή τους στα φορτισμένα σωματίδια . Στο κενό, η ακτινοβολία οποιουδήποτε μήκους κύματος ταξιδεύει με ταχύτητα 300.000 km/s.Τα όρια μεταξύ επιμέρους περιοχών της κλίμακας ακτινοβολίας είναι πολύ αυθαίρετα.
Ακτινοβολία διαφορετικών μηκών κύματος διαφέρουν μεταξύ τους στον τρόπο που είναι λήψη(ακτινοβολία κεραίας, θερμική ακτινοβολία, ακτινοβολία κατά την πέδηση γρήγορων ηλεκτρονίων κ.λπ.) και τρόπους εγγραφής.

Όλοι οι αναφερόμενοι τύποι ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας παράγονται επίσης από διαστημικά αντικείμενα και μελετώνται επιτυχώς χρησιμοποιώντας πυραύλους, τεχνητούς γήινους δορυφόρους και διαστημόπλοια. Πρώτα απ 'όλα, αυτό ισχύει για τις ακτίνες Χ και την ακτινοβολία, που απορροφώνται έντονα από την ατμόσφαιρα.

Καθώς το μήκος κύματος μειώνεται Οι ποσοτικές διαφορές στα μήκη κύματος οδηγούν σε σημαντικές ποιοτικές διαφορές.

Οι ακτινοβολίες διαφορετικών μηκών κύματος διαφέρουν πολύ μεταξύ τους ως προς την απορρόφησή τους από την ύλη. Η ακτινοβολία βραχέων κυμάτων (ακτίνες Χ και ιδιαίτερα οι -ακτίνες) απορροφάται ασθενώς. Οι ουσίες που είναι αδιαφανείς στα οπτικά κύματα είναι διαφανείς σε αυτές τις ακτινοβολίες. Ο συντελεστής ανάκλασης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων εξαρτάται επίσης από το μήκος κύματος. Αλλά η κύρια διαφορά μεταξύ της ακτινοβολίας μακρών και βραχέων κυμάτων είναι αυτή Η ακτινοβολία βραχέων κυμάτων αποκαλύπτει τις ιδιότητες των σωματιδίων.

Ας εξετάσουμε κάθε ακτινοβολία.

Ακτινοβολία χαμηλής συχνότηταςεμφανίζεται στην περιοχή συχνοτήτων από 3 10 -3 έως 3 10 5 Hz. Αυτή η ακτινοβολία αντιστοιχεί σε μήκος κύματος 10 13 - 10 5 m. Η ακτινοβολία τέτοιων σχετικά χαμηλών συχνοτήτων μπορεί να παραμεληθεί. Η πηγή της ακτινοβολίας χαμηλής συχνότητας είναι οι γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος. Χρησιμοποιείται στην τήξη και τη σκλήρυνση μετάλλων.

Ραδιοκύματακαταλαμβάνουν το εύρος συχνοτήτων 3·10 5 - 3·10 11 Hz. Αντιστοιχούν σε μήκος κύματος 10 5 - 10 -3 μ. Η πηγή των ραδιοκυμάτων, καθώς και της ακτινοβολίας χαμηλής συχνότητας, είναι το εναλλασσόμενο ρεύμα. Επίσης η πηγή είναι μια γεννήτρια ραδιοσυχνοτήτων, αστέρια, συμπεριλαμβανομένου του Ήλιου, γαλαξίες και μεταγαλαξίες. Οι δείκτες είναι ένας δονητής Hertz και ένα κύκλωμα ταλάντωσης.

Η υψηλή συχνότητα των ραδιοκυμάτων, σε σύγκριση με την ακτινοβολία χαμηλής συχνότητας, οδηγεί σε αισθητή ακτινοβολία ραδιοκυμάτων στο διάστημα. Αυτό τους επιτρέπει να χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση πληροφοριών σε διάφορες αποστάσεις. Μεταδίδονται ομιλία, μουσική (ραδιοφωνική μετάδοση), τηλεγραφικά σήματα (ραδιοεπικοινωνίες) και εικόνες διαφόρων αντικειμένων (ραδιοεντοπισμός).

Τα ραδιοκύματα χρησιμοποιούνται για τη μελέτη της δομής της ύλης και των ιδιοτήτων του μέσου στο οποίο διαδίδονται. Η μελέτη της ραδιοεκπομπής από διαστημικά αντικείμενα είναι το αντικείμενο της ραδιοαστρονομίας. Στη ραδιομετεωρολογία, οι διεργασίες μελετώνται με βάση τα χαρακτηριστικά των λαμβανόμενων κυμάτων.

Υπέρυθρη ακτινοβολίακαταλαμβάνει το εύρος συχνοτήτων 3*10 11 - 3,85*10 14 Hz. Αντιστοιχούν σε μήκος κύματος 2·10 -3 - 7,6·10 -7 m.

