Электромагнитные волны и их свойства: Свойства электромагнитных волн — Физика электромагнитные волны.

Свойства электромагнитных волн — Физика электромагнитные волны.

    Электромагнитные
волны представляют собой распространение электромагнитных
полей в пространстве и времени.

    Рассмотрим основные свойства электромагнитных
волн.

    1. Электромагнитные волны излучаются колеблющимися зарядами.
Наличие ускорения — главное условие излучения электромагнитных
волн.

    2. Такие волны могут распространяться не только в газах, жидкостях
и твердых средах, но и в вакууме.

    3. Электромагнитная волна является поперечной.

    4. Скорость электромагнитных волн в вакууме с=300000
км/с. Распространение электромагнитной волны в диэлектрике представляет
собой непрерывное поглощение и переизлучение электромагнитной
энергии электронами и ионами вещества, совершающими вынужденные
колебания в переменном электрическом поле волны. При этом в диэлектрике
происходит уменьшение скорости волны.

    5. При переходе из одной среды в другую частота волны не изменяется.

  6. Электромагнитные волны могут поглощаться веществом.
Это обусловлено резонансным поглощением энергии заряженными частицами
вещества. Если собственная частота колебаний частиц диэлектрика
сильно отличается от частоты электромагнитной волны, поглощение
происходит слабо, и среда становится прозрачной для электромагнитной
волны.

    7. Попадая на границу раздела двух сред, часть
волны отражается, а часть проходит в другую среду, преломляясь.
Если второй средой является металл, то прошедшая во вторую среду
волна быстро затухает, а большая часть энергии (особенно у низкочастотных
колебаний) отражается в первую среду (металлы являются непрозрачными
для электромагнитных волн).

    Для электромагнитных волн, так же, как и для
механических, справедливы свойства дифракции, интерференции, поляризации
и другие.

ExecuteReader: Свойство CommandText не инициализировано

ExecuteReader: Свойство CommandText не инициализировано

ExecuteReader: Свойство CommandText не инициализировано

Описание: Необработанное исключение при выполнении текущего веб-запроса. Изучите трассировку стека для получения дополнительных сведений о данной ошибке и о вызвавшем ее фрагменте кода.

Сведения об исключении: System.InvalidOperationException: ExecuteReader: Свойство CommandText не инициализировано

Ошибка источника:

Трассировка стека:

[InvalidOperationException: ExecuteReader: Свойство CommandText не инициализировано]
   System. Data.SqlClient.SqlCommand.ValidateCommand(String method, Boolean async) +814
   System.Data.SqlClient.SqlCommand.RunExecuteReader(CommandBehavior cmdBehavior, RunBehavior runBehavior, Boolean returnStream, String method, TaskCompletionSource`1 completion, Int32 timeout, Task& task, Boolean& usedCache, Boolean asyncWrite, Boolean inRetry) +155
   System.Data.SqlClient.SqlCommand.RunExecuteReader(CommandBehavior cmdBehavior, RunBehavior runBehavior, Boolean returnStream, String method) +83
   System.Data.SqlClient.SqlCommand.ExecuteReader(CommandBehavior behavior, String method) +198
   System.Data.SqlClient.SqlCommand.ExecuteReader() +137
   TextbookService.DistanceEducation.ProcessRequest(HttpContext context) in D:\Файлы диска G\SPortal\TextbookService\TextbookService\DistanceEducation.cs:66
   System.Web.CallHandlerExecutionStep.System.Web.HttpApplication.IExecutionStep.Execute() +790
   System.Web.HttpApplication.ExecuteStepImpl(IExecutionStep step) +195
   System. Web.HttpApplication.ExecuteStep(IExecutionStep step, Boolean& completedSynchronously) +88

Электромагнитные волны. Понятие электромагнитной волны. Свойства электромагнитных волн. Волновые явления

Электромагнитные волны и их свойства

1.

Электромагнитные волны и их свойства

Иванова Анна
Миханошина Олеся
11 «а»

2. Электромагни́тные во́лны — электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от

свойств среды.

3. Электромагнитным полем является взаимосвязь электрических и магнитных полей. Так вот волна – это и есть распространяющееся в

пространстве
электромагнитное поле, электромагнитное возмущение.
Теорию электромагнитной волны и электромагнитного поля впервые
создал английский ученый Максвелл. Он показал, что электрические и
магнитные поля существуют вместе. Но, оказывается, они могут
существовать совершенно изолированно от какого-либо вещества.
Вспомните, звуковые волны могут быть только там, где есть среда.
Механические волны могут существовать только там, где есть вещество,
т.е. колебания, которые происходят с частицами, могут передаваться там,
где есть частицы, способные передавать это возмущение. Что
касается электромагнитного поля, то оно может существовать даже там,
где этого вещества нет, где нет никаких частиц.

5. Итак, электромагнитное поле существует в вакууме, значит, если мы создадим определенные условия и сможем создать общее

Итак, электромагнитное поле существует в
вакууме, значит, если мы создадим
определенные условия и сможем создать
общее электромагнитное возмущение в
пространстве, то это возмущение может
распространяться по всем направлениям,
именно это и будет электромагнитная волна.

6.  Опыт Герца

Опыт Герца
Первым человеком, которому удалось произвести
излучение электромагнитной волны и прием
электромагнитной волны, был немецкий ученый Г.
Герц. Ему первому удалось создать такую
установку по излучению и приему
электромагнитной волны. Какие же принципы
лежали в основе его эксперимента?

7. Для излучения электромагнитной волны требуется до­ста­точно быстро и ускоренно движущийся электрический заряд.

Г. Герц в своих

Для излучения электромагнитной волны требуется достаточно быстро и ускоренно движущийся
электрический заряд. Г. Герц в своих опытах установил:
чтобы получить довольно ощутимую электромагнитную
волну, движущийся электрический заряд должен
осуществлять колебания с высокой частотой, порядка
нескольких десятков тысяч герц. Если такое колебание
происходит, то вокруг этого заряда будет
формироваться переменное электромагнитное поле и
распространяться во все стороны. Это и будет
электромагнитная волна.

9.  Скорость волны. Поперечность волны

Скорость волны. Поперечность
волны
Электромагнитная волна обладает
определенными свойствами. Эти свойства как раз
и были указаны в работе Максвелла. Во-первых,
электромагнитная волна распространяется со
скоростью, которую мы привыкли называть
скорость света. Эта скорость (мы будем ее
называть скорость электромагнитной волны)
составляет 300000 км/с.
Еще один факт: электромагнитная волна –
поперечная.
Если есть источник электромагнитных волн
(это любой колеблющийся с высокой частотой
заряд), то вокруг него формируется
электромагнитное поле
, то, по Максвеллу, вокруг переменного
магнитного поля образуется вихревое
электрическое.
Характеристикой электрического поля является
напряженность электрического поля. Она обозначается
буквой
, это тоже векторная величина, а единицей
измерения напряженности является
С другой стороны, если мы рассмотрим
изменяющееся, вихревое электрическое поле, то
вокруг этого поля формируется вихревое
магнитное с характеристикой магнитной
индукцией
Вы видите, что линии магнитной индукции и линии
силовые электрического поля взаимно
перпендикулярны. Это взаимно перпендикулярное
расположение характеристик магнитного и
электрического полей; напряженности и индукции
магнитного поля говорит нам о том, что электромагнитная волна является поперечной.

13.  Шкала электромагнитных волн

Шкала электромагнитных волн
Необходимо отметить, что все электромагнитные волны сведены в одну
шкалу в зависимости от их частоты.
Каждый из этих диапазонов соответствующим образом
используется в технике. Самые распространенные примеры –
ТВ, радио, мобильная связь.
Характер изменения во времени Е и Н электромагнитной волны
определяется законом изменения тока I и зарядов e, ее
возбуждающих.
Однако ее форма повторяет форму тока только в случае, если
электромагнитные волны распространяются в линейной среде,
электрические и магнитные свойства которой не зависят от Е и Н.
Частота колебаний электрического и магнитного полей в
электромагнитной волне связана с длиной волны соотношением:
l= с/n.
Электромагнитная волна обладает энергией, импульсом, массой, а
если она является эллиптически- и циркулярнополяризованной, то
обладает еще и моментом импульса.
Электромагнитная волна переносит энергию. Средняя величина
энергии плоской поляризованной волны
W> = eeoA2/2Дж/см3.
Энергия волны Ев, протекающая через поверхность S ,
перпендикулярную распространению волны, за время t , равна
Ев = W>cSt.
Величину I =W>c называют интенсивностью.
Источниками низкочастотных колебаний с частотой n — до 103 Гц,
и длиной волны λ порядка 103 — 10-4м, являются генераторы
переменного тока; электромагнитные волны такой длины
применяются в электротехнике. Диапазон радиоволн
простирается от длинных ДВ до ультракоротких УКВ и СВЧ волн.

16. Спасибо за внимание!

Электромагнитные волны: что это, влияние и сферы применения

Что такое электромагнитные волны: Freepick

Одно из ключевых понятий физики — электромагнитные волны. Человек не может их увидеть, но активно использует. Радио и радары, рентгены и лазеры — все это работает благодаря существованию электромагнитного поля.

Что такое электромагнитные волны

Теорию электромагнитного поля в середине XIX века, в 1862 году, разработал Джеймс Максвелл. Он дал теоретическое определение электромагнитным волнам и излучению.

Характеристика и история изучения

Талантливый физик предсказал возможность существования электромагнитных волн как способа, с помощью которого электромагнитное поле распространяется в пространстве и во времени. Источником этого явления ученый назвал электрические заряды, которые движутся с ускорением.

Его теорию продолжили исследовать на практике такие ученые, как:

• Дэвид Эдвард Хьюз. В 1879 году продемонстрировал эффект распространения электромагнитных волн в воздухе.
• Генрих Герц. В серии экспериментов 1886–1889 гг. показал генерацию и прием электромагнитных волн. Опыты Герца сыграли решающую роль для доказательства и признания электромагнитной теории Максвелла.
• Русский изобретатель радио Александр Степанович Попов. В своей первой радиограмме в 1896 году передал два слова: «Генрих Герц». А за год до этого, пользуясь небольшими вибраторами, он получил электромагнитные волны длиной около 2–6 мм.

