Электромагнитное поле. Электромагнитные волны. Волновые свойства света. Различные виды электромагнитных излучений и их практическое применение.

Английский учёный Максвелл теоретически предсказал существование электромагнитного поля. Он считал, что между полем магнитным и электрическим существует связь. Переменное магнитное поле порождает электрическое поле и наоборот. В результате в пространстве поле распространятся в виде электромагнитной волны. Электромагнитная волна – это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени. Немецкий физик Герц в 1888г. впервые получил электромагнитные волны.

Электромагнитные волны обладают следующими свойствами:

1. распространяются прямолинейно

2. поглощаются диэлектриками

3. отражаются металлами

4. преломляются

5. распространяются со скоростью С=3•10⁸

6. электромагнитная волна – поперечная волна.

По своим физическим свойствам световые волны аналогичны электромагнитным волнам. По современным представлениям свет имеет двойственную структуру: при излучении и поглощении – это поток частиц, а при распространении – это электромагнитная волна. Световые волны обладают теми же свойствами, что и электромагнитные волны: отражение, преломление, поглощение, поляризация, интерференция, дифракция. Поляризация доказывает, что свет – это поперечная электромагнитная волна.

Интерференция – это сложение волн, в результате которого волны усиливают или ослабляют друг друга по амплитуде.

Дифракция – это огибание волнами препятствий, сравнимых с длиной волны (небольших).

На границе двух сред световая волна меняет своё направление – преломляется. Скорость света равна С=3•10⁸ м/с. Частота света ν = 10¹⁴ Гц. Длина волны λ = 4•10⁻⁹ -7•10⁻⁹ м.

Видимый свет – это один из видов излучения на шкале электромагнитных излучений. Помимо видимого света есть другие виды излучений: низкочастотные колебания, радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и гамма излучение.

Низкочастотное излучение возникает в диапазоне частот о ν = 0 до 10⁴ Гц. Этому излучению соответствует длина волны λ = 10⁴ до ¥ м. Излучением таких, сравнительно малых частот, можно пренебречь. Источником низкочастотного излучения являются генераторы переменного тока. Применяются при плавке и закалке металлов.

Радиоволны занимают диапазон частот ν = 10⁴-10¹³ Гц. Им соответствует длина волны λ = 10⁴ -10⁻⁴ м. Источником радиоволн, так же как и низкочастотного излучения является переменный ток. Большая частота радиоволн приводит к заметному излучению радиоволн в пространство. Это позволяет использовать их для передачи информации на различные расстояния (радиовещание, телевидение, радиосвязь, радиолокация).

Инфракрасное излучение занимают диапазон частот ν = 10¹³- 10¹⁴ Гц. Им соответствует длина волны λ = 10⁻⁴ -10⁻⁶ м. Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году астрономом Гершелем. Источником инфракрасного излучения является излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях. Источники инфракрасного излучения – Солнце, любое нагретое тело. Инфракрасное излучение используют для сушки древесины, пищевых продуктов и различных лакокрасочных покрытий (инфракрасный нагрев), для сигнализации при плохой видимости, дает возможность применять оптические приборы, позволяющие видеть в темноте, а также при дистанционном управлении. Инфракрасные лучи используются для наведения на цель снарядов и ракет, для обнаружения замаскированного противника. Эти лучи позволяют определить различие температур отдельных участков поверхности планет, особенности строения молекул вещества (спектральный анализ). Инфракрасная фотография применяется в биологии при изучении болезней растений, в медицине при диагностике кожных и сосудистых заболеваний, в криминалистике при обнаружении подделок.

Ультрафиолетовое излучение - не видимое глазом электромагнитное излучение, n=10¹⁴-10¹⁶ Гц, λ = 10⁻⁷ -10⁻⁹ м. Ультрафиолетовое излучение было открыто в 1801 году немецким ученым Риттером. Источник ультрафиолетового излучения — валентные электроны атомов и молекул, также ускорено движущиеся свободные заряды.