Η υπέρυθρη ακτινοβολία ανακαλύφθηκε το 1800 από τον αστρονόμο William Herschel. Ενώ μελετούσε την άνοδο της θερμοκρασίας ενός θερμομέτρου που θερμαίνεται από το ορατό φως, ο Herschel ανακάλυψε τη μεγαλύτερη θέρμανση του θερμομέτρου έξω από την περιοχή του ορατού φωτός (πέρα από την περιοχή του κόκκινου). Η αόρατη ακτινοβολία, δεδομένης της θέσης της στο φάσμα, ονομαζόταν υπέρυθρη. Η πηγή της υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι η ακτινοβολία μορίων και ατόμων υπό θερμικές και ηλεκτρικές επιδράσεις. Μια ισχυρή πηγή υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι ο Ήλιος· περίπου το 50% της ακτινοβολίας του βρίσκεται στην υπέρυθρη περιοχή. Η υπέρυθρη ακτινοβολία αντιπροσωπεύει σημαντικό μερίδιο (από 70 έως 80%) της ενέργειας ακτινοβολίας των λαμπτήρων πυρακτώσεως με νήμα βολφραμίου. Η υπέρυθρη ακτινοβολία εκπέμπεται από ένα ηλεκτρικό τόξο και από διάφορους λαμπτήρες εκκένωσης αερίου. Η ακτινοβολία ορισμένων λέιζερ βρίσκεται στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος. Δείκτες υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι φωτογραφίες και θερμίστορ, ειδικά γαλακτώματα φωτογραφίας. Η υπέρυθρη ακτινοβολία χρησιμοποιείται για ξήρανση ξύλου, τροφίμων και διαφόρων χρωμάτων και βερνικιών (υπέρυθρη θέρμανση), για σηματοδότηση σε κακή ορατότητα και καθιστά δυνατή τη χρήση οπτικών συσκευών που σας επιτρέπουν να βλέπετε στο σκοτάδι, καθώς και για τηλεχειρισμό. Οι υπέρυθρες ακτίνες χρησιμοποιούνται για την καθοδήγηση βλημάτων και βλημάτων σε στόχους και για τον εντοπισμό καμουφλαρισμένων εχθρών. Αυτές οι ακτίνες καθιστούν δυνατό τον προσδιορισμό της διαφοράς στις θερμοκρασίες των επιμέρους περιοχών της επιφάνειας των πλανητών και των δομικών χαρακτηριστικών των μορίων της ύλης (φασματική ανάλυση). Η υπέρυθρη φωτογραφία χρησιμοποιείται στη βιολογία κατά τη μελέτη φυτικών ασθενειών, στην ιατρική κατά τη διάγνωση δερματικών και αγγειακών παθήσεων και στην εγκληματολογία κατά την ανίχνευση πλαστών. Όταν εκτίθεται στον άνθρωπο, προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας του ανθρώπινου σώματος.

Ορατή ακτινοβολία - το μόνο εύρος ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που γίνεται αντιληπτό από το ανθρώπινο μάτι. Τα φωτεινά κύματα καταλαμβάνουν ένα αρκετά στενό εύρος: 380 - 670 nm ( = 3,85 10 14 - 8 10 14 Hz). Η πηγή της ορατής ακτινοβολίας είναι τα ηλεκτρόνια σθένους στα άτομα και τα μόρια, που αλλάζουν τη θέση τους στο διάστημα, καθώς και τα ελεύθερα φορτία που κινούνται με επιταχυνόμενο ρυθμό. Αυτό το τμήμα του φάσματος δίνει σε ένα άτομο τις μέγιστες πληροφορίες για τον κόσμο γύρω του. Όσον αφορά τις φυσικές του ιδιότητες, είναι παρόμοιο με άλλες φασματικές περιοχές, αποτελώντας μόνο ένα μικρό μέρος του φάσματος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η ακτινοβολία που έχει διαφορετικά μήκη κύματος (συχνότητες) στο ορατό εύρος έχει διαφορετικές φυσιολογικές επιδράσεις στον αμφιβληστροειδή του ανθρώπινου ματιού, προκαλώντας την ψυχολογική αίσθηση του φωτός. Το χρώμα δεν είναι μια ιδιότητα ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος φωτός από μόνο του, αλλά μια εκδήλωση της ηλεκτροχημικής δράσης του ανθρώπινου φυσιολογικού συστήματος: μάτια, νεύρα, εγκέφαλος. Κατά προσέγγιση, μπορούμε να ονομάσουμε επτά βασικά χρώματα που διακρίνονται από το ανθρώπινο μάτι στο ορατό εύρος (με σειρά αυξανόμενης συχνότητας ακτινοβολίας): κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί, βιολετί. Η απομνημόνευση της ακολουθίας των βασικών χρωμάτων του φάσματος διευκολύνεται από μια φράση, κάθε λέξη της οποίας ξεκινά με το πρώτο γράμμα του ονόματος του κύριου χρώματος: «Κάθε κυνηγός θέλει να ξέρει πού κάθεται ο φασιανός». Η ορατή ακτινοβολία μπορεί να επηρεάσει την εμφάνιση χημικών αντιδράσεων στα φυτά (φωτοσύνθεση) και σε ζώα και ανθρώπους. Ορατή ακτινοβολία εκπέμπεται από ορισμένα έντομα (πυγολαμπίδες) και μερικά ψάρια βαθέων υδάτων λόγω χημικών αντιδράσεων στο σώμα. Η απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα από τα φυτά ως αποτέλεσμα της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης και της απελευθέρωσης οξυγόνου βοηθά στη διατήρηση της βιολογικής ζωής στη Γη. Η ορατή ακτινοβολία χρησιμοποιείται επίσης όταν φωτίζονται διάφορα αντικείμενα.

Το φως είναι η πηγή της ζωής στη Γη και ταυτόχρονα η πηγή των ιδεών μας για τον κόσμο γύρω μας.

Υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ,ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αόρατη στο μάτι, που καταλαμβάνει τη φασματική περιοχή μεταξύ της ορατής και της ακτινοβολίας ακτίνων Χ σε μήκη κύματος 3,8 ∙ 10 -7 - 3 ∙ 10 -9 m ( = 8 * 10 14 - 3 * 10 16 Hz). Η υπεριώδης ακτινοβολία ανακαλύφθηκε το 1801 από τον Γερμανό επιστήμονα Johann Ritter. Μελετώντας το μαύρισμα του χλωριούχου αργύρου υπό την επίδραση του ορατού φωτός, ο Ritter ανακάλυψε ότι ο άργυρος μαυρίζει ακόμα πιο αποτελεσματικά στην περιοχή πέρα ​​από το ιώδες άκρο του φάσματος, όπου η ορατή ακτινοβολία απουσιάζει. Η αόρατη ακτινοβολία που προκάλεσε αυτό το μαύρισμα ονομάστηκε υπεριώδης ακτινοβολία.

Η πηγή της υπεριώδους ακτινοβολίας είναι τα ηλεκτρόνια σθένους των ατόμων και των μορίων, καθώς και τα ταχέως κινούμενα ελεύθερα φορτία.

Η ακτινοβολία από στερεά που θερμαίνονται σε θερμοκρασίες -3000 Κ περιέχει μια αξιοσημείωτη αναλογία υπεριώδους ακτινοβολίας ενός συνεχούς φάσματος, η ένταση της οποίας αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Μια πιο ισχυρή πηγή υπεριώδους ακτινοβολίας είναι κάθε πλάσμα υψηλής θερμοκρασίας. Για διάφορες εφαρμογές υπεριώδους ακτινοβολίας, χρησιμοποιούνται λαμπτήρες υδραργύρου, ξένον και άλλοι λαμπτήρες εκκένωσης αερίου. Φυσικές πηγές υπεριώδους ακτινοβολίας είναι ο Ήλιος, τα αστέρια, τα νεφελώματα και άλλα διαστημικά αντικείμενα. Ωστόσο, μόνο το μεγάλο κύμα τμήμα της ακτινοβολίας τους ( 290 nm) φτάνει στην επιφάνεια της γης. Για να καταχωρήσετε την υπεριώδη ακτινοβολία στο

 = 230 nm, χρησιμοποιούνται συμβατικά φωτογραφικά υλικά· στην περιοχή μικρότερου μήκους κύματος, ειδικά φωτογραφικά στρώματα χαμηλής ζελατίνης είναι ευαίσθητα σε αυτό. Χρησιμοποιούνται φωτοηλεκτρικοί δέκτες που χρησιμοποιούν την ικανότητα της υπεριώδους ακτινοβολίας να προκαλεί ιονισμό και το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο: φωτοδίοδοι, θάλαμοι ιονισμού, μετρητές φωτονίων, φωτοπολλαπλασιαστές.

Σε μικρές δόσεις, η υπεριώδης ακτινοβολία έχει ευεργετική, θεραπευτική δράση στον άνθρωπο, ενεργοποιώντας τη σύνθεση της βιταμίνης D στον οργανισμό, καθώς και προκαλώντας μαύρισμα. Μια μεγάλη δόση υπεριώδους ακτινοβολίας μπορεί να προκαλέσει δερματικά εγκαύματα και καρκίνο (80% ιάσιμο). Επιπλέον, η υπερβολική υπεριώδης ακτινοβολία αποδυναμώνει το ανοσοποιητικό σύστημα του οργανισμού, συμβάλλοντας στην ανάπτυξη ορισμένων ασθενειών. Η υπεριώδης ακτινοβολία έχει επίσης βακτηριοκτόνο αποτέλεσμα: υπό την επίδραση αυτής της ακτινοβολίας, τα παθογόνα βακτήρια πεθαίνουν.

Η υπεριώδης ακτινοβολία χρησιμοποιείται σε λαμπτήρες φθορισμού, στην εγκληματολογική επιστήμη (παραπλανητικά έγγραφα μπορούν να εντοπιστούν από φωτογραφίες) και στην ιστορία της τέχνης (με τη βοήθεια των υπεριωδών ακτίνων, αόρατα ίχνη αποκατάστασης μπορούν να ανιχνευθούν σε πίνακες ζωγραφικής). Το γυαλί παραθύρων πρακτικά δεν μεταδίδει υπεριώδη ακτινοβολία, γιατί Απορροφάται από το οξείδιο του σιδήρου, το οποίο είναι μέρος του γυαλιού. Για το λόγο αυτό, ακόμη και μια ζεστή ηλιόλουστη μέρα δεν μπορείτε να κάνετε ηλιοθεραπεία σε ένα δωμάτιο με κλειστό παράθυρο.

Το ανθρώπινο μάτι δεν βλέπει την υπεριώδη ακτινοβολία γιατί... Ο κερατοειδής χιτώνας του ματιού και ο φακός του ματιού απορροφούν την υπεριώδη ακτινοβολία. Η υπεριώδης ακτινοβολία είναι ορατή σε ορισμένα ζώα. Για παράδειγμα, ένα περιστέρι πλοηγείται δίπλα στον Ήλιο ακόμα και σε συννεφιασμένο καιρό.

