Какие свойства электромагнитного излучения проявляются
Что такое электромагнитное излучение?
Электромагнитное излучение – это колебания электрического и магнитного полей. Скорость распространения в вакууме равна скорости света (около 300 000 км/с). В других средах скорость распространения излучения меньше.
Электромагнитное излучение классифицируется по частотным диапазонам. Границы между диапазонами весьма условны, в них нет резких переходов.
- Видимый свет. Это самый узкий диапазон во всем спектре. Человек может воспринимать только его. Видимый свет сочетает в себе цвета радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. За красным цветом находится инфракрасное излучение, за фиолетовым – ультрафиолетовое, но они уже не различимы человеческим глазом.
Волны видимого света очень короткие и высокочастотные. Длина таких волн – одна миллиардная часть метра или один миллиард нанометров. Видимый свет от Солнца – своеобразный коктейль, в котором смешаны три основных цвета: красный, желтый и синий.
- Ультрафиолетовое излучение – часть спектра между видимым светом и рентгеном. Ультрафиолетовое излучение используется для создания световых эффектов на сцене театра, дискотеках; банкноты некоторых стран содержат защитные элементы, видимые только при ультрафиолете.
- Инфракрасное излучение является частью спектра между видимым светом и короткими радиоволнами. Инфракрасное излучение – это скорее тепло, чем свет: каждое нагретое твердое или жидкое тело испускает непрерывный инфракрасный спектр. Чем выше температура нагревания, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.
- Рентгеновское излучение (рентген). Волны рентгеновского излучения обладают свойством проходить сквозь вещество и не поглощаться слишком сильно. Видимый свет такой способностью не обладает. Благодаря рентгену некоторые кристаллы могут светиться.
- Гамма-излучение – это наиболее короткие электромагнитные волны, которые проходят сквозь вещество без поглощения: они могут преодолеть однометровую стену из бетона и свинцовую преграду толщиной в несколько сантиметров.
ВАЖНО! Необходимо избегать рентгеновского и гаммы-излучений, так как они представляют для человека потенциальную опасность.
Шкала электромагнитных излучений
Процессы, происходящие в космосе, и объекты, которые там находятся, порождают электромагнитные излучения. Шкала волн является методом регистрации электромагнитных излучений.
Детальная иллюстрация спектрального диапазона представлена на рисунке. Границы на такой шкале условны.
Основные источники электромагнитного излучения
- Линии электропередач. На расстоянии 10 метров они создают угрозу для здоровья человека, поэтому их размещают на большой высоте либо закапывают глубоко в землю.
- Электротранспорт. Сюда входят электрокары, электрички, метро, трамваи и троллейбусы, а также лифты. Самым вредным воздействием обладает метро. Лучше передвигаться пешком или на собственном транспорте.
- Спутниковая система. К счастью, сильное излучение, сталкиваясь с поверхностью Земли, рассеивается, и до людей долетает только малая часть опасности.
- Функциональные передатчики: радары и локаторы. Они излучают электромагнитное поле на расстоянии 1 км, поэтому все аэропорты и метеорологические станции размещаются как можно дальше от городов.
Излучение от бытовых электроприборов
Широко распространенными источниками электромагнитного излучения являются бытовые приборы, которые находятся у нас дома.
- Мобильные телефоны. Излучение от наших смартфонов не превышает установленные нормы, но когда мы звоним кому-то, после набора номера идет соединение базовой станции с телефоном. В этот момент сильно превышается норма, так что подносите телефон к уху не сразу, а через несколько секунд после набора номера.
- Компьютер. Излучение также не превышает норму, но при длительной работе СанПин рекомендует каждый час делать перерыв на 5-15 минут.
- Микроволновая печь. Корпус микроволновки создает защиту от излучений, но не на 100%. Находиться рядом с микроволновкой – опасно: излучение проникает под кожу человека на 2 см, запуская патологические процессы. Во время работы СВЧ-печи соблюдайте расстояние в 1-1,5 метра от нее.
- Телевизор. Современные плазменные телевизоры не представляют большой опасности, а вот старых с кинескопами стоит опасаться и держаться на расстоянии минимум 1,5 м.
- Фен. Когда фен работает, он создает электромагнитное поле огромной силы. В это время мы сушим голову достаточно долго и держим фен близко к голове. Чтобы снизить опасность, пользуйтесь феном максимум 1 раз в неделю. Суша волосы вечером, вы можете вызвать бессонницу.