С тех пор электромагнитное излучение определяют как одноименные волны, которые приводят в возбуждение различные объекты излучения (молекулярные, атомные и заряженные частицы).

Каждая электромагнитная волна является излучением, которое имеет три основные характеристики:

1. Частота — количество гребней волны, которые проходят за одну секунду. Измеряется в герцах.
2. Поляризация. Описывает то, как происходят колебания электромагнитной волны в поперечном направлении. Когда волновые колебания происходят в одной плоскости, то такое излучение называют поляризованным. На практике это явление встречается на 3D-сеансах в кинотеатрах. В специальных очках происходит поляризация и картинка разделяется.
3. Длина, то есть расстояние, которое соединяет точки электромагнитного излучения, колеблющиеся в пределах одной фазы.

Электромагнитное излучение интересно тем, что распространяется в любой среде — и в плотных веществах, и в вакууме. При этом в последнем скорость распространения волн составляет около 300 тысяч км/с. А вот, например, звуковые волны в вакууме распространяться не могут.

Диапазоны электромагнитных волн: Freepick

Каков принцип действия электромагнитного излучения

Оно обладает энергией, которой присуща напряженность. Поле электромагнитных волн может быть постоянным и переменным:

• В первом случае напряженность обусловлена силой, которая оказывает каталитическое (ускоряющее) воздействие на токовый проводник. Такое напряжение измеряется в амперах.
• Переменное поле состоит из магнитной и электрической разновидностей магнитного поля, расширяющихся в пространстве в виде волн.

У такого распространения есть три зоны:

• Ближняя — индукционная.
• Промежуточная — интерференционная.
• Дальняя — волновая.

В своей теории Максвелл описал определенные свойства электромагнитных волн, которые обусловлены их различиями и зависят от длины волны. Согласно этому параметру, волны электромагнитного поля разделяют на диапазоны. Для последних разработана условная шкала, так как близкие частоты часто совмещают такие свойства:

• высокую проникающую способность;
• быструю скорость растворения в веществах;
• положительное и отрицательное влияние на человека.

Электромагнитные волны довольно быстро стали явлением, которое используют на практике. Знаем о них или нет, они нас окружают повсюду.

Виды электромагнитных волн и их применение

Электромагнитные волны различаются по частоте, поляризации и длине. Последний показатель был взят за основу самой распространенной классификации.

Виды

По показателю длины выделяют:

• Видимый свет. Это излучение воспринимается зрением человека. Длина у этих волн короткая и находится в границах от 380 до 780 нм.
• Инфракрасные волны. По показателю длины они находятся между световым излучением и радиоволнами.
• Радиоволны. Они имеют большую длину и охватывают все виды излучений от 0,5 мм.
• Ультрафиолет — излучение, которое наносит вред живым организмам.
• Рентгеновское излучение. Его производят электронные частицы. Оно широко применяется в медицине.
• Гамма-излучение с самой короткой длиной волны — самое опасное излучение для человека.

Где применяют и как влияет на человека

Широко применять электромагнитное излучение начали с конца XIX века. В это время началось развитие радиосвязи, с помощью которой реальным стало общение на больших расстояниях. Главными электромагнитными источниками были крупные объекты промышленного масштаба, а также электрические линии передач.

Кроме того, этим видом излучения заинтересовалась военная сфера. Так началась эпоха радаров и других подобных электрических приборов.

Радиосвязь: Freepick

В сфере медицины для лечения различных болезней начали использовать инфракрасное излучение. Благодаря рентгеновским исследованиям появилась возможность выявлять внутренние повреждения в организме человека. На современном этапе с помощью лазеров проводят операции, требующие ювелирной точности.

Наряду с перечисленной выше пользой электромагнитного излучения, известны и некоторые негативные для человека последствия его воздействия:

• повышенная усталость;
• головные боли;
• тошнота.

Ученые-исследователи Н. И. Бурлака и С. С. Гоженко установили, что чрезмерное действие электромагнитного излучения повреждает внутренние органы, нарушает работу центральной нервной системы, что может привести к возникновению психических расстройств. Известен накопительный эффект биологических воздействий излучения: чем оно длительнее, тем более отрицательные результаты.

Воздействие, длящееся годами, приводит к:

• нарушениям работы гормональной системы;
• появлению злокачественных новообразований;
• болезням крови.

Чтобы избежать таких негативных влияний, внедряют определенные стандарты, регулирующие вопросы безопасности электромагнитного воздействия. Так, для использования всех разновидностей электромагнитного излучения разрабатывают гигиенические нормы и радиационные стандарты.

На современном этапе продолжается изучение электромагнитного излучения и его воздействия на организм человека. Многие стараются свести его к минимуму, так как нет окончательного вердикта относительно вреда излучения. Нас окружает великое разнообразие электромагнитных волн, многие из которых приносят человеку пользу.

Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1913374-elektromagnitnye-volny-chto-eto-vliyanie-i-sfery-primeneniya/

Электромагнитные явления / КонсультантПлюс

Электромагнитные явления

Электризация физических тел. Взаимодействие заряженных тел. Два рода электрических зарядов. Делимость электрического заряда. Элементарный электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Проводники, полупроводники и изоляторы электричества. Электроскоп. Электрическое поле как особый вид материи. Напряженность электрического поля. Действие электрического поля на электрические заряды. Конденсатор. Энергия электрического поля конденсатора.

Электрический ток. Источники электрического тока. Электрическая цепь и ее составные части. Направление и действия электрического тока. Носители электрических зарядов в металлах. Сила тока. Электрическое напряжение. Электрическое сопротивление проводников. Единицы сопротивления.

Зависимость силы тока от напряжения. Закон Ома для участка цепи. Удельное сопротивление. Реостаты. Последовательное соединение проводников. Параллельное соединение проводников.

Работа электрического поля по перемещению электрических зарядов. Мощность электрического тока. Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля — Ленца. Электрические нагревательные и осветительные приборы. Короткое замыкание.

Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Магнитное поле тока. Опыт Эрстеда. Магнитное поле постоянных магнитов. Магнитное поле Земли. Электромагнит. Магнитное поле катушки с током. Применение электромагнитов. Действие магнитного поля на проводник с током и движущуюся заряженную частицу. Сила Ампера и сила Лоренца. Электродвигатель. Явление электромагнитной индукция. Опыты Фарадея.

Электромагнитные колебания. Колебательный контур. Электрогенератор. Переменный ток. Трансформатор. Передача электрической энергии на расстояние. Электромагнитные волны и их свойства. Принципы радиосвязи и телевидения. Влияние электромагнитных излучений на живые организмы.

Свет — электромагнитная волна. Скорость света. Источники света. Закон прямолинейного распространение света. Закон отражения света. Плоское зеркало. Закон преломления света. Линзы. Фокусное расстояние и оптическая сила линзы. Изображение предмета в зеркале и линзе. Оптические приборы. Глаз как оптическая система. Дисперсия света. Интерференция и дифракция света.

Открыть полный текст документа

Электромагнитные волны и их свойства

Описание слайда:

Видимый свет
Первые теории о природе света — корпускулярная и волновая — появились в середине 17 века. Согласно корпускулярной теории (или теории истечения) свет представляет собой поток частиц (корпускул), которые испускаются источником света. Эти частицы движутся в пространстве и взаимодействуют с веществом по законам механики. Эта теория хорошо объясняла законы прямолинейного распространения света, его отражения и преломления. Основоположником данной теории является Ньютон.
Согласно волновой теории свет представляет собой упругие продольные волны в особой среде, заполняющей все пространство — светоносном эфире. Распространение этих волн описывается принципом Гюйгенса.
Каждая точка эфира, до которой дошел волновой процесс, является источником элементарных вторичных сферических волн, огибающая которых образует новый фронт колебаний эфира.
Гипотеза о волновой природе света высказана Гуком, а развитие она получила  в работах Гюйгенса, Френеля, Юнга.
Понятие упругого эфира привело к неразрешимым противоречиям. Например, явление поляризации света показало. что световые волны поперечны. Упругие поперечные волны могут распространяться только в твердых телах, где имеет место деформация сдвига. Поэтому эфир должен быть твердой средой, но в то же время не препятствовать движению космических объектов. Экзотичность свойств упругого эфира являлась существенным недостатком первоначальной волновой теории.
Противоречия волновой теории были разрешены в 1865 году Максвеллом, который пришел к выводу, что свет — электромагнитная волна. Одним из аргументов в пользу данного утверждения является совпадение скорости электромагнитных волн, теоретически вычисленных Максвеллом, со скоростью света, определенной экспериментально (в опытах Рёмера и Фуко).
Согласно современным представлениям, свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу. В одних явлениях свет обнаруживает свойства волн, а в других — свойства частиц. Волновые и квантовые свойства дополняют друг друга.
В настоящее время установлено, что корпускулярно — волновая двойственность свойств присуща также любой элементарной частице вещества. Например, обнаружена дифракция электронов, нейтронов.
Корпускулярно-волновой дуализм является проявлением двух форм существования материи — вещества и поля.

Электромагнитные волны: определение, источники и свойства — видео и расшифровка урока

Электромагнитные волны

Электромагнитный спектр описывает широкий спектр различных электромагнитных волн . Также называемые электромагнитными волнами, это особый тип волн, которые могут распространяться без среды. В отличие от звуковых и водяных волн, электромагнитным волнам не нужна жидкость, твердое тело или даже воздух, чтобы перемещаться из одного места в другое.Электромагнитные волны могут распространяться через огромный космический вакуум, поэтому мы видим свет от далеких звезд и планет.