Ακτινοβολία ακτίνων Χ - Πρόκειται για ηλεκτρομαγνητική ιονίζουσα ακτινοβολία, που καταλαμβάνει τη φασματική περιοχή μεταξύ ακτινοβολίας γάμμα και υπεριώδους ακτινοβολίας σε μήκη κύματος από 10 -12 - 10 -8 m (συχνότητες 3 * 10 16 - 3-10 20 Hz). Η ακτινοβολία ακτίνων Χ ανακαλύφθηκε το 1895 από τον Γερμανό φυσικό W. K. Roentgen. Η πιο κοινή πηγή ακτινοβολίας ακτίνων Χ είναι ένας σωλήνας ακτίνων Χ, στον οποίο τα ηλεκτρόνια που επιταχύνονται από ένα ηλεκτρικό πεδίο βομβαρδίζουν μια μεταλλική άνοδο. Οι ακτίνες Χ μπορούν να παραχθούν βομβαρδίζοντας έναν στόχο με ιόντα υψηλής ενέργειας. Ορισμένα ραδιενεργά ισότοπα και σύγχροτρα - συσκευές αποθήκευσης ηλεκτρονίων - μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως πηγές ακτινοβολίας ακτίνων Χ. Φυσικές πηγές ακτινοβολίας ακτίνων Χ είναι ο Ήλιος και άλλα διαστημικά αντικείμενα

Οι εικόνες ακτίνων Χ αντικειμένων λαμβάνονται σε ειδικό φωτογραφικό φιλμ ακτίνων Χ. Η ακτινοβολία ακτίνων Χ μπορεί να καταγραφεί χρησιμοποιώντας θάλαμο ιονισμού, μετρητή σπινθηρισμού, δευτερεύοντες πολλαπλασιαστές ηλεκτρονίων ή διαύλου ηλεκτρονίων και πλάκες μικροκαναλιού. Λόγω της υψηλής διεισδυτικής της ικανότητας, η ακτινοβολία ακτίνων Χ χρησιμοποιείται στην ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ (μελέτη της δομής ενός κρυσταλλικού πλέγματος), στη μελέτη της δομής των μορίων, στην ανίχνευση ελαττωμάτων σε δείγματα, στην ιατρική (ακτίνες Χ, φθορογραφία, θεραπεία του καρκίνου), στην ανίχνευση ελαττωμάτων (ανίχνευση ελαττωμάτων σε χυτά υλικά, ράγες), στην ιστορία της τέχνης (ανακάλυψη αρχαίας ζωγραφικής που κρύβεται κάτω από ένα στρώμα μεταγενέστερης ζωγραφικής), στην αστρονομία (κατά τη μελέτη πηγών ακτίνων Χ) και στην εγκληματολογία. Μια μεγάλη δόση ακτινοβολίας ακτίνων Χ οδηγεί σε εγκαύματα και αλλαγές στη δομή του ανθρώπινου αίματος. Η δημιουργία δεκτών ακτίνων Χ και η τοποθέτησή τους σε διαστημικούς σταθμούς κατέστησαν δυνατή την ανίχνευση ακτινοβολίας ακτίνων Χ από εκατοντάδες αστέρια, καθώς και κελύφη υπερκαινοφανών και ολόκληρων γαλαξιών.

Ακτινοβολία γάμμα - ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία βραχέων κυμάτων, που καταλαμβάνει όλο το φάσμα συχνοτήτων  = 8∙10 14 - 10 17 Hz, που αντιστοιχεί σε μήκη κύματος  = 3,8·10 -7 - 3∙10 -9 μ. Η ακτινοβολία γάμμα ανακαλύφθηκε από τον Γάλλο επιστήμονα Paul Villard το 1900 Ενώ μελετούσε την ακτινοβολία ραδίου σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, ο Villar ανακάλυψε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία βραχέων κυμάτων που, όπως το φως, δεν εκτρέπεται από ένα μαγνητικό πεδίο. Ονομάστηκε ακτινοβολία γάμμα. Η ακτινοβολία γάμμα σχετίζεται με πυρηνικές διεργασίες, φαινόμενα ραδιενεργού αποσύνθεσης που συμβαίνουν με ορισμένες ουσίες, τόσο στη Γη όσο και στο διάστημα. Η ακτινοβολία γάμμα μπορεί να καταγραφεί χρησιμοποιώντας θαλάμους ιονισμού και φυσαλίδων, καθώς και με τη χρήση ειδικών φωτογραφικών γαλακτωμάτων. Χρησιμοποιούνται στη μελέτη πυρηνικών διεργασιών και στην ανίχνευση ελαττωμάτων. Η ακτινοβολία γάμμα έχει αρνητική επίδραση στον άνθρωπο.

Έτσι, η ακτινοβολία χαμηλής συχνότητας, τα ραδιοκύματα, η υπέρυθρη ακτινοβολία, η ορατή ακτινοβολία, η υπεριώδης ακτινοβολία, οι ακτίνες Χ, η ακτινοβολία  είναι διαφορετικοί τύποι ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Εάν τακτοποιήσετε νοητικά αυτούς τους τύπους σύμφωνα με την αυξανόμενη συχνότητα ή το μειούμενο μήκος κύματος, θα λάβετε ένα ευρύ συνεχές φάσμα - μια κλίμακα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (ο δάσκαλος δείχνει κλίμακα). Οι επικίνδυνοι τύποι ακτινοβολίας περιλαμβάνουν: ακτινοβολία γάμμα, ακτίνες Χ και υπεριώδη ακτινοβολία, τα υπόλοιπα είναι ασφαλή.