- Электробритва. Вместо нее приобретите обычный станок, а если привыкли – электробритву на аккумуляторе. Это в значительной мере снизит электромагнитную нагрузку на организм.
- Зарядные устройства создают поле во все стороны на расстоянии 1 м. Во время зарядки вашего гаджета не находитесь близко к нему, а после зарядки отсоедините устройство из розетки, чтобы излучения не было.
- Электропроводка и розетки. Кабеля, отходящие от электрощитов, представляют особую опасность. Расстояние от кабеля до спального места должно быть минимум 5 метров.
- Энергосберегающие лампы также излучают электромагнитные волны. Это касается люминесцентных и светодиодных ламп. Установите галогеновую лампу или лампу накаливания: они ничего не излучают и не представляют опасности.
Установленные нормы ЭМИ для человека
Каждый орган в нашем теле вибрирует. Благодаря вибрации вокруг нас создается электромагнитное поле, содействующее гармоничной работе всего организма. Когда на наше биополе воздействуют другие магнитные поля, это вызывает в нем изменения. Иногда организм справляется с влиянием, иногда – нет. Это становится причиной ухудшения самочувствия.
Даже большое скопление людей создает электрический заряд в атмосфере. Полностью изолироваться от электромагнитного излучения невозможно. Есть допустимый уровень ЭМИ, который лучше не превышать.
Вот безопасные для здоровья нормы:
- 30-300 кГц, возникающие при напряженности поля 25 Вольт на метр (В/м),
- 0,3-3 МГц, при напряженности 15 В/м,
- 3-30 МГц – напряженность 10 В/м,
- 30-300 МГц – напряженность 3 В/м,
- 300 МГц-300 ГГц – напряженность 10 мкВт/см2.
При таких частотах работают гаджеты, радио- и телеаппаратура.
Воздействие электромагнитных лучей на человека
Нервная система чрезвычайна чувствительна к влиянию электромагнитных лучей: нервные клетки уменьшают свою проводимость. В результате ухудшается память, притупляется чувство координации.
При воздействии ЭМИ на человека не только подавляется иммунитет – он начинает атаковать организм.
ВАЖНО! Для беременных женщин электромагнитное излучение представляет особую опасность: снижается скорость развития плода, появляются дефекты в формировании органов, велика вероятность преждевременных родов.
Защита от электромагнитных излучений
- Если вы проводите много времени за компьютером, запомните одно правило: расстояние между лицом и монитором должно быть около метра.
- Уровень электромагнитного излучения бытовой техники, которую вы покупаете, не должен доходить до отметки «минимум». Обратитесь к продавцу-консультанту. Он поможет выбрать наиболее безопасную технику.
- Ваша кровать не должна находиться рядом с местом, где проложена электропроводка. Расположите спальное место в противоположном конце комнаты.
- Установите защитный экран на компьютер. Он выполнен в виде мелкой металлической сетки и действует по принципу Фарадея: вбирает в себя все излучение, защищая пользователя.
- Сократите пребывание в электрифицированном общественном транспорте. Отдавайте предпочтение пешей ходьбе, велосипеду.
Как проверить уровень электромагнитного излучения в домашних условиях
Точно обрисовать, как обстоят дела с электромагнитным излучением в вашем доме, могут только специалисты. Когда в службу СЭС поступает объявление о превышении допустимой нормы ЭМИ, на место выезжают работники со специальными приборами, позволяющими получить точные данные. Показатели обрабатываются. Если они завышены, предпринимаются определенные меры. Первым делом выясняют причину неполадки. Это может быть ошибка в строительстве, проектировании, неправильная эксплуатация.
Для самостоятельного определения степени излучения понадобятся отвертка с индикатором и радиоприемник.
- Выдвиньте антенну из приемника;
- Прикрутите к ней проволочную петлю диаметром 40 см;
- Настройте радио на пустую частоту;
- Обойдите помещение. Прислушивайтесь к звукам приемника;
- Место, где слышатся отчетливые звуки, и является источником излучения;
- Поднесите индикаторную отвертку со светодиодом. Индикатор станет красным, а интенсивность цвета скажет о силе излучения.
Увидеть значение в цифрах позволит ручной прибор. Он работает на разных частотах и улавливает напряжение электромагнитного поля. Прибор настраивается на нужный режим частот, выбирая единицы измерения: вольт/метр или микроватт/см2, отслеживает выбранную частоту и выводит результат на компьютер.