Электромагнитные волны названы так потому, что они имеют как электрическую, так и магнитную составляющую. Они начинаются, когда заряженные частицы, такие как электроны, колеблются из-за действующих на них различных сил. Вибрация заряженных частиц приводит к излучению энергии, известной как электромагнитное излучение. ЭМ волны распространяются наружу от источника. Как и обычные поперечные волны, колебания электромагнитных волн перпендикулярны направлению движения волны.Но электромагнитные волны более сложны; электрическая составляющая колеблется в одной плоскости, а магнитная составляющая колеблется в другой плоскости. В вакууме электромагнитные волны всегда распространяются с одной и той же скоростью — скоростью света, которая составляет примерно 300 миллионов метров в секунду. Мы называем это значение скоростью света, но на самом деле оно считается нормальной скоростью для всех электромагнитных волн.

Итак, что такое другие электромагнитные волны, кроме света? К электромагнитным волнам относятся инфракрасные, ультрафиолетовые, радиоволны и микроволны.К ним также относятся рентгеновские и гамма-лучи. Вы, наверное, уже слышали обо всех этих волнах, но, возможно, не видели, как они соотносятся с видимым светом. Давайте посмотрим, как эти семь групп волн сочетаются друг с другом в электромагнитном спектре .

Электромагнитный спектр

Спектр ЭМ – это диапазон всех возможных частот электромагнитных волн.На одном конце спектра находятся волны с самыми низкими частотами. На другом конце находятся волны самой высокой частоты. Спектр разбит на области, которые определяют каждый из различных типов волн. На самых низких частотах у нас есть радиоволны. Затем, когда мы увеличиваем частоту, мы сталкиваемся с микроволнами, инфракрасным излучением и видимыми световыми волнами. Двигаясь дальше вверх по спектру, мы имеем ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Гамма-лучи имеют самые высокие частоты среди всех электромагнитных волн.

Электромагнитные волны также можно отличить по длине волны. Длины волн для электромагнитных волн можно найти, разделив скорость света на частоту волны; это модификация волнового уравнения. Поскольку все электромагнитные волны распространяются со скоростью света, спектр длин волн прямо противоположен спектру частот. Другими словами, длина волны и частота обратно пропорциональны друг другу. Мы можем рассматривать наш электромагнитный спектр не только с точки зрения увеличения частоты, но и с точки зрения уменьшения длины волны.По мере увеличения частот в ЭМ спектре длины волн уменьшаются. Итак, это означает, что радиоволны имеют самые большие длины волн, а гамма-лучи — самые маленькие.

Чтобы помочь вам связать эти отношения по всему спектру, попробуйте представить себе непрерывную волну с постепенными изменениями. Волна начинается с очень широких дуг, что указывает на большие длины волн и низкие частоты радиоволн. По мере движения волны по спектру гребни и впадины сближаются. В конце дуги настолько близко друг к другу, что вы едва можете видеть между ними.Это представляет высокие частоты и малые длины волн наших гамма-лучей в конце спектра.

Источники электромагнитного излучения

Электромагнитные волны трудно себе представить. Я имею в виду, что мы не можем на самом деле видеть или чувствовать их, как мы можем воду и звуковые волны. Откуда берется электромагнитное излучение? Мы уже говорили, что оно возникает из-за вибрации заряженных частиц, но что это на самом деле означает? Каковы источники этих заряженных частиц?

Излучение в видимом диапазоне света исходит в основном от солнца.Лампочки, горящее пламя и некоторые животные также могут быть источниками видимого света. Инфракрасное излучение исходит от солнца и других теплых вещей, таких как люди, электроприборы и далекие галактики. Большинство микроволн, о которых мы знаем, исходят от устройств, которые мы изобрели для их генерации, но есть микроволны, исходящие от Солнца и Вселенной в целом. Звезды и молнии являются естественными источниками радиоволн, но они также излучаются антенной радиопередатчика.

С другой стороны спектра у нас есть ультрафиолетовое излучение, которое исходит от черных ламп и люминесцентных ламп. Конечно, основным источником УФ-лучей является солнце, которое также является основным источником рентгеновских лучей. И рентгеновские, и гамма-лучи могут быть получены с помощью машин, используемых в диагностической визуализации, но гамма-лучи естественным образом возникают в результате распада радиоизотопов. Вы можете видеть, что в целом все электромагнитные волны излучаются объектами в космосе, и все они могут быть получены с помощью нашей технологии.В конце концов, однако, узкая полоса видимого света остается единственной областью спектра, которую мы действительно можем видеть.

Краткий обзор урока

Электромагнитные волны возникают в результате вибрации заряженных частиц и, в отличие от других волн, могут распространяться без среды. Широкий диапазон частот электромагнитных волн описывается электромагнитным спектром. Спектр простирается от радиоволн самой низкой частоты до гамма-лучей самой высокой частоты. Мы также можем описать электромагнитный спектр в терминах относительных длин волн: размер длины волны непрерывно уменьшается от радиоволн до гамма-лучей.

Различные типы волн исходят из разных источников, но большинство из них исходят от объектов, находящихся в открытом космосе. Человечество разработало широкий спектр технологий для производства электромагнитных волн. Эти машины используются в медицине, связи и для общего удобства.

Результаты обучения

После этого урока вы сможете:

• Описывать, что такое волны
• Объясните, чем электромагнитные волны отличаются от волн других типов
• Перечислите семь групп волн электромагнитного спектра
• Описать характеристики электромагнитных волн и понять, как они формируются
• Обобщить характеристики волн в различных точках электромагнитного спектра
• Объясните взаимосвязь между длиной волны и частотой
• Знать, как рассчитать длину волны электромагнитной волны
• Определить искусственные и естественные источники различных типов электромагнитных волн

Волны и электромагнитное излучение

Ученые открыли многое из того, что мы знаем о структуре атома, наблюдая за взаимодействием атомов с различными формами лучистой или передаваемой энергии, такой как энергия, связанная с видимым светом, который мы обнаруживаем с помощью наших глаза, инфракрасное излучение, которое мы воспринимаем как тепло, ультрафиолетовое излучение, вызывающее солнечные ожоги, и рентгеновские лучи, которые создают изображения наших зубов или костей. Все эти формы лучистой энергии должны быть вам знакомы. Мы начнем обсуждение развития нашей современной атомной модели с описания свойств волн и различных форм электромагнитного излучения.

Свойства волн

Волна Периодические колебания, передающие энергию через пространство. представляет собой периодическое колебание, передающее энергию через пространство. Любой, кто был на пляже или бросал камень в лужу, наблюдал волны, бегущие по воде (рис.1 «Волна в воде»). Эти волны возникают, когда ветер, камень или какое-либо другое возмущение, например проплывающая лодка, передают энергию воде, заставляя поверхность колебаться вверх и вниз по мере того, как энергия распространяется наружу от точки ее происхождения. Когда волна проходит определенную точку на поверхности воды, все, что там плавает, движется вверх и вниз.

Рисунок 6.2 Важные свойства волн

(a) Длина волны (λ), частота (ν, обозначена в Гц) и амплитуда указаны на этом рисунке волны. (b) Волна с наименьшей длиной волны имеет наибольшее число длин волн в единицу времени (т. е. наибольшую частоту). Если две волны имеют одинаковую частоту и скорость, то волна с большей амплитудой имеет более высокую энергию.

Волны имеют характерные свойства (Рисунок 6.2 «Важные свойства волн»). Как вы, возможно, заметили на рис. 6.1 «Волна в воде», волны — это периодические явления, такие как волны, которые регулярно повторяются как в пространстве, так и во времени; то есть они регулярно повторяются как в пространстве, так и во времени.Расстояние между двумя соответствующими точками в волне — например, между серединами двух пиков или двух впадин — называется длиной волны (λ). Расстояние между двумя соответствующими точками в волне — между серединами двух пиков или двух впадин. , Длина волны описывается единицей расстояния, обычно метрами. Частота (ν) Количество колебаний (т. е. волны), которые проходят определенную точку за данный период времени. волны – это число колебаний, проходящих через определенную точку за данный период времени. Обычными единицами измерения являются колебания в секунду (1/с = с ^-1 ), которые в системе СИ называются герцами (Гц). Амплитуда Высота волны по вертикали, которая определяется как половина высоты от пика до впадины, или высота по вертикали волны определяется как половина высоты от пика до впадины; по мере увеличения амплитуды волны с данной частотой увеличивается и ее энергия. Как видно из рисунка 6.2 «Важные свойства волн», две волны могут иметь одинаковую амплитуду, но разные длины волн, и наоборот.Расстояние, пройденное волной в единицу времени, называется ее скоростью ( v ). Расстояние, пройденное волной в единицу времени, обычно измеряется в метрах в секунду (м/с). Скорость волны равна произведению ее длины на частоту:

.

Уравнение 6.1

(длина волны)(частота)= скоростьλν=v(метры волны)(волна-секунда)=метры-секунды

Водяные волны медленнее звуковых волн, которые могут проходить через твердые тела, жидкости и газы. В то время как волны на воде могут двигаться со скоростью несколько метров в секунду, скорость звука в сухом воздухе при 20°C составляет 343,5 м/с. Ультразвуковые волны, которые распространяются с еще большей скоростью (> 1500 м/с) и имеют большую частоту, используются в таких разнообразных приложениях, как поиск подводных объектов и медицинская визуализация внутренних органов.

Электромагнитное излучение

Водяные волны передают энергию через пространство за счет периодических колебаний материи (воды). Напротив, энергия, которая передается или излучается в пространстве в виде периодических колебаний электрических и магнитных полей, известна как электромагнитное излучение. Энергия, которая передается или излучается в пространстве в виде периодических колебаний электрических и магнитных полей.(Рисунок 6.3 «Природа электромагнитного излучения»). Некоторые формы электромагнитного излучения показаны на рис. 6.4 «Электромагнитный спектр». В вакууме все формы электромагнитного излучения — будь то микроволны, видимый свет или гамма-лучи — распространяются со скоростью света ( c )Скорость, с которой все формы электромагнитного излучения распространяются в вакууме, фундаментальная физическая константа со значением 2,99792458 × 10 ⁸  м/с (что составляет примерно 3,00 × 10 ⁸ м/с или 1. 86 × 10 ⁵ миль/с). Это примерно в миллион раз быстрее скорости звука.

Рисунок 6.3 Природа электромагнитного излучения

Все формы электромагнитного излучения состоят из перпендикулярно колеблющихся электрических и магнитных полей.

Поскольку все виды электромагнитного излучения имеют одинаковую скорость ( c ), они отличаются только длиной волны и частотой. Как показано на рисунке 6.4 «Электромагнитный спектр» и Таблица 6.1 «Общие единицы длины волны для электромагнитного излучения», длины волн известного электромагнитного излучения находятся в диапазоне от 10 90 101 1 90 102 м для радиоволн до 10 90 101 −12 90 102 м для гамма-лучей, испускаемых ядерными реакции. Заменив v на c в уравнении 6.1, мы можем показать, что частота электромагнитного излучения обратно пропорциональна его длине волны:

Уравнение 6.2

с=λνν=cλ

Например, частота радиоволн составляет около 10 90 101 8 90 102 Гц, тогда как частота гамма-лучей составляет около 10 90 101 20 90 102 Гц. Видимый свет, представляющий собой электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом, имеет длину волны примерно от 7 × 10 90 101 –7 90 102 м (700 нм, или 4,3 × 10 90 101 14 90 102 Гц) до 4 × 10 90 101 –7 90 102 м. (400 нм, или 7,5 × 10 90 101 14 90 102 Гц). В этом диапазоне глаз воспринимает излучение разных длин волн (или частот) как свет разных цветов, от красного до фиолетового в порядке убывания длины волны.Компоненты белого света — смесь всех частот видимого света — можно разделить с помощью призмы, как показано в части (b) на рис. 6.4 «Электромагнитный спектр». Аналогичное явление создает радугу, где капли воды, взвешенные в воздухе, действуют как крошечные призмы.

Рисунок 6.4 Электромагнитный спектр

(а) На этой диаграмме показаны диапазоны длин волн и частот электромагнитного излучения. Видимая часть электромагнитного спектра представляет собой узкую область с длинами волн примерно от 400 до 700 нм.(b) Когда белый свет проходит через призму, он расщепляется на свет с разными длинами волн, цвета которых соответствуют видимому спектру.

Таблица 6.1 Общепринятые единицы измерения длины волны электромагнитного излучения

Как вы скоро увидите, энергия электромагнитного излучения прямо пропорциональна его частоте и обратно пропорциональна его длине волны:

В то время как видимый свет практически безвреден для нашей кожи, ультрафиолетовый свет с длиной волны ≤ 400 нм обладает достаточной энергией, чтобы вызвать серьезное повреждение нашей кожи в виде солнечного ожога. Поскольку озоновый слой, описанный в главе 3 «Химические реакции», поглощает солнечный свет с длиной волны менее 350 нм, он защищает нас от разрушительного воздействия высокоэнергетического ультрафиолетового излучения.

Обратите внимание на шаблон

Энергия электромагнитного излучения увеличивается с увеличением частоты и уменьшением длины волны.

Пример 1

Ваша любимая FM-радиостанция WXYZ вещает на частоте 101.1 МГц. Какова длина волны этого излучения?

Дано: частота

Запрашиваемый: длина волны

Стратегия:

Подставьте значение скорости света в метрах в секунду в уравнение 6.2, чтобы рассчитать длину волны в метрах.

Решение:

Из уравнения 6. 2, мы знаем, что произведение длины волны на частоту есть скорость волны, которая для электромагнитного излучения равна 2,998 × 10 ⁸ м/с:

λν = c = 2,998 × 10 ⁸ м/с

Таким образом, длина волны λ определяется как

λ=cν=(2,998×108 м/с101,1 МГц)(1 МГц106 с−1)=2,965 м

Упражнение

Когда полицейский выписывал вам штраф за превышение скорости, она упомянула, что использовала ультрасовременный радар, работающий на 35.5 ГГц. Какова длина волны излучения, испускаемого радиолокационной пушкой?

Ответ: 8,45 мм

В Разделе 6.2 «Квантование энергии» и Разделе 6.3 «Атомные спектры и модели атома» мы описываем, как ученые развивали наше нынешнее понимание структуры атомов, используя научный метод, описанный в главе 1 «Введение в химию». Вы узнаете, почему ученым пришлось переосмыслить свое классическое понимание природы электромагнитной энергии, которое четко различало поведение частиц материи и волновую природу энергии.

Ключевые уравнения

связь между длиной волны, частотой и скоростью волны

Уравнение 6.1: λν = v

взаимосвязь между длиной волны, частотой и скоростью электромагнитного излучения

Уравнение 6.2: c = λν

Резюме

Базовые знания об электронной структуре атомов требуют понимания свойств волн и электромагнитного излучения.Волна — это периодические колебания, посредством которых энергия передается через пространство. Все волны являются периодическими , регулярно повторяющимися как в пространстве, так и во времени. Волны характеризуются несколькими взаимосвязанными свойствами: длина волны (λ) , расстояние между последовательными волнами; частота (ν) , количество волн, проходящих фиксированную точку в единицу времени; скорость ( v ) , скорость, с которой волна распространяется в пространстве; и амплитуда , амплитуда колебаний относительно среднего положения. Скорость волны равна произведению ее длины на частоту. Электромагнитное излучение состоит из двух перпендикулярных волн, одной электрической и одной магнитной, распространяющихся со скоростью света ( c ) . Электромагнитное излучение представляет собой лучистую энергию, которая включает радиоволны, микроволны, видимый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи, которые различаются только своими частотами и длинами волн.

Ключ на вынос

• Понимание электронной структуры атомов требует понимания свойств волн и электромагнитного излучения.

Концептуальные проблемы

1. Каковы характеристики волны? Какая связь между электромагнитным излучением и волновой энергией?

2. Как влияет увеличение частоты волны на ее скорость при постоянной длине волны? его амплитуда?

3. Перечислите следующие формы электромагнитного излучения в порядке увеличения длины волны: рентгеновские лучи, радиоволны, инфракрасные волны, микроволны, ультрафиолетовые волны, видимые волны и гамма-лучи. Перечислите их в порядке возрастания частоты. У кого наибольшая энергия?

4. Крупная промышленность сосредоточена на разработке продуктов по уходу за кожей, таких как лосьоны для загара и косметика, через которые не может проникнуть ультрафиолетовое излучение. Как соотносится длина волны видимого света с длиной волны ультрафиолетового света? Как соотносится энергия видимого света с энергией ультрафиолетового света? Почему эта отрасль сосредоточена на блокировании ультрафиолетового света, а не видимого света?

Численные задачи

1. Человеческий глаз чувствителен к какой части электромагнитного спектра, если принять типичный спектральный диапазон от 10 90 101 4 90 102 до 10 90 101 20 90 102 Гц? Если бы мы пришли с планеты Криптон и обладали рентгеновским зрением (т. е., если бы наши глаза были чувствительны не только к видимому свету, но и к рентгеновским лучам), как бы изменилась эта доля?

2. Какая частота в мегагерцах соответствует каждой длине волны?

   1. 755 м
   2. 6,73 нм
   3. 1,77 × 10 ³ км
   4. 9.88 Å ​​
   5. 3,7 × 10 ⁻¹⁰ м

3. Какая частота в мегагерцах соответствует каждой длине волны?

   1. 5,8 × 10 ⁻⁷ м
   2. 2,3 Å
   3. 8,6 × 10 ⁷ м
   4. 6. 2 мм
   5. 3,7 нм

4. Линейчатые спектры также наблюдаются для молекулярных частиц. Учитывая следующие характерные длины волн для каждого вида, определите спектральную область (ультрафиолетовую, видимую и т. д.), в которой будут встречаться следующие линейчатые спектры. Учитывая 1,00 моль каждого соединения и длину волны поглощаемого или испускаемого света, какой энергии это соответствует?

   1. НХ ₃ , 1.0 × 10 ⁻² м
   2. CH ₃ CH ₂ OH, 9,0 мкм
   3. Атом Мо, 7,1 Å

5. Какова скорость волны в метрах в секунду с длиной волны 1250 м и частотой 2,36 × 10 ⁵ с ⁻¹ ?

6. Волна движется со скоростью 3. 70 м/с с частотой 4,599 × 10 ⁷ Гц и амплитудой 1,0 м. Какова его длина волны в нанометрах?

7. Радиостанция AM вещает на длине волны 248,0 м. Какова частота вещания станции в килогерцах? AM-станция имеет диапазон вещания 92,6 МГц. Каков соответствующий диапазон длин волн в метрах для этого приема?

8. FM-радиостанция вещает на длине волны 3.21 м. Какова частота вещания станции в мегагерцах? FM-радио обычно имеет диапазон вещания 82–112 МГц. Каков соответствующий диапазон длин волн в метрах для этого приема?

9. Микроволновая печь работает на частоте примерно 2450 МГц. Чему равна соответствующая длина волны? Вода с ее полярными молекулами поглощает электромагнитное излучение преимущественно в инфракрасной части спектра. Учитывая этот факт, почему микроволновые печи используются для приготовления пищи?

Учебник по физике: Категории волн

Волны бывают разных форм и форм. Хотя все волны имеют некоторые общие характерные свойства и поведение, некоторые волны можно отличить от других на основе некоторых наблюдаемых (и некоторых ненаблюдаемых) характеристик. Обычно волны классифицируют на основе этих отличительных характеристик.

Продольные и поперечные волны против поверхностных волн

Один из способов классификации волн — на основе направления движения отдельных частиц среды относительно направления, в котором распространяются волны. Классификация волн на этой основе приводит к трем примечательным категориям: поперечные волны, продольные волны и поверхностные волны.

Поперечная волна — это волна, в которой частицы среды движутся в направлении , перпендикулярном направлению движения волны. Предположим, что обтягивающий элемент растянут в горизонтальном направлении через класс и что импульс подается на обтягивающий элемент на левом конце за счет вибрации первой катушки вверх и вниз. Энергия начнет транспортироваться по обтяжке слева направо. По мере переноса энергии слева направо отдельные витки среды будут смещаться вверх и вниз. При этом частицы среды движутся перпендикулярно направлению движения импульса. Этот тип волны является поперечной волной.Поперечные волны всегда характеризуются движением частиц на перпендикулярно движению волны.