Η διαίρεση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε περιοχές είναι υπό όρους. Δεν υπάρχει ξεκάθαρο όριο μεταξύ των περιοχών. Τα ονόματα των περιοχών έχουν αναπτυχθεί ιστορικά· χρησιμεύουν μόνο ως βολικό μέσο ταξινόμησης των πηγών ακτινοβολίας.

Όλες οι περιοχές της κλίμακας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας έχουν κοινές ιδιότητες:

η φυσική φύση όλων των ακτινοβολιών είναι η ίδια

όλη η ακτινοβολία διαδίδεται στο κενό με την ίδια ταχύτητα, ίση με 3 * 10 8 m/s

όλες οι ακτινοβολίες παρουσιάζουν κοινές κυματικές ιδιότητες (ανάκλαση, διάθλαση, παρεμβολή, περίθλαση, πόλωση)

5. Συνοψίζοντας το μάθημα

Στο τέλος του μαθήματος, οι μαθητές τελειώνουν την εργασία στο τραπέζι.

Συμπέρασμα:Ολόκληρη η κλίμακα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι απόδειξη ότι όλη η ακτινοβολία έχει και κβαντικές και κυματικές ιδιότητες. Οι κβαντικές και κυματικές ιδιότητες σε αυτή την περίπτωση δεν αποκλείουν, αλλά αλληλοσυμπληρώνονται. Οι ιδιότητες κυμάτων εμφανίζονται πιο καθαρά στις χαμηλές συχνότητες και λιγότερο καθαρά στις υψηλές συχνότητες. Αντίθετα, οι κβαντικές ιδιότητες εμφανίζονται πιο καθαρά στις υψηλές συχνότητες και λιγότερο καθαρά στις χαμηλές συχνότητες. Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο πιο φωτεινές εμφανίζονται οι κβαντικές ιδιότητες και όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος, τόσο πιο φωτεινές εμφανίζονται οι ιδιότητες του κύματος. Όλα αυτά χρησιμεύουν ως επιβεβαίωση του νόμου της διαλεκτικής (η μετάβαση των ποσοτικών αλλαγών σε ποιοτικές).

τελευταία στήλη (επίδραση του EMR στον άνθρωπο) και

ετοιμάσει μια έκθεση σχετικά με τη χρήση του EMR

), περιγράφοντας το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, έδειξε θεωρητικά ότι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στο κενό μπορεί να υπάρχει απουσία πηγών - φορτίων και ρευμάτων. Ένα πεδίο χωρίς πηγές έχει τη μορφή κυμάτων που διαδίδονται με πεπερασμένη ταχύτητα, η οποία στο κενό είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός: Με= 299792458±1,2 m/s. Η σύμπτωση της ταχύτητας διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο κενό με την προηγουμένως μετρημένη ταχύτητα του φωτός επέτρεψε στον Maxwell να συμπεράνει ότι το φως είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Ένα παρόμοιο συμπέρασμα αποτέλεσε αργότερα τη βάση της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του φωτός.

Το 1888, η θεωρία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έλαβε πειραματική επιβεβαίωση στα πειράματα του G. Hertz. Χρησιμοποιώντας μια πηγή υψηλής τάσης και δονητές (βλέπε δονητή Hertz), ο Hertz μπόρεσε να εκτελέσει ανεπαίσθητα πειράματα για να προσδιορίσει την ταχύτητα διάδοσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος και το μήκος του. Επιβεβαιώθηκε πειραματικά ότι η ταχύτητα διάδοσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός, γεγονός που απέδειξε την ηλεκτρομαγνητική φύση του φωτός.

Σχεδόν όλα όσα γνωρίζουμε για το διάστημα (και τον μικρόκοσμο) μας είναι γνωστά χάρη στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, δηλαδή τις ταλαντώσεις ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων που διαδίδονται στο κενό με την ταχύτητα του φωτός. Στην πραγματικότητα, το φως είναι ένας ειδικός τύπος ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που γίνεται αντιληπτός από το ανθρώπινο μάτι.

Μια ακριβής περιγραφή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και της διάδοσής τους δίνεται από τις εξισώσεις του Maxwell. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία μπορεί να εξηγηθεί ποιοτικά χωρίς μαθηματικά. Ας πάρουμε ένα ηλεκτρόνιο ηρεμίας - ένα αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο σχεδόν σαν σημείο. Δημιουργεί ένα ηλεκτροστατικό πεδίο γύρω από τον εαυτό του, το οποίο επηρεάζει άλλα φορτία. Στα αρνητικά φορτία επιδρά μια απωστική δύναμη και στα θετικά φορτία επιδρά μια ελκτική δύναμη, και όλες αυτές οι δυνάμεις κατευθύνονται αυστηρά κατά μήκος των ακτίνων που προέρχονται από το ηλεκτρόνιό μας. Με την απόσταση, η επίδραση του ηλεκτρονίου σε άλλα φορτία εξασθενεί, αλλά ποτέ δεν πέφτει στο μηδέν. Με άλλα λόγια, σε όλο τον άπειρο χώρο γύρω από τον εαυτό του, το ηλεκτρόνιο δημιουργεί ένα ακτινικό πεδίο δύναμης (αυτό ισχύει μόνο για ένα ηλεκτρόνιο που βρίσκεται αιώνια σε ηρεμία σε ένα σημείο).

