Рисунок излучение: излучение картинки, Фотографии и изображения

Как выглядит электромагнитное излучение | Журнал Популярная Механика

Рассказываем, что изменилось бы в восприятии мира вокруг нас, если бы наши глаза видели фотоны любых энергий.

Электромагнитное излучение мы видим только в очень небольшой части спектра — видимом диапазоне; кожей можем почуствовать инфракрасное как тепло — но не более. Некоторым животным повезло чуть больше: птицы, например, видят ультрафиолет как новый, непредставимый цвет. Поэтому самые невзрачные для нас птицы могут для сородичей выглядеть очень ярко. Змеи лучше нашего чувствуют инфракрасное излучение; правда, они не видят его глазами, а чувствуют специальными рецепторами между глазами и носом. В другие области ЭМС не заглядывает ни одно живое существо на планете.

Давайте попробуем представить, что обидного ограничения, наложенного на человеческое зрение природой, нет: как тогда выглядел бы мир вокруг нас?

Радионебо и радиовышки

Начнём с самых безобидных для организма радиоволн. Энергия фотона обратно пропорциональна длине волны, поэтому чем длиннее волна, тем ниже её энергия. Самые длинные, многокилометровые волны обладают очень маленькой энергией, поэтому для живых клеток они совершенно безвредны. Сигналы в радиодиапазоне принимают радиоприёмники и телевизоры; если бы мы видели их так же, как видим свет, самые сильные источники радиоизлучения наверняка казались бы нам нестерпимо яркими, как Солнце: нельзя было бы без слёз взглянуть, например, на Останкинскую башню, ровный свет давали бы антенны бытовой электроники.

Антенна сотового телефона тоже светилась бы, но уже по‑другому: обмен данными по сотовым сетям и передача пакетов информации идёт на частотах, соответствующих микроволновому излучению. Будь мы способны его видеть, нам не пришлось бы вешать на двери кафе знак «У нас есть Wi-Fi»: хорошую сеть было бы видно издалека, как и зону покрытия сети мобильных операторов: разница между территорией, где вы — абонент, и местами, где связи нет, была бы так же очевидна, как разница между тёмной и светлой комнатами.

Обладающий радиозрением человек смотрел бы на небо и видел бы не только свет звёзд, но и длинноволновое излучение, источников которого в космосе масса: это и квазары, и нейтронные звёзды, и облака водорода, электроны в атомах которого, возбуждаясь и возвращаясь в невозбуждённое состояние, испускают дециметровые радиоволны. правда, атмосфера пропускает не все радиоволны, а только длинные (от 3 мм до 30 м) и часть микроволнового спектра.

Как выглядело бы небо для существа, которое видит радиоволны, показали в 2016 году астрофизики из Международного центра радиоастрономических исследований (International Centre for Radio Astronomy Research / ICRAR) при помощи австралийского телескопа Murchison Widefield Array (MWA):

Видеть тепло

Сдвигаемся дальше, в оптический диапазон, и берёмся за инфракрасное излучение. Тут всё просто: инфракрасное излучение — это тепло, увидеть его можно с помощью тепловизора. Вот так, например, выглядит на ИК-съёмке Парад Победы на Красной площади:

Яркий ультрафиолетовый мир

По ту сторону видимой части спектра нас ждут уже более экзотические вещи. Сначала ультрафиолет, главный источник которого для нас — Солнце. К счастью, от самой жёсткой (коротковолновой) его части нас защищает озоновый слой, но и той небольшой доли ультрафиолета, которая проходит сквозь стратосферу, достаточно, чтобы сделать долгое пребывание на солнце вредным.

Если бы мы видели в ультрафиолете, все вокруг были бы покрыты веснушками (кроме маленьких детей, кожа которых ещё не успела покрыться участками, насыщенными пигментом). Кроме того, мир стал бы намного ярче: невзрачные птицы, цветы и некоторые грибы заиграли бы новыми красками.

X-Ray

Двигаясь в сторону коротковолнового излучения, мы проникаем в опасные области. Способность регистрировать рентгеновское излучение глазами помогла бы людям, работающим с опасными материалами, а вот цвет неба не изменила бы: в космосе есть масса источников рентгена, но атмосфера Земли не пропускает его короткие волны, поэтому наблюдать вселенную в этом диапазоне могут только космические обсерватории, но не наземные. Так, космический рентгеновский телескоп «Чандра» регулярно снимает Солнце и присылает на Землю снимки, на которых относительно холодная поверхность Солнца выглядит совершенно чёрной (она недостаточно горяча, чтобы светить рентгеном), зато солнечная корона переливается и бурлит.