Также хорошим прибором является АТТ-2592. Устройство портативное, имеет дисплей с подсветкой. Измерение выполняет изотропным методом, автоматически выключается через 15 минут.
Источник
Электромагнитное излучение представляет собой форму энергии, которая находится вокруг нас. Оно принимает множество форм, таких как радиоволны, микроволны, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Солнечный свет также является формой электромагнитной энергии. Но видимый свет представляет собой лишь небольшую часть электромагнитного спектра, который содержит широкий диапазон электромагнитных волн.
Электромагнитная теория
Когда-то считалось, что электричество и магнетизм являются отдельными силами. Однако в 1873 году шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл разработал единую теорию электромагнетизма. Изучение электромагнетизма связано с тем, как электрически заряженные частицы взаимодействуют друг с другом и с магнитными полями.
Существует четыре основных электромагнитных взаимодействия:
◾ Сила притяжения или отталкивания между электрическими зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
◾ Магнитные полюса притягивают и отталкивают друг друга, подобно электрическим зарядам.
◾ Электрический ток в проводе создает магнитное поле, направление которого зависит от направления тока.
◾ Движущееся электрическое поле создает магнитное поле и наоборот.
Для описания этих явлений, Максвелл разработал набор формул, называемых уравнениями Максвелла.
Джеймс Клерк Максвелл
Волны и поля
Электромагнитное излучение создается, когда атомная частица, такая как электрон, ускоряется электрическим полем, что заставляет его двигаться. Движение создает колебательные электрические и магнитные поля, которые движутся под прямым углом друг к другу в пучке световой энергии, называемой фотоном. Фотоны движутся в гармонических волнах с наивысшей скоростью во Вселенной – 299 792 458 метров в секунду в вакууме. То есть со скоростью света. Волны имеют определенные характеристики, такие как частота, длина волны или энергия.
Электромагнитные волны формируются, когда электрическое поле (красные стрелки) соединяется с магнитным полем (синие стрелки). Магнитные и электрические поля электромагнитной волны перпендикулярны друг другу и направлению волны.
Длина волны -это расстояние между двумя последовательными пиками волны. Это расстояние указывается в метрах или его десятых долях. Частота – это число волн, которые формируются за определенный промежуток времени. Ее обычно измеряют как число волновых циклов в секунду, или герц (Гц). Короткая длина волны означает, что частота будет выше, потому что один цикл может пройти за более короткий промежуток времени. Более длинная волна имеет более низкую частоту, потому что каждый цикл занимает больше времени.
Электромагнитный спектр
Электромагнитное излучение охватывает огромный диапазон длин волн и частот. Этот диапазон известен как электромагнитный спектр. Он обычно делится на семь областей, в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты – радиоволны, микроволны, инфракрасные (ИК), видимые, ультрафиолетовые (УФ), рентгеновские и гамма-лучи. Обычно излучение с более низкой энергией, такое как радиоволны, выражается как частота. Микроволны, инфракрасный, видимый и УФ-излучение обычно выражаются как длина волны. Излучение более высокой энергии, такое как рентгеновское излучение и гамма-излучение, выражается через энергию на фотон.
Электромагнитный спектр обычно делится на семь областей в порядке убывания длины волны и увеличения энергии и частоты – радиоволны, микроволны, инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи.
Радиоволны
Радиоволны находятся в самом низком диапазоне электромагнитного спектра, с частотами до 30 миллиардов герц, или 30 гигагерц (ГГц), и длинами волн больше, чем 10 миллиметров. Радио используется в основном для связи, переговоров, передачи данных и в средствах массовой информации.
Микроволны
Микроволны попадают в диапазон электромагнитного спектра между радио и ИК. Они имеют примерные частоты от 3 ГГц до 30 триллионов герц или 30 терагерц (ТГц), и длину волны от 10 мм до 100 мкм. Микроволны используются в портативных средствах связи, в радарах и как бесконтактный источник тепла, например в микроволновой печи.
Инфракрасное излучение
ИК излучение находится между микроволнами и видимым светом. ИК имеет примерные частоты от 30 до 400 ТГц, и длину волны от 100 мкм до 740 нм. ИК свет невидим для глаз человека, но мы можем ощущать его как тепло при его достаточной интенсивности.