Ας πούμε ότι μια ορισμένη δύναμη (δεν θα διευκρινίσουμε τη φύση της) διατάραξε απροσδόκητα το υπόλοιπο ηλεκτρόνιο και το ανάγκασε να μετακινηθεί λίγο στο πλάι. Τώρα οι γραμμές δύναμης πρέπει να αποκλίνουν από το νέο κέντρο όπου έχει κινηθεί το ηλεκτρόνιο. Αλλά το ηλεκτρικό πεδίο που περιβάλλει το φορτίο δεν μπορεί να αλλάξει αμέσως. Σε αρκετά μεγάλη απόσταση, οι γραμμές δύναμης θα συνεχίσουν να δείχνουν προς την αρχική θέση της φόρτισης για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτό θα συμβεί μέχρι να πλησιάσει ένα κύμα αναδιάρθρωσης ηλεκτρικού πεδίου, το οποίο διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός. Αυτό είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα και η ταχύτητά του είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα του διαστήματος στο Σύμπαν μας. Φυσικά, αυτή η περιγραφή είναι εξαιρετικά απλοποιημένη, και μερικά από αυτά είναι ακόμη και απλά λάθος, αλλά δίνει μια πρώτη εντύπωση για το πώς διαδίδονται τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

Να τι φταίει αυτή η περιγραφή. Η περιγραφείσα διαδικασία δεν είναι στην πραγματικότητα ένα κύμα, δηλαδή μια περιοδική ταλαντωτική διαδικασία που διαδίδεται. Διανομή έχουμε, αλλά δεν υπάρχει κανένας ενδοιασμός. Αλλά αυτό το ελάττωμα διορθώνεται πολύ εύκολα. Ας αναγκάσουμε την ίδια δύναμη που έβγαλε το ηλεκτρόνιο από την αρχική του θέση να το επιστρέψει αμέσως στη θέση του. Στη συνέχεια, η πρώτη αναδιάρθρωση του ακτινωτού ηλεκτρικού πεδίου θα ακολουθήσει αμέσως η δεύτερη, αποκαθιστώντας την αρχική κατάσταση πραγμάτων. Τώρα αφήστε το ηλεκτρόνιο να επαναλαμβάνει περιοδικά αυτή την κίνηση και τότε πραγματικά κύματα θα τρέξουν κατά μήκος των ακτινικών γραμμών δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου προς όλες τις κατευθύνσεις. Αυτή η εικόνα είναι ήδη πολύ καλύτερη από την πρώτη. Ωστόσο, δεν είναι επίσης εντελώς σωστό - τα κύματα αποδεικνύονται καθαρά ηλεκτρικά και όχι ηλεκτρομαγνητικά.

Εδώ είναι η ώρα να θυμηθούμε τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής: ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο και ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό. Αυτά τα δύο πεδία φαίνεται να συνδέονται μεταξύ τους. Μόλις δημιουργήσουμε μια κυματική αλλαγή στο ηλεκτρικό πεδίο, αμέσως προστίθεται ένα μαγνητικό κύμα σε αυτό. Είναι αδύνατο να διαχωριστεί αυτό το ζευγάρι κυμάτων - αυτό είναι ένα μόνο ηλεκτρομαγνητικό φαινόμενο.

Μπορείτε να βελτιώσετε περαιτέρω την περιγραφή, απαλλαγείτε σταδιακά από ανακρίβειες και χονδρικές προσεγγίσεις. Αν φέρουμε αυτό το θέμα στο τέλος, θα πάρουμε απλώς τις ήδη αναφερθείσες εξισώσεις Maxwell. Αλλά ας σταματήσουμε στα μισά, γιατί για εμάς είναι σημαντική προς το παρόν μόνο η ποιοτική κατανόηση του ζητήματος και όλα τα κύρια σημεία είναι ήδη ξεκάθαρα από το μοντέλο μας. Το κυριότερο είναι η ανεξαρτησία της διάδοσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος από την πηγή του.

Στην πραγματικότητα, τα κύματα ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, αν και προέκυψαν λόγω ταλαντώσεων του φορτίου, μακριά από αυτό διαδίδονται εντελώς ανεξάρτητα. Ό,τι κι αν συμβεί με το φορτίο της πηγής, το σήμα σχετικά με αυτό δεν θα φτάσει το εξερχόμενο ηλεκτρομαγνητικό κύμα - τελικά, δεν θα διαδοθεί ταχύτερα από το φως. Αυτό μας επιτρέπει να θεωρούμε τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ως ανεξάρτητα φυσικά φαινόμενα μαζί με τα φορτία που τα δημιουργούν.

Όλες οι διεργασίες κυμάτων περιγράφονται χρησιμοποιώντας τον ίδιο τύπο μαθηματικών εξισώσεων. Οι ιδιότητες που παρουσιάζουν τα κύματα είναι επίσης οι ίδιες και είναι εγγενείς σε κύματα οποιασδήποτε φύσης.

Οι πιο σημαντικές ιδιότητες κυμάτων περιλαμβάνουν παρεμβολές και περίθλαση.