И не стоит думать, что рентгеновское зрение позволило бы видеть сквозь предметы и тела других людей: для этого нужен не только приёмник (специфический пигмент сетчатки), но и мощный источник излучения — такой, как рентгеновская трубка, в которой электроны разгоняют до больших энергий и резко останавливают металлической преградой. Врезаясь в металл, электроны теряют энергию в виде рентгеновского излучения, которое и позволяет делать медицинские снимки.

Солнце на снимке рентгеновского телескопа «Чандра». Над чёрной поверхностью — бури рентгеновского излучения.

Страшные гаммы

А вот способность видеть самое коротковолновое, гамма-излучение — то есть фотоны высоких энергий, крайне опасные для всего живого — мало изменила бы повседневную жизнь. Без сомнения, такое свойство глаз предупредило бы жителей Припяти и Чернобыля о страшной угрозе, добавило бы красок ядерным взрывам, пригодилось бы инспекторам МАГАТЭ и специалистам, отвечающим за безопасность на атомных электростанциях.

Но в обычной жизни источников ультракоротковолнового излучения не встретишь — разве что в промышленных гамма-дефектоскопах. В космосе гамма-лучи испускаются частицами, разогнанными до релятивистских скоростей сильными магнитными полями огромных космических магнитов, таких как нейтронные звёзды. Атмосфера надёжно укрывает нас от космических гамма-лучей, через неё прорываются только самые высокоэнергетические волны.

Чаще всего они врезаются в атомы атмосферных газов и разрушают их ядра; образованные в результате распада частицы падают на землю, испуская свет в видимом диапазоне, такой слабый, что глазом он неразличим. А гамма-лучи самой-самой высокой энергии, больше 1000 эВ, доходят до поверхности земли. Но даже если бы в наших глазах был пигмент, способный регистрировать их, он вряд ли бы что-то приметил — за сто лет на один квадратный метр поверхности Земли падает один квант такой энергии.

Кроме того, идея о гамма- и рентгеновском зрении — самая фантастическая из перечисленных. На биологические ткани жёсткий рентген и тем более гамма-лучи действуют губительно; вряд ли нашлись бы такие глаза, которые бы не сгорели при взгляде на их источник.

Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. Шкала электромагнитных волн

Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. Шкала электромагнитных волн

Подробности

Просмотров: 464

«Физика — 11 класс»

Инфракрасное излучение

Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 3 • 10¹¹ до 3,75 • 10¹⁴ Гц называется инфракрасным излучением.

Его испускает любое нагретое тело даже в том случае, когда оно не светится.

Например, батареи отопления в квартире испускают инфракрасные волны, вызывающие заметное нагревание окружающих тел.

Поэтому инфракрасные волны часто называют тепловыми.

Не воспринимаемые глазом инфракрасные волны имеют длины волн, превышающие длину волны красного света (длина волны λ = 780 нм — 1 мм).

Максимум энергии излучения электрической дуги и лампы накаливания приходится на инфракрасные лучи.

Инфракрасное излучение применяют для сушки лакокрасочных покрытий, овощей, фруктов и т. д.

Созданы приборы, в которых не видимое глазом инфракрасное изображение объекта преобразуется в видимое.

Изготовляются бинокли и оптические прицелы, позволяющие видеть в темноте.

Ультрафиолетовое излучение

Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 8 • 10¹⁴ до 3 • 10¹⁶ Гц называется ультрафиолетовым излучением (длина волны λ = 10—380 нм).

Обнаружить ультрафиолетовое излучение можно с помощью экрана, покрытого люминесцирующим веществом.

Экран начинает светиться в той части, на которую падают лучи, лежащие за фиолетовой областью спектра.

Ультрафиолетовое излучение отличается высокой химической активностью.

Повышенную чувствительность к ультрафиолетовому излучению имеет фотоэмульсия.

В этом можно убедиться, спроецировав спектр в затемненном помещении на фотобумагу.

После проявления бумага почернеет за фиолетовым концом спектра сильнее, чем в области видимого спектра.

Ультрафиолетовые лучи не вызывают зрительных образов: они невидимы.

Но действие их на сетчатку глаза и кожу велико и разрушительно.

Ультрафиолетовое излучение Солнца недостаточно поглощается верхними слоями атмосферы.

Поэтому высоко в горах нельзя оставаться длительное время без одежды и без темных очков.

Стеклянные очки, прозрачные для видимого спектра, защищают глаза от ультрафиолетового излучения, так как стекло сильно поглощает ультрафиолетовые лучи.

Впрочем, в малых дозах ультрафиолетовые лучи оказывают целебное действие.

Умеренное пребывание на солнце полезно, особенно в юном возрасте: ультрафиолетовые лучи способствуют росту и укреплению организма.

Кроме прямого действия на ткани кожи (образование защитного пигмента — загара, витамина D₂), ультрафиолетовые лучи оказывают влияние на центральную нервную систему, стимулируя ряд важных жизненных функций в организме.

Ультрафиолетовые лучи оказывают также бактерицидное действие.

Они убивают болезнетворные бактерии и используются с этой целью в медицине.

Итак,

Нагретое тело испускает преимущественно инфракрасное излучение с длинами волн, превышающими длины волн видимого излучения.

Ультрафиолетовое излучение — более коротковолновое и обладает высокой химической активностью.

Шкала электромагнитных волн

Длина электромагнитных волн изменяется в широком диапазоне. Независимо от длины волны все электромагнитные волны обладают одинаковыми свойствами. Существенные различия наблюдаются при взаимодействии с веществом: коэффициенты поглощения и отражения зависят от длины волны.

Длина электромагнитных волн бывает самой различной: от 10³ м (радиоволны) до 10^-10 м (рентгеновские лучи).

Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн.

При изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.

На рисунке изображена шкала электромагнитных волн с указанием длин волн и частот различных излучений:

Принято выделять:
низкочастотное излучение,

радиоизлучение,

инфракрасные лучи,

видимый свет,

ультрафиолетовые лучи,

рентгеновские лучи,

γ-излучение.

Принципиального различия между отдельными излучениями нет.

Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами.

Обнаруживаются электромагнитные волны в основном по их действию на заряженные частицы.

В вакууме электромагнитное излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с.

Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.

Излучения различных длин волн отличаются друг от друга по способам их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.

Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей.

В первую очередь это относится к рентгеновскому и у-излучениям, сильно поглощаемым атмосферой.

По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.

Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом.

Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно γ-лучи) поглощаются слабо.

Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений.

Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Излучение и спектры. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Виды излучений. Источники света —
Спектры и спектральные аппараты —
Виды спектров. Спектральный анализ —
Рентгеновские лучи —
Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. Шкала электромагнитных волн —
Краткие итоги главы

Типы оптических спектров — урок. Физика, 9 класс.

Спектроскоп и спектрограф

В настоящее время для получения чётких и ярких спектров используют специальные оптические приборы. Внешний вид и устройство одного из таких приборов — двухтрубного спектроскопа — показано на рисунке.

Для разложения света в спектр используется призма П. В трубе К (коллиматоре) имеется узкая щель S, расположенная в фокальной плоскости линзы Л1. Благодаря этому на призму падает параллельный пучок света. Из призмы выходят цветные пучки света. Поскольку показатель преломления для излучения данной длины волны одинаков, то пучки света одинаковой длины волны параллельны между собой. На рисунке показаны два пучка, у которых параллельны лучи одинакового цвета (два красных и два фиолетовых луча). Линза Л2 фокусирует параллельные лучи и даёт на экране множество изображений щели — спектр. Если вместо экрана поместить фотопластинку, то спектр можно сфотографировать. Прибор, в котором спектр получается на фотопластинке, называется спектрографом.

Типы спектров

Спектры отличаются большим разнообразием. Различают спектры излучения (испускания) и спектры поглощения. Спектры излучения могут быть сплошными и линейчатыми.

Сплошной (непрерывный) спектр излучения состоит из всех спектральных цветов, непрерывно переходящих друг в друга.