Видимый свет
Видимый свет находится в середине электромагнитного спектра – между ИК и УФ. Его примерные частоты от 400 до 800 ТГц. Длины волны видимого света около 740 нм до 380 нм. Видимый свет является видимым для большинства человеческих и животных глаз.
Ультрафиолетовый свет
УФ свет находится между видимым светом и рентгеновскими лучами. Его приблизительные частоты от 8*10 14 до 3*10 16 Гц, а длины волн могут быть от 10 до 400 нм. Ультрафиолет является частью солнечного света, однако, он невидим для человеческого глаза, но существуют другие живые организмы, способные видеть его. УФ применяется во множестве медицинских и промышленных целях. Но он способен повредить живую ткань.
Рентгеновские лучи
Рентгеновские лучи подразделяются на два типа: мягкие рентгеновские лучи и жесткие рентгеновские лучи. Мягкие рентгеновские лучи в электромагнитном спектре находятся между УФ и гамма-лучами. Их частота составляет от 3*10 16 до 10*18 Гц, а длина волны от 10 нм до 100 мкм. Жесткие рентгеновские лучи находятся в той же области спектра, что и гамма-лучи. Единственной их различие в том, что рентгеновские лучи создаются ускоряющимися электронами, а гамма-лучи – атомными ядрами.
Гамма-излучение
Гамма-излучение находятся в диапазоне спектра выше мягких рентгеновских лучей, с частотой 3*10 18 Гц и длиной волны менее 100 мкм. Гамма-излучение вызывает повреждение живой ткани. Поэтому оно так необходимо для уничтожения раковых клеток, при применении в небольших и тщательно измеренных дозах. Неконтролируемое воздействие такого излучения чрезвычайно опасно для человека.
???? ???? ????
Источник
Электромагни́тное излуче́ние (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей. Обладает квантовыми свойствами «дуализм волна-частица».
Наиболее известным примером электромагнитного излучения является видимый свет. Скорость распространения электромагнитного излучения равна скорости света.
Характеристики электромагнитного излучения[править | править код]
Особенности электромагнитных волн:
- наличие трёх взаимноперпендикулярных векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля E и вектора напряжённости магнитного поля H.
Волновые свойства[править | править код]
Электромагнитные волны — это поперечные волны (волны сдвига), в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны.
Квантовые свойства[править | править код]
Квантовые свойства излучения проявляются при взаимодействии излучения с веществом — в частности, испускание и поглощение излучения происходит дискретными порциями.
Энергия кванта электромагнитного излучения определяется выражением:
где = 6,63×10−34 Дж·с (постоянная Планка), — частота волны.
Полезно заметить, что для длины волны = 1000 нм энергия соответствующего кванта составляет 1,24 эВ, то есть приблизительно один электрон-вольт. На красном конце видимого спектра формула даёт 1,6 эВ, на фиолетовом — 3 эВ.
Диапазоны электромагнитного излучения[править | править код]
Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам (см. таблицу). Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.
| Название диапазона | Длины волн, λ | Частоты, ν | Источники | |
|---|---|---|---|---|
| Радиоволны | Сверхдлинные | 100 — 10 км | 3 — 30 кГц | Атмосферные явления. Переменные токи в проводниках и электронных потоках (колебательные контуры). |
| Длинные | 10 км — 1 км | 30 кГц — 300 кГц | ||
| Средние | 1 км — 100 м | 300 кГц — 3 МГц | ||
| Короткие | 100 м — 10 м | 3 МГц — 30 МГц | ||
| Ультракороткие | < 10 м | > 30 МГц | ||
| Оптическое излучение | Инфракрасное (тепловое) | 760 нм — 2 мм | > 1.5×1011 Гц (11 октав) | Излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях. |
| Видимое (видимый свет) | 400—760 нм | (1 октава) | ||
| Ультрафиолетовое | 10 — 400 нм | < 3×1016 Гц (5 октав) | Излучение атомов под воздействием ускоренных электронов. | |
| Жёсткие лучи | Рентгеновские | 10 — 10-2нм | 3×1016 — 6×1019 Гц | Атомные процессы при воздействии ускоренных заряженных частиц. |
| Гамма | 10-1 — 10-6 нм | 3×1020 — 1023 | Ядерные и космические процессы, радиоактивный распад. | |
Радиоволны. Ультракороткие радиоволны принято разделять на метровые, дециметровые, миллиметровые и субмиллиметровые или микрометровые. Волны с длиной λ < 1 м (ν > 300 МГц) принято также называть микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ).