Παρέμβαση– υπέρθεση δύο κυμάτων, στα οποία τα κύματα ενισχύονται σταθερά με την πάροδο του χρόνου σε ορισμένα σημεία του χώρου και εξασθενούν σε άλλα. Οι παρεμβολές εξηγούν, για παράδειγμα, τις ρίγες του ουράνιου τόξου στις σαπουνόφουσκες, στις επιφάνειες των λακκούβων και στα φτερά των εντόμων.

Απαραίτητη προϋπόθεση για το σχηματισμό και τη σταθερότητα του σχεδίου παρεμβολής είναι συνοχή κύματα, δηλ. ακριβής σύμπτωση των συχνοτήτων τους και σταθερότητα πλάτους στο χρόνο. Η ισότητα των πλατών δεν είναι απαραίτητη· επηρεάζει μόνο την αντίθεση της εικόνας.

Οι φυσικές πηγές κυμάτων δεν είναι συνεκτικές· για να αποκτήσετε ένα σχέδιο παρεμβολής με τη βοήθειά τους, πρέπει να καταφύγετε σε διάφορες τεχνικές - χωρίζοντας το κύμα από μια πηγή σε μέρη. Η ακτινοβολία λέιζερ έχει υψηλό βαθμό συνοχής.

Περίθλαση– ένα φαινόμενο που αποτελείται από ένα κύμα που κάμπτεται γύρω από χωρικές ανομοιογένειες. Το κύμα έτσι πέφτει στην περιοχή της γεωμετρικής σκιάς. Για να παρατηρηθεί η περίθλαση, είναι απαραίτητο το μέγεθος των ανομοιογενειών να είναι συγκρίσιμο με το μήκος κύματος: d~l. Έτσι, ένα κύμα από μια πέτρα που πετιέται στο νερό θα βιώσει περίθλαση από ένα σωρό ή πέτρα που προεξέχει πάνω από την επιφάνεια του νερού, αλλά δεν θα «παρατηρήσει» ένα λεπτό στέλεχος σπαθιού.

Η παρεμβολή και η περίθλαση είναι συνήθως κυματικές ιδιότητες. Το αντίθετο ισχύει επίσης: εάν παρατηρηθούν αυτά τα φαινόμενα, τότε το αντικείμενο μπορεί να θεωρηθεί με σιγουριά ως κύμα. Αυτές οι δηλώσεις αποδείχθηκαν εξαιρετικά γόνιμες στη μελέτη των φαινομένων του μικροκόσμου.

Ηλεκτρομαγνητικά κύματα στη φύση και την τεχνολογία.

Φανταζόμαστε πιο ξεκάθαρα τα κύματα όταν μιλάμε για κύματα στο νερό. Ωστόσο, τα βλέπουμε ακόμη και χάρη στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα - φως. Στη φύση και την τεχνολογία, αυτά είναι τα πιο κοινά κύματα λόγω του πολύ μεγάλου εύρους πιθανών συχνοτήτων και μηκών κύματος. Πάντα δημιουργούνται ηλεκτρομαγνητικά κύματα ηλεκτρικά φορτία που κινούνται άνισα (δηλαδή με επιτάχυνση).Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι πάντα εγκάρσια.

Ας δώσουμε κλίμακα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων , υποδεικνύοντας την προέλευσή τους. Τα όρια των τμημάτων της κλίμακας είναι αρκετά αυθαίρετα· το ζήτημα του τύπου κύματος που θα ταξινομηθεί αποφασίζεται κυρίως από τη φύση του.

Ραδιοκύματα 10 km > l > 1 mm– που παράγεται από εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα. Εύρος 1 m > l > 1 mmπου ονομάζεται φούρνους μικροκυμάτων(κύματα μικροκυμάτων).

Οπτικά κύματα 1 mm > l > 1 nm– δημιουργούνται από τη χαοτική θερμική κίνηση των μορίων, τις μεταπτώσεις ηλεκτρονίων μέσα στα άτομα.

Κύματα ακτίνων Χ 10 -8 m > l > 10 -12 mπροκύπτουν όταν τα ηλεκτρόνια επιβραδύνονται σε μια ουσία.

Ακτινοβολία γάμμα μεγάλο< 10 -11 м εμφανίζεται κατά τη διάρκεια πυρηνικών αντιδράσεων.

Το εύρος οπτικού μήκους κύματος χωρίζεται σε υπέρυθρες (IR), ορατές και υπεριώδεις (UV) περιοχές. Το ανθρώπινο μάτι αντιλαμβάνεται ένα στενό μέρος του φάσματος: 0,78 μm > l > 0,38 μm.Οι άνθρωποι αντιλαμβάνονται καλύτερα l = 555 nm (κίτρινο-πράσινο φως).

Autowaves.

Ένας ειδικός τύπος κυμάτων μπορεί να υπάρχει σε ενεργά μέσα ή σε μέσα ενεργειακά υποστηριζόμενα. Λόγω εσωτερικών πηγών του μέσου ή λόγω παροχής ενέργειας από το εξωτερικό, το κύμα μπορεί να διαδοθεί χωρίς εξασθένηση και χωρίς να αλλάξουν τα χαρακτηριστικά του. Τέτοια αυτοσυντηρούμενα κύματα σε μη γραμμικά μέσα ονομάζονται αυτόματα κύματα (R.V. Khokhlov).

Τα αυτόματα κύματα ανακαλύφθηκαν κατά τις αντιδράσεις καύσης, κατά τη μετάδοση της διέγερσης κατά μήκος των νευρικών ινών, των μυών, του αμφιβληστροειδούς του ματιού, κατά την ανάλυση του μεγέθους των βιολογικών πληθυσμών κ.λπ.

