Презентація до уроку "Властивості електромагнітних хвиль різних діапазонів частот. Шкала електромагнітних хвиль"

* Шкала електромагнітних хвиль

Електромагнітна хвиля – це процес поширення змінного електромагнітного поля в просторі з плином часу. Джерело електромагнітних хвиль - електрична частинка, яка рухається з прискоренням.

* Існування електромагнітної хвилі Теоретично довів Джеймс Максвелл у 1872 році Дослідно підтвердив Генріх Герц у 1888 році Дже́ймс Клерк Ма́ксвелл 1831-1879 Передісторія Магнітне поле Христіан Ерстед 15.02.1820 рік Електромагнітна індукціія Майкл Фарадей 29.08. 1831 рік понад 16 тисяч дослідів)

Спроби вимірювання швидкості світла 299792458 м/с

Природа світла. Корпускулярно-хвильовий дуалізм 1704 корпускулярна теорія Ісаак Ньютон 1666 Дисперсія світла 1678 хвильова теорія Христіан Гюйгенс 1905 Квантова теорія світла Альбе́рт Ейнште́йн

Розподіл електромагнітних хвиль за різними частотами називають спектром. Весь спектр електромагнітних хвиль умовно поділяють на окремі діапазони. Неперервна послідовність частот та довжин хвиль електромагнітних випромінювань утворюють шкалу електромагнітних хвиль.

Характеристики електромагнітної хвилі Довжина ��; Частота ��; Період Т; Швидкість с Частота (період) – незмінна при переході в середовище Швидкість – змінна –зменшується в n разів Довжина – змінна – зменшується в n разів λ [м]; ν [Гц]; с = 3∙108  м/с

Довжина �� 1 а.о.= 150 000 000 км=відстань Земля-Сонце Найдовші хвилі λ ≈ 1,5∙1013 см Найкоротші хвилі λ ≈ 4,7∙10-11 см γ – випромінювання Радія Характеристики електромагнітної хвилі

Властивості електромагнітних хвиль 1) в однорідному середовищі поширюються рівномірно і прямолінійно; 2) відбиваються діелектриками, а ще краще провідниками, при цьому виконуються закони відбивання хвиль; 3) заломлюються; 4) фокусуються; 5) дають явища дифракції і інтерференції; 6) поляризуються. Властивості електромагнітних хвиль такі, як і властивості хвиль будь-якої іншої природи.

* Доповнююча одночасність квантових та хвильових властивостей Малі часоти-хвильові властивості виразні Великі частоти-квантові властивості виразні    

* Шкала електромагнітних хвиль

Назва діапазона Довжини хвиль, λ Частоти, ν Джерела Радіо Хвилі 1890рр Наддовгі більше 10 км менш 30 кГц Атмосферні явища. Змінні струми в провідниках та коливальних системах Довгі 10 км — 1 км 30 кГц — 300 кГц Середні 1 км — 100 м 300 кГц — 3 МГц Короткі 100 м — 10 м 3 МГц — 30 МГц Ультракороткі 10 м — 1 мм 30 МГц — 300 ГГц Інфрачервоне(оптичне) випромінювання 1896 1 мм — 780 нм 300 ГГц — 429 ТГц Випромінювання атомів та молекул при теплових и електричних діях. Видиме (оптичне) випромінювання 780—380 нм 429 ТГц — 750 ТГц Ультрафіолетове(оптичне) випромінювання 380 — 10 нм 7,5Ч1014 Гц — 3Ч1016 Гц Випромінення атомів під дією прискорених електронів. Рентгенівське випромінювання 1895 10 — 5Ч10−3 нм 3Ч1016 — 6Ч1019 Гц Атомні процеси під дією прискорених заряджених частинок. Гама- випромінювання 1896 менш 5Ч10−3 нм над 6Ч1019 Гц Ядерні та космічні процеси, радіоактивний розпад. Діапазони електромагнітних хвиль