Его создают вещества в твёрдом и жидком состоянии, разогретые до высокой температуры, например расплавленный металл, накалённая нить электрической лампы. Если рассматривать через спектроскоп почти бесцветное пламя газовой горелки, то мы увидим слабый сплошной спектр. Это значит, что твёрдые частицы раскалённого угля, присутствующие в газовом пламени, излучают волны всех частот. Сплошной спектр дают также светящиеся газы и пары, находящиеся под очень высоким давлением (т. е. если силы взаимодействия между их молекулами достаточно велики).

Линейчатый спектр излучения состоит из отдельных спектральных линий, каждой из которых соответствует определённая длина волны. Его излучают вещества, находящиеся в атомарном газообразном состоянии. Для получения линейчатого спектра исследуемое вещество нужно перевести в газообразное состояние и нагреть до высокой температуры.

Пример:

если внести в пламя газовой горелки кусочек поваренной соли, то пламя окрасится в жёлтый цвет, а в спектре, наблюдаемом с помощью спектроскопа, будут видны две близко расположенные жёлтые линии, характерные для спектра паров натрия.

Это означает, что под действием высокой температуры молекулы NaCl распались на атомы натрия и хлора. Свечение атомов хлора возбудить гораздо труднее, чем атомов натрия, поэтому в данном спектре линии хлора не видны.

Каждому химическому элементу присущ свой спектр излучения.

Спектры  поглощения получают, пропуская белый свет через исследуемое вещество. Линейчатые спектры поглощения дают газы малой плотности, состоящие из изолированных атомов, когда сквозь них проходит свет от яркого и более горячего (по сравнению с температурой самих газов) источника, дающего непрерывный спектр.

Пример:

если пропустить белый свет через сосуд с парами натрия, то на фоне сплошного спектра появится узкая чёрная линия. Это означает, что излучение с определённой длиной волны поглощается парами натрия.

Тёмная линия поглощения расположена как раз там, где находится линия спектра излучения светящегося пара натрия. Аналогичное явление наблюдается и для других элементов.

Общий для всех химических элементов закон, согласно которому

атомы данного элемента поглощают световые волны тех же самых частот, на которых они излучают,

был открыт в середине \(XIX\) в. немецким физиком Густавом  Кирхгофом.

Источники:

Физика. 9 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений / А. В. Перышкин, Е. М. Гутник. — 14-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2009.

Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений (базовый уровень) / С. А. Тихомирова, Б. М. Яворский. — 2-е изд., испр. — М.: Мнемозина, 2009. — 271 с.: ил.

Цвет. Температура и восприятие — Подсайт Жизнь – для тем по касательной на DTF

Почему синий цвет теплее, чем красный и наоборот? И зачем художникам разбираться в температуре цвета?

Запрещающие знаки красят в красный, а от новой лампочки в светильнике дома стало холодно и неуютно. Почему? Просто цвет имеет значение. А точнее — его температура. Теплые и холодные цвета рождают ассоциации и по-разному влияют на настроение и восприятие. Как это происходит и как этим управлять? Разберемся вместе!

Цвет и его температура: что есть что?

Сейчас будет немного физики, а после все про рисунок.

Как мы видим цвета?

Цвет — это результат химической реакции, протекающей в фоторецепторах наших глаз. Электромагнитные волны распространяются в пространстве от источника возмущения магнитного поля, а затем воздействуют на зрительные пигменты красного, синего и зеленого цвета. Сигнал поступает в мозг, и окружающий мир приобретает краски.

Источник света испускает электромагнитное излучение. Часть его поглощается объектами, а оставшаяся — отражается от них, и воспринимается фоторецепторами глаза.

Восприятие цвета зависит от частоты колебаний электромагнитных волн или от их длины. Это величина промежутка между крайними точками волны, которая измеряется в нанометрах (1 нм = 10−9 метра). Наши глаза воспринимают не весь возможный диапазон колебаний, а лишь малую его часть, называемую видимым излучением. Его условные границы находятся в пределах от 380 до 780 нм.

Волны видимого излучения, испускаемого Солнцем, в совокупности выглядят как белый свет. Впервые его разложил на составные части Исаак Ньютон с помощью стеклянной призмы в 1672 году.

Как физики определяют температуру цвета?