Продольная волна — это волна, в которой частицы среды движутся в направлении , параллельном направлению движения волны. Предположим, что обтягивающий элемент растянут в горизонтальном направлении через класс и что импульс подается на обтягивающий элемент на левом конце за счет вибрации первой катушки влево и вправо. Энергия начнет транспортироваться по обтяжке слева направо.По мере переноса энергии слева направо отдельные витки среды будут смещаться влево и вправо. В этом случае частицы среды движутся параллельно направлению движения импульса. Этот тип волны является продольной волной. Продольные волны всегда характеризуются движением частиц на параллелей волновому движению.

Звуковая волна, распространяющаяся по воздуху, является классическим примером продольной волны. Когда звуковая волна движется от губ говорящего к уху слушателя, частицы воздуха колеблются взад и вперед в том же направлении и в противоположном направлении переноса энергии.Каждая отдельная частица давит на соседнюю частицу, толкая ее вперед. Столкновение частицы №1 с ее соседом служит для возврата частицы №1 в исходное положение и смещения частицы №2 в прямом направлении. Это возвратно-поступательное движение частиц в направлении переноса энергии создает в среде области, где частицы прижимаются друг к другу, и другие области, где частицы разлетаются. Продольные волны всегда можно быстро идентифицировать по наличию таких областей.Этот процесс продолжается по цепочке частиц, пока звуковая волна не достигнет уха слушателя. Подробное обсуждение звука представлено в другом разделе Учебного пособия по физике.

Волны, распространяющиеся в твердой среде, могут быть либо поперечными, либо продольными волнами. Однако волны, проходящие через объем жидкости (такой как жидкость или газ), всегда являются продольными волнами. Поперечные волны требуют относительно жесткой среды для передачи своей энергии.Когда одна частица начинает двигаться, она должна иметь возможность притягивать своего ближайшего соседа. Если среда не является жесткой, как в случае с жидкостями, частицы будут скользить относительно друг друга. Это скользящее действие, характерное для жидкостей и газов, предотвращает смещение одной частицы соседней в направлении, перпендикулярном переносу энергии. Именно по этой причине наблюдаются только продольные волны, движущиеся через объем жидкости, такой как наши океаны. Землетрясения способны производить как поперечные, так и продольные волны, которые проходят через твердые структуры Земли. Когда сейсмологи начали изучать волны землетрясений, они заметили, что только продольные волны способны проходить через ядро ​​Земли. По этой причине геологи считают, что ядро ​​Земли состоит из жидкости — скорее всего, из расплавленного железа.

В то время как волны, которые распространяются в глубинах океана, являются продольными волнами, волны, которые распространяются по поверхности океанов, называются поверхностными волнами. Поверхностная волна — это волна, в которой частицы среды совершают круговое движение.Поверхностные волны не бывают ни продольными, ни поперечными. В продольных и поперечных волнах все частицы во всем объеме среды движутся в параллельном и перпендикулярном направлении (соответственно) относительно направления переноса энергии. В поверхностной волне только частицы на поверхности среды совершают круговое движение. Движение частиц имеет тенденцию уменьшаться по мере удаления от поверхности.

Любая волна, движущаяся в среде, имеет источник. Где-то вдоль среды произошло начальное смещение одной из частиц. Для обтягивающей волны обычно первая катушка смещается рукой человека. Для звуковой волны обычно вибрация голосовых связок или гитарной струны приводит в колебательное движение первую частицу воздуха. В месте, где волна вводится в среду, частицы, смещенные от своего положения равновесия, всегда движутся в том же направлении, что и источник вибрации.Так что если вы хотите создать в слинке поперечную волну, то первый виток слинка нужно сместить в направлении, перпендикулярном всему слинку. Аналогично, если вы хотите создать в слинке продольную волну, то первый виток слинка нужно сместить в направлении, параллельном всему слинку.

Электромагнитные и механические волны

Другой способ классификации волн основан на их способности или неспособности передавать энергию через вакуум (т.д., пустое место). Классификация волн на этой основе приводит к двум примечательным категориям: электромагнитные волны и механические волны.

Электромагнитная волна — это волна, способная передавать свою энергию через вакуум (то есть пустое пространство). Электромагнитные волны возникают в результате вибрации заряженных частиц. Электромагнитные волны, которые производятся на Солнце, впоследствии распространяются на Землю через вакуум космического пространства. Если бы не способность электромагнитных волн проходить сквозь вакуум, на Земле, несомненно, не было бы жизни.Все световые волны являются примерами электромагнитных волн. Световые волны — это тема другого раздела в Учебном пособии по физике. В то время как основные свойства и поведение света будут обсуждаться, детальная природа электромагнитной волны довольно сложна и выходит за рамки учебного пособия по физике.

Механическая волна — это волна, которая не способна передавать свою энергию через вакуум. Механическим волнам требуется среда для переноса их энергии из одного места в другое.Звуковая волна является примером механической волны. Звуковые волны не могут распространяться в вакууме. Обтекаемые волны, волны на воде, волны на стадионе и волны на скакалке — другие примеры механических волн; каждый требует некоторой среды, чтобы существовать. Обтягивающая волна требует обтекания обтекателя; водная волна требует воды; волна на стадионе требует болельщиков на стадионе; а волна прыжков со скакалкой требует скакалки.

Приведенные выше категории представляют лишь несколько способов, которыми физики классифицируют волны, чтобы сравнивать и сопоставлять их поведение и характерные свойства.Этот список категорий не является исчерпывающим; есть и другие категории. Пять категорий волн, перечисленных здесь, будут периодически использоваться в этом разделе, посвященном волнам, а также в модулях, посвященных звуку и свету.

Землетрясения и другие геологические нарушения иногда приводят к образованию сейсмических волн. Сейсмические волны — это волны энергии, которые переносятся через землю и по ее поверхности с помощью как поперечных, так и продольных волн. Насколько распространены сейсмические волны? Используйте виджет Recent Earthquakes ниже, чтобы изучить частоту землетрясений. Поиск за прошедшую неделю или за последние 24 часа или по шкале Рихтера.

Мы хотели бы предложить …

Зачем просто читать об этом и когда вы могли бы взаимодействовать с ним? Взаимодействие — это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего Симулятора простой волны.Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Simple Wave Simulator предоставляет учащимся среду для изучения различий между продольными и поперечными волнами, зависимости длины волны от частоты и периода, звуковых волн как волн давления и многого другого.

Проверьте свое понимание

1. Поперечная волна переносит энергию с востока на запад. Частицы среды будут двигаться_____.

а. только с востока на запад

б. как на восток, так и на запад

в. только с севера на юг

д. как на север, так и на юг

2. Волна переносит энергию слева направо. Частицы среды движутся вперед и назад влево и вправо. Этот тип волны известен как ____.

а.механический		б. электромагнитный
в. поперечный		д. продольный

3. Опишите, как должны двигаться болельщики на стадионе, чтобы создать продольную волну стадиона.

4.Звуковая волна — это механическая волна, а не электромагнитная волна. Это означает, что

а. частицы среды движутся перпендикулярно направлению переноса энергии.

б. звуковая волна переносит свою энергию через вакуум.

в. частицы среды регулярно и многократно колеблются вокруг своего положения покоя.

д. среда необходима для того, чтобы звуковые волны могли переносить энергию.

5.В научно-фантастическом фильме обитатели одного космического корабля (в открытом космосе) слышат звук соседнего космического корабля, когда он проносится мимо на высокой скорости. Покритикуйте физику этого фильма.

6. Если ударить по горизонтальному стержню вертикально сверху, что можно сказать о волнах, создаваемых в стержне?

а. Частицы колеблются горизонтально вдоль направления стержня.

б.Частицы колеблются вертикально, перпендикулярно направлению стержня.

в. Частицы колеблются по кругу, перпендикулярному направлению стержня.

д. Частицы движутся по стержню от точки удара до его конца.

7. Что из перечисленного не является характеристикой механических волн?

а. Они состоят из возмущений или колебаний среды.

б. Они транспортируют энергию.

в. Они движутся в направлении, которое находится под прямым углом к ​​​​направлению частиц среды.

д. Они создаются вибрирующим источником.

8. Гидролокатор на рыбацкой лодке использует подводный звук для поиска рыбы. Вы ожидаете, что гидролокатор будет продольной или поперечной волной?

Свет и его свойства | Поговорим о науке

Введение

Свет вокруг нас.Он не только позволяет нам видеть в темноте, но и свойства света важны для многих аспектов нашей жизни. Отражения в зеркалах заднего вида автомобилей помогают нам оставаться в безопасности. Преломление через линзы очков или контактные линзы помогает некоторым людям лучше видеть. В более общем смысле, электромагнитных волны  (одним из примеров которых является видимый свет) передаются в виде сигнала, который улавливают наши радиоприемники, чтобы мы могли слушать музыку. Импульсы инфракрасного света передаются в виде сигналов, поэтому мы можем общаться с нашими телевизорами.Этот фон посвящен видимому свету и тому, как мы с ним взаимодействуем.

Свет и его свойства

В вакууме (контейнер без воздуха) свет распространяется со скоростью примерно 299 792 458 метров в секунду (м/с). Это известно как скорость света . Это самое быстрое, что может двигаться что-либо во Вселенной! Для сравнения, скорость звука составляет всего около 300 м/с. Вот почему во время грозы вы всегда видите молнию раньше, чем слышите гром.

Важно знать о свете то, что он проходит по прямой линии через материал.

Волны и спектр света

Свет обладает свойствами волн. Подобно океанским волнам, световые волны имеют гребни и впадины. Расстояние между одним гребнем и следующим, равное расстоянию между одним впадиной и следующим, называется длиной волны . Частота волны – это количество гребней (или впадин), которые проходят точку за одну секунду.Длина волны, умноженная на частоту, равна скорости, с которой распространяется волна.