* Низькочастотні коливання Довжна хвилі (м) ∞ - 1013 - 10 5 Частота(Гц) 0 - 3∙ 10 -3 - 3 ∙10 5 Енергія(еВ) 1 – 1,24∙ 10 -10 Джерело Динамомашина,Вібратор Герца, Генератори в електромережі змінного струму (50 Гц) Машинні генератори промислової частоти ( 200 Гц) Телефонна мережа( 5000Гц) Звукові генератори ( мікрофони, гучномовці) Приймач Електроприлади, двигуни, трансформатори Історія відкриття Лодж ( 1893 г.), Тесла ( 1983 ) Застосування Кіно, радіомовлення( мікрофони, гучномовці, трансформатори)

* Радіохвилі Довжна хвилі (м) 10 5 - 10 -4 Частота(Гц) 3 ∙10 5 - 3 ∙10 12 Енергія(еВ) 1,24∙ 10-10 - 1,24 ∙10 -2 Джерело Коливальний контур, генератор на транзисторах, макроскопические вибраторы Приймач Искры в зазоре приемного вибратора Свечение газоразрядной трубки, когерера Історія відкриття Феддерсен ( 1862 г.), Герц ( 1887 г.), Попов , Лебедев, Риги 7 травня 1895 року О. Попов продемонстрував дію першого радіоприймача.

* Радіохвилі Застосування Наддовгі- Радіонавігація, радиотелеграфний зв’язок, метеопередавачі Довгі , середні– Радіотелеграф, радіотелефон, радіомовлення, радіонавігація Короткі- радіолюбительський зв’язок УКВ- космічний радіо зв’язок ДМВ- телебачення, радіолокація, радіорелейний зв’язок, сотовий телефонний зв’язок СМВ- радіолокація, радіорелейний зв’язок, астронавігація, спутникове телебачення ММВ- радіолокація

* В залежності від діапазону радіохвилі мають свої особливості та закони росповсюдження:

* ДХ сильно поглинаються іоносферою, основне значення мають приземні хвилі, які розповсюджуються, огинаючи землю. Їх інтенсивність по мірі віддалення від передавача зменшується порівняно швидко. СХ сильно поглинаються іоносферою вдень, район їх дії визначається приземною хвилею, ввечері добре відбиваються від іоносфери і район дії визначається відбитою хвилею. КХ розповсюджуються виключно відбиттям від іоносфери, тому навколо передавача існує т. н. мертва зона. Вдень краще розповсюджуються більш короткі хвилі (30 МГц), вночі — більш довгі (3 МГц). Короткі хвилі можуть розповсюджуватися на великі відстані при малій потужності передавача. УКХ розповсюджуються в ідеальних умовах по прямій як світло. При проходженні УКХ через іонізовані ділянки атмосфери (грозова активність, магнітні бурі на Сонці)вони зазнають менших втрат і радіозв'язок може відбуватися на більші відстані.

* І ст. н. е. - Тит Лукрецій Кар висловлював припущення, що у Сонця «є багато жарких, сильних та не­видимих променів...» Інфрачервоне випромінювання

* Інфрачервоне випромінювання Довжна хвилі (м) 2 ∙10 -4 - 7,6 ∙10 -7 Частота(Гц) 3 ∙1012 - 3∙ 10 14 Енергія(еВ) 1,24∙ 10 -2 – 1,65 Джерело Будь яке нагріте тіло: свіча, піч, батарея водяного опалення, електрична лампа накалювання Людина випромінює хвилі довжиною 9∙ 10 -6 м Приймач Термоелементи, фотоелементи, фоторезистори, фотоплівки Історія відкриття Рубенс и Нікольс ( 1896 р.), 

* Інфрачервоне випромінювання Застосування Криміналістика, фотографування земних объектов у тумані - темряві, бінокль и приціли зброї, прилади нічного бачення, прогріванння тканин живих організмів ( медицина), сушіння, фарбування, сигнализація охоронних систем, інфрачервоний телескоп, фотодіоди пульта телевізора Властивості проходить крізь картон, чорний папір, тонкий шар ебоніту, асфальт, атмосферу Землі, сильно по­глинається водяною парою