Для определения температуры цвета ученые используют условный предмет — абсолютно черное тело, которое поглощает все электро

Радиоактивность. α-, β-, γ- излуч

Радиактивный распад в электрическом поле

  Радиоактивность

Все знают, что атомы вещества состоят из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Ядро – это очень устойчивое образование, которое сложно разрушить. Однако, ядра атомов некоторых веществ обладают нестабильностью и могут излучать в пространство различную энергию и частицы. Это излучение называют радиоактивным. Оно включает в себя несколько составляющих, которые назвали соответственно первым трем буквам греческого алфавита: α-, β- и γ- излучение (альфа-, бета- и гамма-излучение).

Явление радиоактивности было открыто опытным путем французским ученым Анри Беккерелем в 1896 г. для солей урана. Беккерель заметил, что соли урана засвечивают завернутую во много слоев фотобумагу невидимым проникающим излучением.
Виды радиоактивных излучений и методы их регистрации.
Английский физик Эрнест Резерфорд исследовал радиоактивное излучение в электрических и магнитных полях. Он открыл две составляющие этого излучения, которые были названы α-, β-излучением. На рисунке изображено радиоактивное излучение в электрическом поле. 

• a —  излучение — это поток тяжелых положительно заряженных частиц (ядер гелия), движущихся со скоростью около 10⁷ м/с. Вследствие положительного заряда  a – частицы отклоняются электрическим и магнитным полями.
• β — излучение — это поток быстрых электронов. Электроны —e значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. Обладают скоростью от 10⁸ м/с до0,999с. Из-за наличия отрицательного заряда электроны отклоняются электрическим и магнитным полями в противоположную сторону по сравнению с β  – частицами.
• γ –  излучение — это фотоны, т.е. электромагнитное излучение, несущее энергию. Оно не отклоняется электрическим и магнитным полями. Параметры ядра при излучении не меняются, ядро лишь переходит в состояние с меньшей энергией. Распавшееся ядро тоже радиоактивно, т. е. происходит цепочка последовательных радиоактивных превращений. Процесс распада всех радиоактивных элементов идет до свинца. Свинец — конечный продукт распада.

Было установлено, что проникающая способность оказалась самая малая у α- -лучей (лист бумаги или несколько сантиметров слоя воздуха),
а β-лучи проходят сквозь алюминиевую пластину толщиной в несколько миллиметров. Очень велика проникающая способность у γ — лучей (например, алюминий — толщина пластины десятки сантиметров).

Итак, радиоактивность свидетельствует о сложном строении атомов.
Специальные приборы, которые применяются для регистрации ядерных излучений, называются детекторами ядерных излучений. Наиболее широкое применение получили детекторы, которые обнаруживают ядерные излучения по производимой ими ионизации и возбуждению атомов вещества. Это — газоразрядный счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера. Существует также метод фотоэмульсий, основанный на способности пролетающей частицы создавать в фотоэмульсии скрытое изображение. След пролетевшей частицы сквозь нее виден на фотографии после проявления.
 Влияние ионизирующей радиации на живые организмы
Радиоактивное излучение оказывает сильное биологическое действие на ткани живого организма. Оно ионизирует атомы и молекулы среды. Под действием ионизирующей радиации разрушаются сложные молекулы и элементы клеточных структур. В человеческом организме нарушается процесс кроветворения. Человек заболевает белокровием, или так называемой лучевой болезнью. Большие дозы облучения приводят к смерти.

Бумага задерживает только альфа-излучениеСтекло задерживает только альфа- и бета-излучениестальной лист задерживает только альфа-излучение, бета-излучение и гамма-излучениебетонная плита задерживает только альфа-,бета-, гамма- и и нейтронное излучение

Устройства расширения лазерных пучков

Устройства расширения лазерных пучков применяются для увеличения площади подсветки, при этом увеличение диаметра не приводит к росту расходимости – пучок с большим диаметром поперечного сечения по-прежнему остается параллельным.

Рассматривая оптические схемы узлов для расширения параллельных пучков, можно предположить, что теоретически фокальная плоскость в такой системе находится на бесконечном удалении. Благодаря этой особенности устройства разной конфигурации применяются в интерферометрии, удаленном детектировании, а также в лазерной сканирующей микроскопии.

Телескопы

Оптические телескопы – инструменты для визуального наблюдения удаленных предметов и регистрации излучения космических источников. По конфигурации разделяют две группы телескопов: рефракторы и рефлекторы. В первом случае для отклонения пучков используются линзы, во втором – зеркала.