Цвета видимого света — красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Эти разные цвета света имеют разные длины волн и частоты. Красный свет имеет самую большую длину волны и самую низкую частоту видимого спектра. Фиолетовый цвет имеет самую короткую длину волны и самую высокую частоту видимого спектра. Посмотрите на две волны на картинке ниже. Вы можете себе представить, как, если бы они оба двигались вправо с одинаковой скоростью, количество фиолетовых гребней, проходящих через край коробки за одну секунду, было бы больше, чем количество красных гребней.

Красные и фиолетовые световые волны (© Let’s Talk Science, 2020).

Существует также свет, невидимый для человека. Ультрафиолетовый свет  и  рентгеновские лучи  также являются светом, но имеют слишком малую длину волны и слишком высокую частоту, чтобы быть видимыми для нас. Инфракрасный свет  , который можно обнаружить с помощью очков ночного видения, и радиоволны , которые улавливаются вашим радиоприемником, чтобы вы могли слышать музыку, имеют слишком длинные волны и частоты, которые слишком низки, чтобы их можно было увидеть человеческий глаз.

Цветок хризантемы в видимом свете (вверху), ультрафиолетовом свете (в центре) и инфракрасном свете (внизу) (Источник: Дэйв Кеннард [CC BY-SA] через Wikimedia Commons).

Видимый свет вместе с этими невидимыми типами света составляет так называемый электромагнитный спектр (ЭМС).

Электромагнитный спектр (давайте поговорим о науке, используя изображение Inductiveload через Wikimedia Commons).

Основные цвета света

Вы помните из уроков рисования, что основные цвета — красный, желтый и синий.Они могут смешиваться, чтобы сформировать вторичные цвета оранжевый, зеленый и фиолетовый. Свет также имеет основные цвета. Но эти цвета отличаются от цветов, которые мы используем в красках и маркерах. Основные цвета света: красный , зеленый и синий . Вторичные цвета света: голубой (сочетание синего и зеленого), пурпурный (сочетание синего и красного) и желтый (сочетание зеленого и красного). Экраны компьютеров используют различное количество красного, синего и зеленого света, чтобы воспроизвести все цвета, которые вы видите.Когда основные цвета света объединяются, они дают 90 273 белого света 90 274 (см. ниже).

Основные цвета света. Синий, зеленый и красный свет освещают черную стену, чтобы показать вторичные цвета, с белым светом посередине (Источник: Pko [общественное достояние] через Wikimedia Commons).

Человеческий глаз воспринимает цвет с помощью трех типов фоторецепторов клеток , которые чувствительны к длинным, средним и коротким длинам волн видимого света. Желтые длины волн света, например, воспринимаются так же, как комбинация красного и зеленого света, как на изображении выше.Это потому, что они стимулируют клетки глаза таким же образом. Другими словами, чистый желтый свет физически отличен от комбинации красного и зеленого света, но оба они воспринимаются нами как желтые. Знаете ли вы, что человеческому глазу легче различить два оттенка зеленого, чем другие цвета? Если вы пойдете в магазин красок и выложите все варианты красной и зеленой краски, вам будет легче различать зеленые оттенки, чем красные. Это связано с тем, что зеленый цвет находится в середине видимого спектра.

Электромагнитное излучение

Электромагнитное излучение

Электромагнитное излучение :

Электромагнитное излучение — это энергия, которая распространяется через свободные
пространстве или через материальную среду в виде электромагнитных
волны, такие как радиоволны, видимый свет и гамма-лучи. Срок
также относится к излучению и передаче такой лучистой энергии.

Шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл первым предсказал
существование электромагнитных волн.В 1864 году он изложил свою
электромагнитная теория, предполагающая, что свет, включая различные другие
формы лучистой энергии — это электромагнитные возмущения в
форма волн. В 1887 году немецкий физик Генрих Герц предложил
экспериментальное подтверждение созданием первого искусственного
электромагнитные волны и изучение их свойств. Последующий
исследования привели к более широкому пониманию природы и происхождения
лучистой энергии.

Установлено, что переменные во времени электрические поля могут индуцировать
магнитные поля и что изменяющиеся во времени магнитные поля могут, подобно
образом индуцируют электрические поля.Поскольку такие электрические и магнитные
поля порождают друг друга, они возникают вместе, и вместе они
распространяются в виде электромагнитных волн. Электромагнитная волна – это
поперечная волна в том, что электрическое поле и магнитное поле при
любая точка и время волны перпендикулярны друг другу, т. к.
так и по направлению распространения. В свободном пространстве (т.е. в пространстве
который абсолютно лишен материи и не испытывает вторжения
от других полей или сил), электромагнитные волны всегда распространяются
с той же скоростью — скоростью света (299 792 458 м в секунду, или
186 282 миль в секунду) — независимо от скорости наблюдателя.
или источника волн.

Электромагнитное излучение имеет общие свойства с другими формами
волн, таких как отражение, преломление, дифракция и
вмешательство. Кроме того, его можно охарактеризовать частотой с
который изменяется во времени или в зависимости от длины волны. электромагнитный
излучение, однако, обладает частицеподобными свойствами в дополнение к тем, которые
связано с волновым движением. квантуется тем, что для данного
частота, его энергия возникает как целое число, умноженное на h, где h — это
фундаментальная постоянная природы, известная как постоянная Планка.Квант
электромагнитной энергии называется фотоном. Видимый свет и другие
формы электромагнитного излучения можно рассматривать как поток
фотоны, причем энергия фотона прямо пропорциональна частоте.

Электромагнитное излучение охватывает огромный диапазон частот или
длинах волн, как показывает электромагнитный спектр.
Обычно его обозначают полями, волнами и частицами в
увеличение амплитуды частот — радиоволн, микроволн,
инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-излучение
лучи.Соответствующие длины волн обратно пропорциональны, и
шкалы частот и длин волн являются логарифмическими.

Электромагнитное излучение разных частот взаимодействует с
дело по другому. Вакуум — единственный идеально прозрачный
среде, а все материальные среды сильно поглощают некоторые области
электромагнитный спектр. Например, молекулярный кислород
(O2), озон (O3) и молекулярный азот (N2) в
Атмосфера Земли почти идеально прозрачна для инфракрасных лучей
всех частот, но сильно поглощают ультрафиолет, X
лучи и гамма-лучи.Частота (или энергия, равная hv) рентгеновских лучей
значительно выше, чем у видимого света, поэтому рентгеновские лучи
способен проникать во многие материалы, не пропускающие свет.
Более того, поглощение рентгеновских лучей молекулярной системой может вызвать
происходят химические реакции. Когда рентгеновские лучи поглощаются газом, для
Например, они выбрасывают из газа фотоэлектроны, которые, в свою очередь,
ионизируют его молекулы. Если эти процессы происходят в живой ткани,
фотоэлектроны, испускаемые органическими молекулами, разрушают клетки
ткани.Гамма-лучи, хотя обычно несколько выше
частоты, чем рентгеновские лучи, имеют в основном ту же природу. Когда
энергия гамма-лучей поглощается веществом, ее действие практически
неотличимы от эффекта рентгеновских лучей.

Существует множество источников электромагнитного излучения, как природных, так и
искусственный. Радиоволны, например, излучаются космическими объектами.
таких как пульсары и квазары, а также электронные схемы. Источники
к ультрафиолетовому излучению относятся ртутные лампы и лампы высокой интенсивности
свет, а также Солнце.Последний также генерирует рентгеновские лучи, как и
некоторые типы ускорителей частиц и электронных устройств.

Выдержка из Британской энциклопедии без разрешения.

13.1 Типы волн — физика

Раздел Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Дайте определение механическим волнам и среде и свяжите их
• Отличить пульсовую волну от периодической волны
• Отличить продольную волну от поперечной и привести примеры таких волн

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим ученикам освоить следующие стандарты:

• (7) Научные концепции.Учащийся знает характеристики и поведение волн. Ожидается, что студент:
  • (А) изучить и описать колебательное движение и распространение волн в различных типах сред.

Основные термины раздела

Механические волны

Что мы имеем в виду, когда говорим, что что-то является волной? Волна — это возмущение, которое распространяется или распространяется из места, где оно было создано. Волны переносят энергию из одного места в другое, но они не обязательно переносят какую-либо массу. Свет, звук и волны в океане — обычные примеры волн. Звуковые и водяные волны — это механические волны; это означает, что им требуется среда для путешествия. Среда может быть твердой, жидкой или газообразной, а скорость волны зависит от свойств материала среды, в которой она распространяется. Однако свет — это не механическая волна; он может путешествовать через вакуум, такой как пустые части космического пространства.

Знакомая волна, которую вы можете легко себе представить, это волна воды. Для волн на воде возмущение возникает на поверхности воды, примером которого является возмущение, создаваемое камнем, брошенным в пруд, или пловцом, неоднократно брызгающим на поверхность воды. Для звуковых волн возмущение вызывается изменением давления воздуха, например, когда колеблющийся конус внутри динамика создает возмущение. Для землетрясений существует несколько типов возмущений, к которым относятся возмущения самой земной поверхности и возмущения давления под поверхностью. Даже радиоволны легче всего понять по аналогии с волнами на воде. Поскольку волны на воде распространены и видны, визуализация волн на воде может помочь вам в изучении других типов волн, особенно тех, которые невидимы.

Волны на воде имеют характеристики, общие для всех волн, такие как амплитуда, период, частота и энергия, которые мы обсудим в следующем разделе.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Предупреждение о неправильном понимании

Многие думают, что волны толкают воду с одного направления на другое.В действительности, однако, частицы воды имеют тенденцию оставаться только в одном месте, за исключением движения вверх и вниз из-за энергии волны. Энергия движется вперед через воду, но частицы воды остаются на одном месте. Если вы чувствуете, что вас толкает в океан, вы чувствуете энергию волны, а не прилив воды. Если вы поместите пробку в воду с волнами, вы увидите, что вода в основном двигает ее вверх и вниз.

[BL][OL][AL] Попросите учащихся привести примеры механических и немеханических волн.

Пульсовые волны и периодические волны

Если вы бросите в воду камешек, может возникнуть лишь несколько волн, прежде чем возмущение утихнет, тогда как в бассейне с волнами волны непрерывны. Пульсовая волна — это внезапное возмущение, при котором генерируется только одна волна или несколько волн, как, например, в примере с галькой. Гром и взрывы также создают пульсовые волны. Периодическая волна повторяет одни и те же колебания в течение нескольких циклов, например, в случае волнового бассейна, и связана с простым гармоническим движением.Каждая частица в среде испытывает простое гармоническое движение в периодических волнах, периодически перемещаясь взад и вперед через одни и те же положения.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

[BL] Любая волна, механическая или немеханическая, поперечная или продольная, может иметь форму пульсовой или периодической волны.

Рассмотрим упрощенную волну воды на рис. 13.2. Эта волна представляет собой возмущение поверхности воды вверх и вниз, характеризующееся синусоидальным рисунком.Самое верхнее положение называется гребнем , а самое нижнее — впадиной . Он заставляет чайку двигаться вверх и вниз в простом гармоническом движении, когда гребни и впадины волн проходят под птицей.

Рис. 13.2 Идеализированная океанская волна проходит под чайкой, которая качается вверх и вниз в простом гармоническом движении.

Продольные волны и поперечные волны

Механические волны классифицируются по типу движения и делятся на две категории: поперечные и продольные.Отметим, что периодическими могут быть как поперечные, так и продольные волны. Поперечная волна распространяется так, что возмущение перпендикулярно направлению распространения. Пример поперечной волны показан на рис. 13.3, где женщина двигает игрушечную пружину вверх и вниз, создавая волны, которые распространяются от нее в горизонтальном направлении, воздействуя на игрушечную пружину в вертикальном направлении.

Рис. 13.3 В этом примере поперечной волны волна распространяется горизонтально, а возмущение в игрушечной пружине происходит в вертикальном направлении.

Напротив, в продольной волне возмущение параллельно направлению распространения. На рис. 13.4 показан пример продольной волны, где женщина теперь создает возмущение в горизонтальном направлении — то есть в том же направлении, что и распространение волны, — растягивая, а затем сжимая пружину игрушки.

Рис. 13.4 В этом примере продольной волны волна распространяется горизонтально, и возмущение в игрушечной пружине также происходит в горизонтальном направлении.

Советы для достижения успеха

Продольные волны иногда называют волнами сжатия или волнами сжатия , а поперечные волны иногда называют поперечными волнами .

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Демонстрация учителя

Поперечные и продольные волны могут быть продемонстрированы в классе с использованием пружины или игрушечной пружины, как показано на рисунках.

Волны могут быть поперечными, продольными или комбинацией этих двух .Волны на струнах музыкальных инструментов поперечны (как показано на рис. 13.5), как и электромагнитные волны, такие как видимый свет. Звуковые волны в воздухе и воде продольные. Их возмущения представляют собой периодические колебания давления, передающиеся в жидкостях.

Рис. 13.5 Волна на гитарной струне поперечная. Однако звуковая волна, исходящая из динамика, сотрясает лист бумаги в направлении, которое показывает, что такая звуковая волна является продольной.

Звук в твердых телах может быть как продольным, так и поперечным.По сути, волны на воде также представляют собой комбинацию поперечных и продольных компонентов, хотя упрощенная волна на воде, показанная на рис. 13.2, не показывает продольное движение птицы.

Волны землетрясений под поверхностью Земли также имеют как продольную, так и поперечную составляющие. Продольные волны при землетрясении называются волнами давления или Р-волнами, а поперечные волны называются сдвиговыми или S-волнами. Эти компоненты имеют важные индивидуальные характеристики; например, они распространяются с разной скоростью.Землетрясения также имеют поверхностные волны, которые похожи на поверхностные волны на воде.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Энергия распространяется по-разному в поперечных и продольных волнах. Важно знать тип волны, в которой распространяется энергия, чтобы понять, как она может воздействовать на окружающие ее материалы.

Смотреть физику

Знакомство с волнами

В этом видеоролике объясняется распространение волн с точки зрения импульса на примере волны, движущейся по веревке.Он также охватывает различия между поперечными и продольными волнами, а также между импульсными и периодическими волнами.

Проверка захвата

Смотреть Физика: Введение в волны.

Это видео представляет собой введение в поперечные и продольные волны.

В продольной звуковой волне после прохождения волны сжатия через область плотность молекул кратковременно уменьшается. Почему это?

1. После волны сжатия некоторые молекулы временно перемещаются вперед.
2. После волны сжатия некоторые молекулы временно перемещаются назад.
3. После волны сжатия некоторые молекулы временно поднимаются вверх.
4. После волны сжатия некоторые молекулы временно перемещаются вниз.

Fun In Physics

Физика серфинга

Многие люди любят заниматься серфингом в океане. Для некоторых серферов чем больше волна, тем лучше. В одном районе у побережья центральной Калифорнии волны в определенное время года могут достигать высоты до 50 футов (рис. 13.6).

Рис. 13.6 Серфер преодолевает крутой взлет зимним днем ​​в Калифорнии, пока его друг наблюдает. (Ljsurf, Викисклад)

Как волны достигают таких экстремальных высот? Помимо необычных причин, таких как землетрясения, вызывающие волны цунами, большинство огромных волн вызваны просто взаимодействием ветра и поверхности воды. Ветер давит на поверхность воды и в процессе передает энергию воде. Чем сильнее ветер, тем больше энергии передается.По мере того, как начинают формироваться волны, большая площадь поверхности соприкасается с ветром, и еще больше энергии передается от ветра воде, создавая тем самым более высокие волны. Сильные штормы создают самые быстрые ветры, поднимающие огромные волны, которые распространяются от источника шторма. Более продолжительные штормы и те штормы, которые затрагивают большую площадь океана, создают самые большие волны, поскольку они передают больше энергии. Цикл приливов и отливов от гравитационного притяжения Луны также играет небольшую роль в создании волн.

Реальные океанские волны сложнее, чем идеализированная модель простой поперечной волны идеальной синусоидальной формы. Океанские волны являются примерами орбитальных прогрессивных волн , где частицы воды на поверхности следуют по кругу от гребня до впадины проходящей волны, а затем снова возвращаются в исходное положение. Этот цикл повторяется с каждой проходящей волной.

Когда волны достигают берега, глубина воды уменьшается, а энергия волны сжимается в меньший объем.Это создает более высокие волны — эффект, известный как обмеление .

Поскольку частицы воды вдоль поверхности движутся от гребня к впадине, серферы скользят по воде, скользя по поверхности. Если бы океанские волны работали точно так же, как идеализированные поперечные волны, серфинг был бы гораздо менее захватывающим, поскольку он просто включал бы стояние на доске, которая качается вверх и вниз на месте, как чайка на предыдущем рисунке.

Дополнительную информацию и иллюстрации о научных принципах, лежащих в основе серфинга, можно найти в документе «Используя науку для лучшего серфинга!» видео.

Проверка захвата

Если бы мы жили в параллельной вселенной, где океанские волны были продольными, как бы выглядело движение серфера?

1. Серфер будет двигаться из стороны в сторону/взад-вперед по вертикали без движения по горизонтали.
2. Серфер будет двигаться вперед и назад по горизонтали без вертикального движения.

Проверьте свое понимание

Служба поддержки учителей

Служба поддержки учителей

Используйте эти вопросы, чтобы оценить достижения учащихся в соответствии с целями обучения раздела.Если учащиеся борются с определенной целью, эти вопросы помогут определить такую ​​цель и направить их к соответствующему содержанию.

1.

Что такое волна?

1. Волна — это сила, которая распространяется от места, где она была создана.
2. Волна — это возмущение, которое распространяется от места, где оно возникло.
3. Волна — это материя, которая придает объекту объем.
4. Волна — это материя, которая придает массу объекту.

2.

Все ли волны требуют среды для движения? Объяснять.

1. Нет, для распространения электромагнитных волн не требуется никакой среды.
2. Нет, для распространения механических волн не требуется никакой среды.
3. Да, и механическим, и электромагнитным волнам для распространения требуется среда.
4. Да, для распространения всех поперечных волн требуется среда.

3.

Что такое пульсовая волна?

1. Пульсовая волна — это внезапное возмущение, при котором генерируется только одна волна.
2. Пульсовая волна — это внезапное возмущение, при котором генерируется только одна или несколько волн.
3. Пульсовая волна представляет собой постепенное нарушение, при котором генерируется только одна или несколько волн.
4. Пульсовая волна представляет собой постепенное нарушение, при котором генерируется только одна волна.

4.

Верно или неверно следующее утверждение? Камешек, брошенный в воду, является примером пульсовой волны.

1. Ложь
2. Правда

5.

Какие категории механических волн в зависимости от типа движения?

1. Поперечные и продольные волны
2. Только продольные волны
3. Только поперечные волны
4. Только поверхностные волны

6.

В каком направлении колеблются частицы среды в поперечной волне?

1. Перпендикулярно направлению распространения поперечной волны
2. Параллельно направлению распространения поперечной волны

Что такое электромагнитная энергия и почему это важно?

«Электромагнетизм» — одно из тех пятидолларовых слов (с шестью слогами!), которые способны мгновенно перенести нас обратно в школьный класс естествознания. Но вот в чем дело: вам не нужно быть физиком, чтобы понять и оценить электромагнетизм и электромагнитную энергию.

Электромагнитная энергия является одной из фундаментальных сил природы, и в современном мире она имеет множество важных применений. Приготовьтесь узнать больше о том, какое значение имеет эта завораживающе звучащая сила для вас и вселенной, какой мы ее знаем.

Что такое электромагнитная энергия?

Также известная как электромагнитное излучение, электромагнитное излучение и электромагнетизм, электромагнитная энергия — это термин, используемый для описания различных энергий, которые распространяются в виде длин волн в пространстве со скоростью света.ЭМ-излучение не имеет массы или заряда. Скорее, он путешествует в пучке световой энергии, называемой фотонами.

Электромагнитная энергия является одной из четырех фундаментальных сил природы, наряду с сильным взаимодействием, слабым взаимодействием и гравитационным взаимодействием. Эти силы имеют разные уровни силы и работают в разных диапазонах. Например, и электромагнитные, и гравитационные силы имеют бесконечный диапазон, но гравитация — самая слабая из них.

