Характеристики электромагнитного излучения
Главными параметрами электромагнитной волны для ее описания являются:
- длина волны;
- частота излучения.
Электромагнитное излучение обладает не только волновыми, но и квантовыми свойствами. Поэтому законы квантовой механики к электромагнитному полю также применимы.
Длина волны и частота связаны между собой. В вакуумной среде скорость распространения волн неизменна. Длина волны обратно пропорциональна частоте:
λ = c/v ,
где λ – длина волны, м;
ν – частота, Гц;
с – скорость света, м/с.
Диапазоны электромагнитных волн
Излучение делится на ряд диапазонов. Электромагнитный спектр в порядке возрастания частот и убывания длин волн подразделяется на:
- радиоволны;
- микроволны;
- инфракрасные лучи;
- видимое излучение (световое);
- ультрафиолетовые лучи;
- рентгеновское излучение;
- гамма-диапазон.
Границы каждого диапазона могут перекрываться между собой, четкого деления не существует.
Радиоволны
Начинается спектр с низких частот с длинами от 105 до 101 м. Граница радиоволн лежит вблизи ИК-диапазона и включает в себя микроволны и СВЧ. Частота радиоволн достигает 3 ТГц.
В зависимости от длины радиоволны бывают:
- дециметровые (300 МГц ÷ 3 ГГц);
- метровые (30 МГц ÷ 300 МГц);
- короткие (3 МГц ÷ 30 МГц);
- средние (300 кГц ÷ 30 кГц);
- длинные и сверхдлинные (30 кГц ÷ 3 кГц).
Большинство электроприборов работает в диапазоне радиоволн. Описанием радиоволн занимается классическая электродинамика. Ограничением в применении радиоволн в технике ограничивается зонами прямого распространения по поверхности Земли. Поэтому для улучшения сигналов могут применяться специальные передатчики, ретрансляторы и прочее.
Микроволны
Этот диапазон часто относят к радиоволнам. Частоты микро- и СВЧ волн лежат в интервале от 30 ГГц до 300 ГГц и имеют длины от 300 до 1 мм. Данный диапазон широко распространен в системах спутниковой связи. В быту всем известны микроволновые и СВЧ печи для разогрева и приготовления пищи.
ИК-диапазон
До границы видимой области лежит спектр инфракрасного излучения. Длины ИК волн могут быть от 2000 мкм до приблизительно 740 нм. При этом частоты варьируются от 150 ГГц до 405 ТГц. Человеческий глаз не способен распознать волну, однако воздействие может ощущаться как локально повышение температуры, т.е. тепло. У более коротких волн интенсивность излучения сильнее, и, как следствие, температура нагревания выше. Применение диапазона основано именно на этом свойстве. Ярким примером применения электромагнитных ИК волн в технике является тепловизор. Во время спасательных работ также используются детекторы ИК излучения.
Законы распространения и прочие расчеты для данного диапазона относятся к разделу «оптика».
Видимые лучи
В интервале от 740 до 380 нм находится световое излучение, различимое человеческим глазом. Это видимая область спектра. Волны имеют частоты от 400 до 790 ТГц. Излучение световой области свободно проходит через атмосферу, обладают свойством преломления и отражения. Каждый промежуток длин волн (шагом от 20 до 40 нм приблизительно) представляет собой монохроиатическое излучение, т.е. отличается определенным цветом. Мы с детства знаем их как цвета радуги: от красного (самые длинные волны) до фиолетового (наиболее короткие). Глаз человека наиболее восприимчив к длине волны порядка 555 нм, что находится на границе желтого и зеленого цветов.
УФ излучение
Длины волн в этом диапазоне лежат в пределах от 400 до 10 нм. Спектр в этой части делится на подгруппы:
- ближний (лучи типа А с диапазоном 400 – 300 нм);
- средний (тип В с длинами от 300 до 200 нм);
- дальний (лучи С, коротковолновый диапазон до 100 нм);
- экстремальный (длины волн от 121 до 10 нм).
Ультрафиолет излучается Солнцем в большом количестве. Также сегодня существует большое количество искусственных ламп с УФ излучением. Эти лучи обладают бактерицидным действием, но требуют соблюдения техники безопасности.
Рентгеновское излучение
Эти невидимые глазу лучи лежат в интервале от 10 до 0,1 нм (мягкое излучение) и от 0,1 до 0,01 нм (жёсткое излучение). Лучи выделяются при ядерных реакциях, излучении плазмы и в электронно-лучевых трубках при квантовых переходах внутри атомов тяжелых металлов. С помощью рентгена проводят диагностические и лечебные процедуры, а также проводят рентгено-дифракционный анализ соединений.
Гамма-излучение
Длины волн γ-лучей составляют менее 0,1 Å. Излучение образуется при ядерных реакциях. Также гамма-лучи испускаются космическими объектами. Воздействие этих электромагнитных волн разрушительно для живых тканей. Через слой атмосферы гамма-излучение пройти не способно.
Последние три вида излучений (УФ, рентген, γ) представляют опасность для человека и животных. Поэтому контакт, изучение и прочая деятельность с источниками этого вида волн должны производиться с использованием специальных средств защиты и с соблюдением необходимых мер предосторожности.