На протяжении многих лет ведутся споры об авторе телескопа-рефлектора. Одни приписывают авторство Кеплеру, вторые – Галилею, а третьи Ньютону. Фактически, Галилей первым применил для астрономических наблюдений подзорную трубу, тем самым усовершенствовав схему Кеплера.

Из-за расхождений во мнениях появилась еще одна классификация оптических схем телескопов, названных по фамилиям авторов, соответственно, Кеплера и Галилея. В схеме Кеплера (рис. 1) объективом и окуляром является положительная оптическая система. Объектив создает перевернутое действительное изображение в своей задней фокальной плоскости, которое можно наблюдать с помощью окуляра. Задняя фокальная плоскость объектива совпадает с передней фокальной плоскостью окуляра, так что падающий на объектив параллельный пучок лучей выходит из окуляра также параллельным. Одним из главных достоинств системы Кеплера является наличие промежуточного изображения в фокусе объектива, куда можно поставить сетку (прозрачную пластинку со шкалой) и с ее помощью производить точные измерения углов и расстояний.

В телескопической системе по схеме Галилея (рис. 2) в качестве объектива используется положительная оптическая система, а в качестве окуляра – отрицательная. Задний фокус положительного объектива совпадает с передним фокусом отрицательного окуляра. При таком расположении промежуточное изображение отсутствует. Система Галилея также применяется для систем сумеречного и ночного наблюдения и в видоискателях фотоаппаратов и видеокамер.

Рисунок 1. Схема Кеплера

Рисунок 2. Схема Галилея

Сила увеличения (Magnifying Power, MP), обратная увеличению, рассчитывается по известному фокусному расстоянию объектива и окуляра:

Если сила увеличения больше единицы, изображение в телескопе увеличенное. Если меньше единицы — уменьшенное.

Расширение оптических пучков

В устройствах расширения лазерного пучка излучение падает на окуляр и выходит через объектив. В конфигурации Кеплера параллельный входной пучок фокусируется в пятно на промежутке, заключенном между объективом и окуляром. Световая энергия внутри концентрируется в пятно фокусировки (рис. 3) и нагревает воздушную прослойку между объективом и окуляром, что приводит к возникновению нелинейных эффектов и аберраций. Особенно это заметно в высокомощных лазерах. Снизить влияние ионизации позволяют расширители пучков в конфигурации Галилея, именно они применяются в большинстве приложений (рис. 4). Конфигурация Кеплера оптимальна для пространственной фильтрации излучения.

Рисунок 3. Устройство расширения пучка по схеме Кеплера.

Рисунок 4. Устройство расширения пучка по схеме Галилея

Устанавливая расширитель пучка в оптическую схему, необходимо точно рассчитать угол расходимости выходного пучка. В параксиальном приближении расходимости пучка эквивалентно соотношение между диаметрами (перетяжками) входного и выходного пучков:

Тогда для силы увеличения (MP) можно записать следующее:

Вышеуказанные формулы ясно отражают зависимость между диаметрами входного и выходного пучков, из чего следует вывод: уменьшение диаметра перетяжки приводит к появлению большего угла расходимости, и наоборот – при увеличении диаметра угол расходимости лучей снижается.

В дополнение приводится расчетная формула для определения диаметра выходного пучка на рабочем расстоянии L.

Так как в качестве угла расходимости берется половинный угол, тангенс взят от удвоенного значения.

Рисунок 5. Иллюстрация зависимости диаметра перетяжки выходного пучка от возрастающего с распространением волны угла расходимости

Подстановкой выражений для силы увеличения в уравнение расчета диаметра выходного пучка получаем:

Приложение 1. Уменьшение плотности мощности падающего излучения

Одно из основных приложений устройств расширения оптических пучков – снижение мощности высокоинтенсивного лазерного излучения. Эта мера предохраняет поверхности оптических элементов от повреждений, продлевая срок службы.

Приложение 2. Уменьшение диаметра перетяжки пучка на определенном расстоянии

Этот неочевидный вывод доказывают эксперименты: диаметр входного лазерного пучка в расширителе растет до дифракционного предела, при этом пропорционально снижается интенсивность излучения и угол расходимости. Параллельность пучка на выходе сохраняется на определенном расстоянии, затем диаметр перетяжки начинает сжиматься.

Пример

Числовой пример, иллюстрирующий применение формул.