Длины электромагнитных волн измеряются в электромагнитном спектре, и каждая из них имеет свои уникальные свойства.

Как работает электромагнитная энергия?

Мы можем думать об электромагнитных волнах так же, как мы могли бы думать о наборе волн на пляже: есть пики и впадины, которые движутся относительно регулярно, и они используют энергию для движения.

Электромагнитное излучение можно описать тремя способами: энергия, длина волны или частота.

Длины волн обычно измеряются в стандартных единицах, а для описания электромагнитных волн обычно используются метры (м).Возвращаясь к нашему примеру с пляжем, расстояние между пиками каждой волны — это то, что вы можете считать длиной волны.

Частота этих волн измеряется в герцах (Гц), мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц) — единицах, с которыми вы, возможно, знакомы по автомобильному радио. Чем выше частота электромагнитной волны, тем больше электромагнитной энергии она несет.

Интересно, что частота электромагнитной волны обратно пропорциональна ее длине волны, а это значит, что чем больше частота такой волны, тем короче ее длина волны, и наоборот.

В завершение нашей метафоры с пляжем, есть еще один способ измерить волны, а именно посмотреть на их амплитуду. Амплитуда волны — будь то звуковая волна или волна, разбивающаяся о берег, — измеряется по разнице между пиком волны и ее впадиной.

Что такое электромагнитное поле?

Электромагнитные поля являются продуктом электромагнитного излучения и часто называются просто излучением. Эти электромагнитные поля могут быть опасны для человека, если частота электромагнитного излучения, измеряемая в герцах, мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц), слишком высока.

Магнитные поля создаются электрическими зарядами, и чем больше этот заряд, тем сильнее магнитное поле. Это имеет практическое применение, потому что это означает, что мы можем увеличивать или уменьшать электрический заряд, чтобы точно настроить магнитные поля для наших целей.

Что такое электромагнитный спектр?

Не все электромагнитные волны одинаковы. Волны характеризуются электромагнитным спектром (ЭМ-спектром) и различаются как по частоте, так и по длине волны.Хотя эти волны могут существовать где угодно в широком спектре, они бывают семи различных разновидностей в диапазоне частот и в диапазоне длин волн, которые вы, вероятно, слышали раньше. Как уже упоминалось, они также имеют разную степень энергии.

Весь электромагнитный спектр (от электромагнитных волн с самой большой длиной волны к самой короткой) выглядит следующим образом:

1. Радиоволны  
2. Микроволновые печи
3. Инфракрасное излучение
4. Видимый свет 
5. Ультрафиолетовое излучение (УФ)
6. Рентген
7. Гамма-лучи

Каковы 7 типов электромагнитной энергии?

В электромагнитном спектре есть семь категорий излучения.У каждого своя длина волны и частота. Рассмотрим подробнее каждый из них и их свойства.

Радиоволны  

источник

Радиоволны могут быть наиболее широко известными электромагнитными волнами. У них более длинные волны (внимательный читатель может помнить, что это также означает, что у них очень низкие частоты).

Радиоволны возникают при подаче электрического тока на антенну — металлический стержень — заставляя ее вибрировать с определенной частотой и генерировать электромагнитные волны с определенной длиной волны.

Мы постоянно используем радиоволны в наших автомобилях, но радиоволны также используются для определения местоположения GPS, телевизионного вещания, высокоэнергетических излучений, беспроводных сетей, пультов дистанционного управления и сетей сотовой связи. Неудивительно, что низкий уровень излучения, который излучает ваш мобильный телефон, называется радиочастотой.

В следующий раз, когда вы воспользуетесь телефоном для совершения звонка или пультом дистанционного управления для переключения канала, вы будете благодарны электромагнитному излучению!

Микроволновые печи

Микроволны — это тип радиоволн, которые также имеют большую длину волны и также считаются низкочастотными волнами. Микроволны являются основной электромагнитной волной, используемой в радарах. Если вы настроились на местные новости, чтобы увидеть, как метеоролог недавно предсказал погоду, вы должны благодарить микроволновые печи.

Мы также используем микроволны — сюрприз! — в микроволновых печах. Они работают, используя электромагнитное излучение для вибрации атомарных частиц в вашей пище, превращая электромагнитную энергию в тепловую энергию для нагрева вашей еды. Это еще один пример работы электромагнитной энергии.

Инфракрасное излучение 

Инфракрасное излучение также обычно называют инфракрасным светом (сокращенно ИК) или инфракрасными волнами.После радиоволн и микроволн это следующий шаг вниз по длинам волн в электромагнитном спектре. Эти волны невидимы для человеческого глаза, но специальные камеры, улавливающие эти волны, могут помочь нам видеть ночью (например, очки ночного видения) или видеть источники тепла (тепловизионные камеры).

Инфракрасное излучение также важно для астрономов и исследователей НАСА, которые используют его для обнаружения далеких звезд или полей газа или пыли, которые в противном случае могли бы быть невидимы даже для нашего самого современного оборудования.

Видимый свет

Хотите верьте, хотите нет, но видимый свет — это форма электромагнитной энергии. Эти электромагнитные волны имеют более короткую длину волны, чем инфракрасные волны или радиоволны, и, следовательно, более высокую частоту и большую энергию.

Солнце излучает электромагнитную энергию в виде электромагнитных волн во всем электромагнитном спектре, но волны видимого света, которые оно излучает, являются самыми сильными. Это одна из причин, по которой вы не можете смотреть на солнце — интенсивность видимого света слишком велика для человеческого глаза!

Мы можем далее дифференцировать видимый свет в видимый спектр.Изменение длины волны видимого света дает нам все различные цвета, которые способен воспринимать человеческий глаз. Это легче всего понять, пропустив белый свет через призму, которая создает преломление этого света в свет с различной длиной волны и, следовательно, в разные цвета радуги.

Ультрафиолетовое излучение

источник

Ультрафиолетовое излучение (или ультрафиолетовый свет), пожалуй, лучше всего известно просто как УФ-лучи. Эта форма электромагнитного излучения имеет короткие длины волн, а это означает, что ультрафиолетовый свет имеет высокую частоту.Следовательно, он содержит больше электромагнитной энергии, чем видимый свет, микроволны или радиоволны.

Именно в этот момент электромагнитное излучение может стать опасным для человека, если не будут приняты надлежащие меры предосторожности. Почему? Потому что, в отличие от радиоволн, микроволн и инфракрасного излучения, УФ-излучение является ионизирующим излучением. (Стоит также отметить, что рентгеновские и гамма-лучи также являются ионизирующими.) 

Неудивительно, что сильное ультрафиолетовое излучение способно повредить нашу кожу.Таким образом, мы используем УФ-защиту, чтобы предотвратить солнечные ожоги и, возможно, даже более серьезные последствия. Исследования показывают, что УФ-излучение достаточно сильное, чтобы повредить ДНК и потенциально привести к раку.

Удивительно, но солнце производит так много УФ-излучения, что, если бы атмосфера Земли не фильтровала многие из этих вредных лучей, жизнь, какой мы ее знаем, не существовала бы на суше. Слава Богу за наш озоновый слой!

Существует множество практических применений ультрафиолетового излучения, начиная от новинок, таких как черные светильники (привет, светящиеся в темноте плакаты!) и искусственного загара (не очень хорошая идея) до средств для лечения рака и устройств для стерилизации поверхностей.

Рентген

Сейчас мы приближаемся к хвостовой части электромагнитного спектра. В то время как длины волн становятся исчезающе малыми, энергия и частота этих электромагнитных волн резко возрастают.

Рентгеновские лучи потенциально могут представлять опасность для живых существ, потому что этот тип излучения может вызвать молекулярные повреждения, если его не контролировать.

Наиболее распространенным применением рентгеновских лучей, которое мы все знаем, является радиология, которая использует эти электромагнитные волны для получения изображений внутренней части человеческого тела, которые в противном случае были бы недоступны для нас. Независимо от того, делаете ли вы маммографию, проходите проверку безопасности в аэропорту или проверяете зубы у стоматолога, рентгеновские лучи — это форма электромагнитной энергии, с которой мы обычно взаимодействуем в различные моменты нашей жизни.

Гамма-лучи   

источник

Гамма-лучи существуют в дальнем конце электромагнитного спектра, с самыми короткими длинами волн, но с самыми высокими частотами. Гамма-лучи также являются электромагнитными волнами с самой высокой энергией и, как таковые, представляют наибольшую угрозу для биологической жизни.

В популярной культуре вы, возможно, слышали об этой форме электромагнитной энергии в мире комиксов, где гамма-лучи часто включаются в предыстории, чтобы объяснить, как супергерой получил свои сверхспособности.

В реальной жизни гамма-лучи считаются очень опасными. К счастью, источники этих лучей относительно ограничены. Космические лучи, грозы и солнечные вспышки могут создавать эти электромагнитные волны, как и радиоактивный распад.

Гамма-лучи и рентгеновские лучи являются источниками ионизирующего излучения, которое определяется как «тип энергии, выделяемой атомами, которая распространяется в форме электромагнитных волн.В малых дозах ионизирующее излучение может вызвать рак, а в больших – уничтожить биологическую жизнь. По этим причинам источники ионизирующего излучения, такие как гамма-лучи и рентгеновские лучи, строго контролируются.

Электромагнитные волны играют важную роль в вашей жизни 

Электромагнитная энергия окружает нас повсюду, хотя большую часть времени мы осознаем лишь очень ограниченную часть электромагнитного спектра — видимый свет. Тем не менее, электромагнитные волны жизненно важны для того, как мы ощущаем и переживаем мир.От радио и сотовых телефонов до микроволн, рентгеновских лучей и так далее — существует бесчисленное множество способов, которыми мы можем воспользоваться всей электромагнитной энергией, которую может предложить Вселенная.

Поскольку наш мир становится все более модернизированным, а технологии продолжают нас удивлять, приятно сделать шаг назад и подумать о более широкой картине.