В малых дозах ультрафиолетовое излучение оказывает благотворное, оздоровительное влияние на человека, активизируя синтез витамина D в организме, а также вызывая загар. Большая доза ультрафиолетового излучения может вызвать ожог кожи и раковые новообразования. Ультрафиолетовое излучение оказывает также бактерицидное действие: под действие этого излучения гибнут болезнетворные бактерии.

Ультрафиолетовое излучение применяется в люминесцентных лампах, в криминалистике (по снимкам обнаруживают подделки документов), в искусствоведении (с помощью ультрафиолетовых лучей можно обнаружить на картинах не видимые глазом следы реставрации). Практически не пропускает ультрафиолетовое излучение стекло.

Рентгеновское излучение – это невидимое глазом излучение. n=10¹⁶-10¹⁹ Гц, λ = 10⁻⁹ -10⁻¹¹ м. Рентгеновское излучение было открыто в 1895 году немецким физиком Рентгеном. Наиболее распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка. Естественными источниками рентгеновского излучения является Солнце и др. космические объекты.

Благодаря высокой проникающей способности рентгеновское излучение применяется в рентгеноструктурном анализе (исследовании структуры кристаллической решетки), при изучении структуры молекул, в медицине (рентгеновские снимки, флюорография, лечение раковых заболеваний), в дефектоскопии (обнаружение дефектов в отливках, рельсах), в искусствоведении (обнаружение старинной живописи, скрытой под слоем поздней росписи), в астрономии(при изучении рентгеновских источников), криминалистике. Большая доза рентгеновского излучения приводит к ожогам и изменению структуры крови человека.

Гамма излучение - коротковолновое электромагнитное излучение. n=10¹⁹-10²⁰ Гц, λ = 10⁻¹¹ -10⁻¹³ м. Гамма излучение было открыто французским ученым Полем Вилларом в 1900 году. Гамма излучение связано с ядерными процессами, явлениями радиоактивного распада. Бывает трёх видов: альфа, бета, гамма излучения. Используются при исследовании ядерных процессов, в дефектоскопии. Гамма излучение отрицательно воздействует на человека.

БИЛЕТ № 20

Опыты Резерфорда по рассеянию α - частиц. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Лазеры.

Понятие об атоме как о наименьшей неделимой части материи было впервые сформулировано древнегреческими философами. Однако в конце XIX — начале XX века физиками были открыты частицы, из которых состоит атом, и стало ясно, что атом в действительности не является «неделимым». Простейшую модель атома предложил английский учёный Томсон. Томсон предположил, что атомы состоят из положительно заряженной сферы, в которую вкраплены электроны. Эта модель атома получила среди ученых прозвище "кекс с изюмом", (где "изюминки" - это электроны), а положительный заряд равномерно распределён по всему объёму. В 1911г. английский учёный Резерфорд провёл опыты по зондированию атомов α -частицами (ядра атомов гелия).

Если на путиα -частиц не было фольги, то все частицы оказывались в центре экрана. Если на путиα -частиц поставить тонкую золотую фольгу, то подавляющая часть α - частиц проходила сквозь фольгу практически без отклонения или с отклонением на малые углы, но небольшая часть α -частиц отклонялась на значительные углы, достигающие почти 180°. Резерфорд пришёл к выводу, что полученное в эксперименте распределение α -частиц возможно только в том случае, если внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле, которое создаётся положительным зарядом, связанным с большой массой и сконцентрированным в очень малом объёме. И он решил, что атом устроен наподобие планетной системы: в центре находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома; и отрицательные электроны, обращающиеся вокруг ядра по замкнутым орбитам. Между ядром и электронами – пустота. Частицы, которые отклонились на большие углы, попали в ядро. Частицы, которые не изменили траекторию движения, пролетели в пустоте между ядром и электроном. В результате опытов были проведены измерения размеров ядра: 10^–13 -10^–14 м (т. е. ядро в 10000 раз меньше атома).Электроны, вращаясь вокруг ядра, теряют энергию на излучение и должны упасть на ядро. Но атом устойчив! В 1913г датский физик Бор выдвинул два постулата (утверждения):