Дано

Сила увеличения MP: 10X
Диаметр исходного пучка: 1 мм
Начальный угол расходимости: 0.5 мрад
Рабочее расстояние L = 100 м

Расчет

Диаметр выходного пучка:

Фактически, применение устройства 10-кратного расширения-сжатия оптического пучка в 5 раз повышает эффективность всей схемы.

Приложение 3. Уменьшение диаметра пятна фокусировки.

Фокусировка лазерного пучка в пятно минимального диаметра – необходимое условие во множестве приложений лазерной оптики. Размер пятна обычно определяется как радиальное расстояние от центральной точки максимальной интенсивности в поперечном сечении до точки, где интенсивность падает до значения 1/e² от исходного значения.

λ: длина волны
f: фокусное расстояние линзы (объектива)
D: диаметр входного пучка
k: показатель преломления материала линзы
M²: фактор качества пучка, отклонение интенсивности реальной волны от значений гауссовой функции.

Рисунок 6. К определению диаметра перетяжки пучка по уровню максимума интенсивности до 1/e²

Размер пятна в основном определяется эффектами дифракции и вкладами аберраций. На примере иллюстраций 7 и 8 видно, что сферическая аберрация данного пучка является основной. Для дифракции заметна следующая закономерность: чем короче фокусное расстояние, тем меньше размер пятна, при этом с увеличением диаметра входного пучка дифракционные ограничения выходного пучка практически снимаются и при обработке остается скомпенсировать только одну сферическую аберрацию.

Пусть диаметр входного пучка в расширителе увеличивается в m раз, тогда расходимость такого пучка уменьшается в m раз. В таком случае диаметр пятна фокусировки будет в m раз меньше диаметра пятна фокусировки «идеального» пучка.

Приложение 4. Оптимальный диаметр пучка

Различные расширители оптических пучков используются для стандартизации поперечных размеров, так как параметры, указанные в паспорте прибора, не всегда соответствуют требованиям приложения. Телескопические расширители применяются в том числе и для компенсации случайных отклонений.

Рисунок 7. При малых диаметрах исходного пучка (по оси абсцисс, мм) пятно фокусировки ограничено по дифракции, с ростом диаметра дифракционные эффекты заменяет сферическая аберрация. Пример для излучения 532 нм, M² = 1.1, фокусное расстояние 10 мм, показатель преломления 1.3

Рисунок 8. Излучение, прошедшее через оптику с малыми фокусными расстояниями, больше всего подвержено влиянию сферических аберраций. С увеличением фокусного расстояния проявляются дифракционные пределы. Пример для излучения 532 нм, M² = 1.1, диаметр исходного пучка 5 мм, показатель преломления 1.3

При выборе устройства расширения – сжатия полезно обратить внимание на следующие свойства:

Механизм фокусирования

Механизмы, с помощью которых пучок фокусируется в устройстве расширения, регулируют также и диаметр выходного пучка. Основные типы механизмов: скользящий и вращательный. Вращательные механизмы фокусирования (резьба) более доступны из-за простоты, однако менее точны в настройке. Отклонение выходного пучка нужно строго контролировать (рис. 9).

Рисунок 9. Иллюстрация отклонения лазерного пучка, вызванного вращением фокусировочного кольца

Механические передачи, в основе которых – скольжение, распространены в прецизионных оптических приборах. Конструктивная сложность изготовления таких приборов увеличивает их стоимость, а погрешность сборки заметно снижает эффективность.

Внутренняя фокусировка

При сравнении схем телескопов Кеплера и Галилея отмечалось, что не все устройства расширения лазерных пучков универсальны. Схема Кеплера рекомендуется в работе с излучением малой интенсивности и для пространственной модуляции, поскольку внутренняя фокусировка может стать причиной повреждений оптических поверхностей. Схема Галилея подойдет для высокомощных лазеров. 

Отражательные и пропускающие устройства расширения пучков

В отражательные расширители пучков установлены вогнутые зеркала вместо пропускающих линз (рис. 10). Расширители пучков, работающие по такой схеме, встречаются гораздо реже, но имеют ряд исключительных преимуществ.

Такие устройства не вносят хроматической аберрации в излучение, благодаря этому применяются в работе с широкополосными источниками. В расширителях оптических пучков, работающих на пропускание, увеличение и коллимация выходного излучения зависят от длины волны.