Προϋπόθεση για την ύπαρξη autowaves είναι μη γραμμικότητα περιβάλλον, δηλ. εξάρτηση των ιδιοτήτων του μέσου από τα χαρακτηριστικά του κύματος. Το ίδιο το κύμα, όπως ήταν, καθορίζει την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη διατήρηση των χαρακτηριστικών του και ως εκ τούτου εκτελεί ανατροφοδότηση .

Διάλεξη 10.

Νόμοι του μικροκόσμου. Δυαλισμός σωματιδίων-κύματος ύλης. Η αρχή της συμπληρωματικότητας και το πρόβλημα της αιτιότητας.

Η υπόθεση του M. Planck για τα ενεργειακά κβάντα.

Οι ιδιότητες κυμάτων που είναι εγγενείς στο φως είναι γνωστές εδώ και πολύ καιρό, από τον 17ο αιώνα. Ωστόσο, μόλις στο 2ο μισό του 19ου αι. Τελικά αποδείχθηκε ότι το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα.

Ωστόσο, υπήρχαν ορισμένα φαινόμενα που δεν μπορούσαν να εξηγηθούν από την άποψη της κυματικής φύσης του φωτός. Μεταξύ αυτών των φαινομένων - ελαφριά πίεση , που αποδεικνύεται εύκολα πειραματικά, και φωτοεφέ , που μελετήθηκε λεπτομερώς από τον P.N. Lebedev. Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο αποτελείται από το φως που βγάζει ηλεκτρόνια από την επιφάνεια ενός μετάλλου. Εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό ρεύμα που ονομάζεται φωτορεύμα. Οι νόμοι του φωτοηλεκτρικού φαινομένου είναι τέτοιοι που είναι πιο φυσικό να θεωρήσουμε την ακτινοβολία που το προκαλεί ως ροή ορισμένων σωματιδίων παρά ως κύμα.

Ένα άλλο πρόβλημα που δεν μπορούσε να επιλυθεί με βάση την κυματική θεωρία του φωτός δόθηκε από τους σύγχρονους «υπεριώδης καταστροφή». Η κυματική θεωρία προβλέπει ότι η ενέργεια της θερμικής ακτινοβολίας (δηλαδή, ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα που εκπέμπεται από οποιοδήποτε σώμα λόγω της θερμικής κίνησης των μορίων του) θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη, όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητά του. Αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να εκπέμπεται τόση ενέργεια στο εύρος μήκους κύματος UV, ώστε το σώμα να ξοδεύει όλη του την ενέργεια στη θερμική ακτινοβολία. Το πείραμα έδειξε πλήρη ασυμφωνία με την κλασική κυματική θεωρία. Η πραγματική θερμική ακτινοβολία δεν εξαρτάται μονοτονικά από τη συχνότητα· υπάρχει μια συχνότητα στην οποία η ένταση της ακτινοβολίας είναι μέγιστη· σε υψηλές και χαμηλές συχνότητες τείνει στο 0. Κατά συνέπεια, η κλασική κυματική θεωρία δεν περιέγραψε επαρκώς τη θερμική ακτινοβολία.

Το 1900, ο M. Planck πρότεινε μια υπόθεση σύμφωνα με την οποία ένα θερμαινόμενο σώμα εκπέμπει ενέργεια όχι συνεχώς, αλλά σε ξεχωριστά τμήματα, τα οποία το 1905 ονομάστηκαν κβάντα . Η ενέργεια ενός κβαντικού είναι ανάλογη της συχνότητας της ακτινοβολίας:

σταθερά h = 6,63 10 -34 J s, ћ = ћ/2p = 1,055 10 -34 J s – Σταθερές Planck. (Σημειώστε ότι η διάσταση ћ συμπίπτει με τη διάσταση της γωνιακής ορμής. Η ποσότητα ћ ονομάζεται μερικές φορές «κβάντο δράσης»).

Η σταθερά του Πλανκ είναι μια από τις θεμελιώδεις φυσικές σταθερές. Ο κόσμος μας είναι αυτό που είναι, ειδικότερα, γιατί το ћ έχει ακριβώς αυτό και όχι κάποιο άλλο νόημα.

Έτσι, το κύμα, το οποίο προηγουμένως θεωρούνταν συνεχές, αναπαρίσταται σε διακριτή μορφή. Αυτή η υπόθεση αποδείχθηκε πολύ γόνιμη και κατέστησε δυνατή την ποσοτική περιγραφή της θερμικής ακτινοβολίας σε πλήρη συμφωνία με το πείραμα. Κατά την ανάπτυξη της υπόθεσης του Planck, υποτέθηκε ότι το κύμα όχι μόνο εκπέμπεται, αλλά επίσης διαδίδεται και απορροφάται με τη μορφή κβάντων. Ωστόσο, δεν ήταν σαφές εάν η διακριτή φύση της ακτινοβολίας ήταν ιδιότητα της ίδιας της ακτινοβολίας ή αν ήταν το αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασής της με την ύλη. Το πρώτο άτομο που κατάλαβε ότι η διακριτικότητα είναι μια αναπόσπαστη ιδιότητα της ακτινοβολίας ήταν ο Αϊνστάιν, ο οποίος εφάρμοσε αυτή την ιδέα στη μελέτη του για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.