Плоска монохроматична електромагнітна хвиля

43 шкала електромагнітних хвиль

Дослідження, що проводилися в найрізноманітніших галузях фізики, дозволили встановити, що діапазон частот (або довжин хвиль) електромагнітних хвиль надзвичайно широкий. З теорії Максвелла випливає, що різні електромагнітні хвилі, в тому числі і світлові, мають загальну природу. Тому їх зручно представити у вигляді єдиної шкали, що має діапазон частот від декількох герц до 10 22 Гц, що відповідає довжинах хвиль від тисяч кілометрів до 10 -14 м.

Винятковим успіхом електромагнітної теорії Максвелла стало створення шкали електромагнітних хвиль. Уздовж шкали зліва направо НЕ-безперервно зростає одна величина - частота (зменшується довжина хвилі), а її збільшення призводить до появи якісно різних випромінювань.

З причини величезного відмінності довжин хвиль ця шкала побудована в логарифмічному масштабі: мітки на шкалі відповідають довжинам, кожна з яких відрізняється в 10 разів від сусідньої. На шкалі вказані ділянки довжин хвиль (або # 955; ), Займані різними типами електромагнітних хвиль. Розподіл електромагнітних хвиль за типами зроблено відповідно до способами їх генерації. Зі зміною довжини електромагнітних хвиль змінюється і їх взаємодія з речовиною, тому методи їх реєстрації і вивчення різні. Розрізняють такі ділянки на шкалі:

1) електромагнітні коливання низької частоти (3 # 8901; 104 м <λ <∞);

2) радіохвилі (1 # 8901; 10-4 м <λ ≤3⋅104 м );

3) інфрачервоне випромінювання (7,6 # 8901; 10-7 м <λ ≤1⋅10−4 м );

4) видиме світло (4 # 8901; 10-7 м <λ ≤7,6⋅10−7 м );

5) ультрафіолетове випромінювання (6 # 8901; 10-9 м <λ ≤4⋅10−7 м );

6) рентгенівське випромінювання (10-12 м <λ ≤10−8 м );

7) # 947; -випромінювання (# 955; <10−11 м ).

Перша ділянка шкали містить хвилі, порушувані низькочастотними електромагнітними коливаннями, що відбуваються в пристроях, що володіють великою індуктивністю і ємністю (в генераторах змінного струму). Такі хвилі практично не випромінюються в навколишній простір і швидко згасають.

Друга ділянка шкали - радіохвилі. Він, в свою чергу, ділиться на дві частини. До першої з них відносяться: довгі (3 • 10 3 м <λ <3•10 4 м), средние (2•10 2 м <λ <3•10 3 м) и короткие волны (10 м <λ <2•10 2 м). Эти волны излучаются открытыми колебательными контурами и распространяются в пространстве. Длинные волны способны огибать земную поверхность, а короткие волны распространяются, поочередно отражаясь от ионосферы и поверхности Земли.

До другої частини цієї ділянки шкали відносяться ультракороткі (метрові) радіохвилі, сантиметрові і міліметрові хвилі. Ці хвилі випромінюються спеціальними електромагнітними вібраторами і реєструються радіотехнічними пристроями. Такі хвилі поширюються прямолінійно, через іоносферу вони здатні йти в космос. Їх використовують для космічного зв'язку, передачі телеметричної інформації, а на Землі (в умовах прямої видимості) - в телебаченні і радіолокації. (Слід зазначити, що хвилі, що відносяться до першого і другого ділянках шкали електромагнітних хвиль, випромінюються вільними зарядами, що рухаються прискорено, і являють собою електромагнітне випромінювання, що отримується за допомогою коливальних контурів і макроскопічних вібраторів.)

З третього ділянки шкали електромагнітних хвиль починаються хвилі, які випромінюються атомами і молекулами речовини. Ділянки третій, четвертий і п'ятий даної шкали (тобто інфрачервоне, видиме і ультрафіолетове випромінювання) відносяться до оптичного випромінювання. Ці хвилі випромінюються внутріатомними електронами. Вони поширюються прямолінійно (при відсутності дифракції).

Видиме світло сприймається оком. Інфрачервоне випромінювання є переважно тепловим випромінюванням. Його реєструють тепловими методами, а також частково фотоелектричними та фотографічними методами. Ультрафіолетове випромінювання хімічно і біологічно активно. Воно викликає явище фотоефекту, флуоресценцію і фосфоресценцію (світіння) ряду речовин. Його реєструють фотографічними та фотоелектричними методами. Для отримання спектру ультрафіолетового випромінювання використовують призми і дифракційні решітки з кварцового скла. Для вивчення ультрафіолетового випромінювання, довжина хвилі якого коротше 2 • 10 -7 м, використовують вакуумні спектрографи, тому що це випромінювання сильно поглинається повітрям.

Шостий ділянку шкали електромагнітних хвиль утворює рентгенівське випромінювання. Рентгенівське випромінювання виникає при взаємодії швидких електронів з атомами твердих тіл і обумовлено переходами електронів на внутрішніх оболонках атомів. Його отримують за допомогою спеціальних рентгенівських трубок. Рентгенівське випромінювання має велику проникаючу здатність. Його реєструють фотографічними, флюорографічними і іонізаційними методами.

Сьомий ділянку шкали електромагнітних хвиль - гамма-випромінювання. Воно виникає в результаті процесів, що відбуваються в атомних ядрах, і супроводжує ядерні реакції. Гамма-випромінювання має величезну проникаючу здатність. Його реєструють іонізаційними методами. Гамма-випромінювання використовують в дефектоскопії.

Зі зменшенням довжини електромагнітних хвиль все сильніше проявляються квантові властивості випромінювання і все з більшою підставою замість слова "хвилі" можна використовувати вираз "потік фотонів".