* Видиме випромінювання

* Видиме випромінювання Довжна хвилі (м) 6,7∙ 10-7 - 3,8∙ 10 -7 Частота(Гц) 4 ∙ 1014 - 8∙ 1014 Енергія(еВ) 1,65 – 3,3 еВ Джерело Сонце, лампа накалювання, вогонь Приймач Око, фотоплівка, фотоелементи, термоелементи Історія відкриття Меллоні Застосування Зір, біологічне життя, фотосинтез, лампи денного світла білого світла

* Ультрафіолетове випромінювання Випромінювання з діапазону UVA досить слабо поглинається   атмосферою. Тому радіація, що досягає поверхні Землі, в значній мірі містить ближній ультрафіолет UVA, і, в невеликій кількості - UVB

* Ультрафіолетове випромінювання Довжна хвилі (м) 3,8∙ 10 -7 - 3 ∙10 -9 Частота(Гц) 8∙ 1014 - 10 16 Енергія(еВ) 3,3 – 247,5 еВ Джерело Сонячне світло, газоразрядні кварцеві лампи, Випромінення всіх твердих тіл за температур більше 1000 ° С, що світяться ( крім ртуті) Приймач Фотоелементи,фотопомножувачі, люмінесцентні речовини Історія відкриття Йоганн Риттер, Лаймен Застосування Промислова електроніка та автоматика, люмінесцентні лампи, текстильне випобництво, методи стирилізації повітря, води та твердих поверхонь у медицині та промисловості

* Рентгенівське випромінювання У 1901 році Рентгену була присуджена перша в історії Нобелівська премія з фізики В цьому ж напрямі й до нього працювали багато вчених, у тому числі й Іван Пулюй – упродовж 14 років. Займаючись газорозрядними процесами в катодній трубці, Пулюй винайшов так звану "лампу Пулюя", яка випускала невідоме проміння. За допомогою барієво-платиново-ціаністого екрана він зробив ці промені видимими, і почав робити різні знімки (зараз вони називаються рентгенограмами), що вирізнялися особливою чіткістю.

* Рентгенівське випромінювання Довжна хвилі (м) 10 -9 - 3 ∙10 -12 Частота(Гц) 3 ∙1017 - 3∙ 10 20 Енергія(еВ) 247,5 – 1,24 105 еВ Джерело Електронна рентгенівська трубка (випромінення вільними або в атомах електронами квантів великих енергій),Сонячна корона Приймач Фотоплівка, свічення деяких кристалів Історія відкриття В. Рентген (8 листопада 1895 року), Міллікен, І Пулюй Застосування Діагностика та лікування захворювань( медицина), дефектоскопія ( контроль внутрішніх структур, зварювальних швів)

* Гама-випромінювання Довжна хвилі (м) 3,8 ∙10 -7 - 3 ∙10 -9 Частота(Гц) 8∙ 1014 - 10 17 Енергія(еВ) 9,03∙ 103 – 1, 24∙ 1016 еВ Джерело Радіоактивні атомні ядра, ядерні реакції, процеси перетворення речовини в випромінення Приймач Лічильники випромінювань Історія відкриття  А. Беккерель 1896 р Застосування Дефектоскопія; контроль технологічних процесів; терапія та діагностика в медицині, космічні дослідженя γ – випромінювання

* Небезпека опромінювання

* ИНТЕРАКТИВНАЯ МОДЕЛЬ ШКАЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ИНТЕРАКТИВНАЯ МОДЕЛЬ ШКАЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ИНТЕРАКТИВНАЯ МОДЕЛЬ ШКАЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ИНТЕРАКТИВНАЯ МОДЕЛЬ ШКАЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ИНТЕРАКТИВНАЯ МОДЕЛЬ ШКАЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ИНТЕРАКТИВНАЯ МОДЕЛЬ ШКАЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ИНТЕРАКТИВНАЯ МОДЕЛЬ ШКАЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ИНТЕРАКТИВНАЯ МОДЕЛЬ ШКАЛЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН