Виды излучений. Шкала электромагнитных волн

У Солнца есть множество жарких,

сильных и невидимых лучей…

Невозможность увидеть невидимое

ещё не означает, что его нет.

Лукреций Кар

Данная тема посвящена изучению различных видов излучений, А также рассмотрению шкалы электромагнитных волн.

Электромагнитная волна — это распространяющееся в пространстве периодически изменяющееся электромагнитное поле.

Электромагнитное поле — это совокупность неразрывно связанных друг с другом электрического и магнитного полей.

Свет — это тоже электромагнитная волна, определенного (оптического) диапазона.

Известно, что электромагнитные волны, а, следовательно, и свет, излучаются при ускоренном движении заряженных частиц. При чем, эти заряженные частицы должны входить в состав атомов, из которых состоит вещество. Однако, не зная, как все-таки устроен атом, нельзя точно объяснить механизм излучения. Ясно лишь одно — внутри атома нет света, как нет звука в камертоне. Подобно камертону, который начинает звучать только при касании его молоточком, атомы могут рождать свет только после возбуждения. Иными словами, для того, чтобы атом начал излучать свет, ему необходимо передать определенное количество энергии. При излучении атом теряет часть энергии. Поэтому для длительного свечения вещества, необходимо, что бы эта потерянная энергия пополнялась извне.

Исходя из этого условия, самым распространенным видом излучений является тепловое, в котором потери атомом энергии на излучение света компенсируются за счет энергии теплового движения атомов излучающего тела.

Тепловое излучение — это излучение нагретых тел. Известно, что чем больше будет температура тела, тем быстрее в нем будут двигаться атомы. Сталкиваясь друг с другом, часть их энергии движения идет на возбуждение атомов, которые затем излучая свет, переходят в невозбужденное состояние.

Источниками теплового излучения являются Солнце, лампа накаливания, пламя костра и т.д.

Однако, источниками энергий, необходимых атому для излучения света, могут выступать и не тепловые источники.

Так, например, при разряде в газах электрическое поле сообщает электронам достаточно большую кинетическую энергию. Сталкиваясь с атомами, такие электроны передают им часть своей энергии. А возбужденные таким столкновением атомы отдают эту энергию в виде световых волн. Поэтому, разряд в газе сопровождается свечением, которое называется электролюминесценцией.

Примером такого свечение может служить полярное сияние, возбуждаемое потоком заряженных частиц, летящих от Солнца. Также явление электролюминесценции можно обнаружить и в трубках для рекламных надписей.

Твердые тела также могут излучать свет при бомбардировке их поверхности электронами. Такое свечение называется катодолюминесценцией. Примером проявления такого свечения может быть экран электронно-лучевой трубки телевизора.

Из курса химии известно, что некоторые химические реакции идут с выделением энергии. При этом часть этой энергии расходуется на излучение света. Однако источник света остается холодным, т.е. имеет температуру окружающей среды. Это явление называется хемилюминесценцией. Его так же не трудно отыскать в природе — это и светлячок, на теле которого горит маленький зеленый фонарик, и светящиеся бактерии, грибы и многие виды глубоководных рыб. Нередко светятся в темноте и кусочки гниющего дерева.

Еще совсем недавно говорилось о том, что падающий на вещество свет частично поглощается и частично отражается. При этом энергия поглощенного света, как правило, в большинстве случаев ничего кроме нагревания вещества не вызывает. Однако существуют некоторые тела, которые сами начинают светиться под действием падающего на них излучения — это есть фотолюминесценция.

При этом излучаемый при фотолюминесценции свет имеет большую длину волны, нежели свет, возбуждающий свечение. Для подтверждения этих слов, проведем небольшой опыт. Возьмем сосуд с флюоресцеином и направим на него световой пучок, пропущенный через фиолетовый светофильтр. Как можно наблюдать, жидкость начинает светиться зеленовато-желтым светом, т.е. светом, имеющим большую длину волны.

Советский физик Сергей Иванович Вавилов предложил использовать явление фотолюминесценции в лампах дневного света, покрывая внутреннюю поверхность разрядной трубки веществом, способным ярко светится под действием коротковолнового излучения газового разряда.

Известно, что длины электромагнитных волн бывают самые различные: от километровых радиоволн, до рентгеновских, с длиной волны 10^–10 м.

В настоящее время принято выделять 7 основных диапазонов электромагнитных волн: низкочастотные излучения, радиоизлучения, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-излучение.

При этом принципиального различия между отдельными видами излучений нет, так как все они порождаются заряженными частицами и представляют собой электромагнитные волны. Поэтому и границы между отдельными областями весьма условны.

Однако излучения различных длин волн отличаются друг от друга по способам их получения и методам регистрации.

Электромагнитные излучения могут оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на живые организмы. Так, например, инфракрасное или тепловое излучение, играет главную роль в поддержании жизни на нашей планете, так как люди, животные и растения могут существовать и нормально развиваться только при определенных температурах. Данное излучение также применяют для сушки лакокрасочных покрытий, фруктов и овощей.

А видимый свет дает нам информацию об окружающем мире. Он необходим также для протекания фотосинтеза в растениях.

Применение ультрафиолетового излучения обусловлено его главными свойствами: высокой химической активностью, бактерицидным действием и способностью вызывать люминесценцию веществ.

Умеренные дозы ультрафиолетового излучения способствуют образованию в клетках кожи витамина D, а также других веществ, например, гормона хорошего настроения — серотонина, влияющих на тонус и жизнедеятельность организма.

Каждый знаком с рентгеновским излучением, в частности с его широким применением в медицине — флюорографическое обследование или рентгеновский снимок наверняка делали каждому из вас.

Рентгеновская съёмка используется также в стоматологии для обнаружения кариеса и воспалений в корнях зубов. А применение рентгеновского излучения при лечении рака основано на том, что оно убивает раковые клетки.

Что касается гамма-излучения, то оно представляет собой самый широкий диапазон электромагнитного спектра, поскольку оно не ограничено со стороны высоких энергий. Мягкое гамма-излучение образуется при энергетических переходах внутри атомных ядер, более жесткое — при ядерных реакциях. Гамма-кванты легко разрушают молекулы, в том числе биологические, но, к счастью для нас, не проходят через атмосферу.

Основные выводы:

– Рассмотрены некоторые виды излучений. Это тепловое излучение, электро- и катодолюминесценция, хемилюминесценция и фотолюминесценция.

– Самым распространенным видом является тепловое излучение — излучение нагретых тел.

– Рассмотрена шкала электромагнитных волн. Установлено, что принципиального различия между отдельными видами излучений нет — все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами.

– Существенные различия между отдельными видами излучений наблюдаются только при их взаимодействии с веществом, так как коэффициенты отражения и поглощения веществ зависят от длины волны падающего излучения.