Шкала электромагнитных волн

Шкала электромагнитных волн

Электромагнитные волны разной частоты имеют единую природу — это колебания электрического и магнитного полей, распространяющиеся в вакууме со скоростью света c = 3·10^8 м/с. Расположенные по возрастанию частоты (или убыванию длины волны), они образуют шкалу электромагнитных излучений.

Общие закономерности

Длина волны и частота связаны соотношением c = лямбда · ню. Энергия кванта растёт с частотой: E = h·ню, где h = 6,63·10^-34 Дж·с — постоянная Планка. Поэтому с ростом частоты усиливаются проникающая способность и ионизирующее действие излучения.

Диапазон	Длина волны	Применение
Радиоволны	от км до мм	связь, радио, телевидение
Инфракрасное	≈ 10^-3 ... 10^-6 м	тепловидение, обогрев
Видимый свет	380–760 нм	зрение, освещение
Ультрафиолет	≈ 10^-7 ... 10^-8 м	загар, дезинфекция
Рентген	≈ 10^-8 ... 10^-11 м	медицина, дефектоскопия
Гамма	< 10^-11 м	ядерные процессы, терапия

Особенности диапазонов

Радиоволны легко огибают препятствия и применяются для связи. Инфракрасное излучение несёт тепло. Видимый свет — узкая полоса, воспринимаемая глазом. Ультрафиолет вызывает загар и убивает бактерии. Рентгеновское и гамма-излучение обладают высокой проникающей способностью и ионизируют вещество.

Способы получения излучения

Разные диапазоны порождаются разными процессами. Радиоволны излучаются колебательным контуром и антенной. Инфракрасное и видимое излучение испускают нагретые и возбуждённые атомы. Ультрафиолет и рентген возникают при резком торможении быстрых электронов, а гамма-излучение — при ядерных превращениях и переходах в атомных ядрах.

Двойственная природа света

Электромагнитное излучение проявляет одновременно волновые и квантовые свойства (корпускулярно-волновой дуализм). Волновые свойства (интерференция, дифракция) сильнее проявляются у длинноволнового излучения, квантовые (фотоэффект, действие гамма-квантов) — у коротковолнового, где энергия кванта E = h·ню велика.

Разобранный пример

Дано: радиостанция вещает на частоте ню = 100 МГц = 10^8 Гц. Длина волны: лямбда = c / ню = 3·10^8 / 10^8 = 3 м. Энергия кванта видимого света (ню = 5·10^14 Гц): E = h·ню = 6,63·10^-34 · 5·10^14 ≈ 3,3·10^-19 Дж. Вывод: чем выше частота, тем больше энергия кванта.

Энергия кванта рентгеновского излучения (ню ≈ 10^18 Гц) примерно в 10^4 раз больше, чем у видимого света, поэтому оно ионизирует вещество и проникает сквозь тело.

Запомните. Все электромагнитные волны имеют единую природу и одинаковую скорость в вакууме; различаются лишь частотой, длиной волны и энергией квантов. Граница между диапазонами условна, и они частично перекрываются.

Кратко о главном

• Все электромагнитные волны движутся в вакууме со скоростью c = 3·10^8 м/с.
• Связь величин: c = лямбда·ню, энергия кванта E = h·ню.
• Шкала по росту частоты: радиоволны, инфракрасное, видимый свет, ультрафиолет, рентген, гамма.
• С ростом частоты растут энергия квантов и ионизирующее действие.