Жёсткие лучи. Границы областей рентгеновского и гамма-излучения могут быть определены лишь весьма условно. Для общей ориентировки можно принять, что энергия рентгеновских квантов лежит в пределах 20 эВ — 0,1 МэВ, а энергия гамма-квантов — больше 0,1 МэВ.
Особенности электромагнитного излучения разных диапазонов[править | править код]
Распространение электромагнитных волн, временны́е зависимости электрического и магнитного полей, определяющий тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации и прочие особенности зависят от источника излучения и свойств среды.
Электромагнитные излучения различных частот взаимодействуют с веществом также по разному. Процессы излучения и поглощения радиоволн можно описать с помощью соотношений электродинамики; а вот для волн оптического диапазона и, тем более, жестких лучей необходимо учитывать уже их квантовую природу.
Радиоволновые излучения[править | править код]
Из-за больших значений λ распространение радиоволн можно рассматривать без учёта атомистического строения среды. Исключение составляют только самые короткие радиоволны, примыкающие к инфракрасному участку спектра. В радиодиапазоне слабо сказываются и квантовые свойства излучения.
Радиоволны возникают при протекании по проводникам переменного тока соответствующей частоты. И наоборот, проходящая в пространстве электромагнитная волна возбуждает в проводнике соответствующий ей переменный ток. Это свойство используется в радиотехнике при конструировании антенн.
Естественным источником волн этого диапазона являются грозы. Считается, что они же являются источником стоячих электромагнитных волн Шумана.
Оптическое излучение[править | править код]
Видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение составляет так называемую оптическую область спектра в широком смысле этого слова. Выделение такой области обусловлено не только близостью соответствующих участков спектра, но и сходством приборов, применяющихся для её исследования и разработанных исторически главным образом при изучении видимого света (линзы и зеркала для фокусирования излучения, призмы, дифракционные решётки, интерференционные приборы для исследования спектрального состава излучения и пр.).
Частоты волн оптической области спектра уже сравнимы с собственными частотами атомов и молекул, а их длины — с молекулярными размерами и межмолекулярными расстояниями. Благодаря этому в этой области становятся существенными явления, обусловленные атомистическим строением вещества. По этой же причине, наряду с волновыми, проявляются и квантовые свойства света.
Самым известным источником оптического излучения является Солнце. Его поверхность (фотосфера) нагрета до температуры 6000 градусов и светит ярко-жёлтым светом. Именно потому, что мы родились возле такой звезды, этот участок спектра электромагнитного излучения непосредственно воспринимается нашими органами чувств.
Излучение оптического диапазона возникает при нагревании тел (инфракрасное излучение называют также тепловым) из-за теплового движения атомов и молекул. Чем сильнее нагрето тело, тем выше частота его излучения. При определённом нагревании тело начинает светиться в видимом диапазоне (каление), сначала красным цветом, потом жёлтым и так далее. И наоборот, излучение оптического спектра оказывает на тела тепловое воздействие.
Кроме теплового излучения источником и приёмником оптического излучения могут служить химические и биологические реакции. Одна из известнейших химических реакций, являющихся приёмником оптического излучения, используется в фотографии.
Жёсткое излучение[править | править код]
В области рентгеновского и гамма-излучения на первый план выступают квантовые свойства излучения.
Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и пр.), а также в результате процессов, происходящих внутри электронных оболочек атомов. Гамма-излучение появляется в результате процессов, происходящих внутри атомных ядер, а также в результате превращения элементарных частиц. Оно появляется и при торможении быстрых заряженных частиц.
История исследований[править | править код]
Существование электромагнитного излучения теоретически предсказал английский физик Фарадей в 1832 г.
В 1865 году английский физик Дж. Максвелл расчитал теоретически скорость электромагнитных волн в вакууме.
В 1888 году немецкий физик Герц подтвердил теорию Максвелла опытным путем.
См. также[править | править код]
- Волна
- Радиобиология неионизирующих излучений
- Фотоэффект
- Эффект Комптона
Литература[править | править код]
- Физика. Большой энциклопедический словарь/Гл. ред. А. М. Прохоров. — 4-е изд. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. — С. 874 — 876. ISBN 5-85270-306-0 (БРЭ)
Материалы сообщества доступны в соответствии с условиями лицензии CC-BY-SA, если не указано иное.
Источник