Ахроматические свойства отражательных расширителей пучка оптимальны для применения с перестраиваемыми и фемтосекундными лазерами.

Рисунок 10. В отличие от расширителей пучков, работающих на пропускание, вогнутые зеркала отражательного расширителя пучка не вносят хроматической аберрации. Отверстия в корпусе предназначены для крепления устройства на оптическом столе.

© Edmund Optics Inc.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Edmund Optics на территории РФ

Теплопередача — урок. Физика, 8 класс.

В природе существует три вида теплопередачи:
1) теплопроводность;
2) конвекция;
3) излучение.

Теплопроводность

Теплопроводность — переход теплоты с одного тела на другое при их соприкосновении или с более тёплой части тела на холодную.

Различные вещества имеют разную теплопроводность. Большую теплопроводность имеют все металлы. Малую теплопроводность имеют газы, вакуум не имеет теплопроводности (в вакууме нет частиц, которые бы обеспечивали теплопроводность).

Вещества, которые плохо проводят теплоту, называют теплоизоляторами.

Искусственно созданными теплоизоляторами являются каменная вата, пенопласт, поролон, металлокерамика (используется в производстве космических кораблей).

Конвекция

Распространение тепла перемещающимися струями газа или жидкости называется конвекцией.

При конвекции тепло переносит само вещество. Конвекция наблюдается только в жидкостях и газах.

Тепловое излучение

Распространение тепла от тёплого тела при помощи инфракрасных лучей называют тепловым излучением.

Тепловое излучение — единственный вид теплопередачи, который может осуществляться в вакууме. Чем выше температура, тем сильнее тепловое излучение. Тепловое излучение производят, например, люди, животные, Земля, Солнце, печь, костёр. Инфракрасное излучение можно изображать или измерять термографом (термокамерой).
  

Диаграмма направленности

Если вы не знакомы с диаграммами направленности или сферическими координатами, может потребоваться
а на рисунке 2 представлена ​​та же диаграмма направленности, что и на рисунке 1.
диаграмма направленности на
слева на Рисунке 2 показана диаграмма возвышения, которая представляет график излучения
диаграмма как функция угла, измеренного от оси z (для фиксированного азимутального угла). Наблюдая
На рисунке 1 мы видим, что диаграмма направленности минимальна при 0 и 180 градусов и становится максимальной.
поперечной стороной к антенне (90 градусов от оси z).Это соответствует графику слева
на рисунке 2.

Диаграмма направленности справа на рисунке 2 представляет собой азимутальный график. Это функция азимутального
угол для фиксированного полярного угла (в данном случае 90 градусов от оси z). Поскольку диаграмма направленности
на рисунке 1 симметричен относительно оси z, этот график отображается как константа на рисунке 2.

Диаграмма является «изотропной», если диаграмма направленности одинакова во всех направлениях.
Антенны с изотропными диаграммами направленности на практике не существуют, но иногда
обсуждается как средство сравнения с реальными антеннами.

Некоторые антенны также могут быть
описывается как «всенаправленная», что для реальной антенны
означает, что диаграмма направленности изотропна в одной плоскости (как на рисунке 1 выше для плоскости x-y, или
диаграмма направленности справа на рисунке 2). Примеры всенаправленных антенн
включить дипольную антенну и
щелевая антенна.

Третий
Категория антенн — «направленные», не обладающие симметрией диаграммы направленности. Эти антенны
обычно имеют одно направление пика в диаграмме направленности; это направление, в котором основная часть
излучаемая энергия распространяется.Эти антенны очень распространены; примеры антенн с высоконаправленными диаграммами направленности включают
тарелочная антенна и
щелевая волноводная антенна.
Пример высоконаправленной диаграммы направленности (от тарелочной антенны) показан на рисунке 3:

Рис. 3. Направленная диаграмма направленности спутниковой антенны.

Таким образом, диаграмма направленности — это график, который позволяет нам визуализировать, где антенна передает
или получает власть.

Следующая тема: Области месторождения

Меню основных параметров антенны

Теория антенн — Дом

.Диаграммы направленности излучения дипольной антенны

и диаграмма направленности »Электроника

Полярные диаграммы используются для обозначения направленной характеристики антенн, включая дипольные антенны.

Дипольные антенны Включают:
Основы дипольных антенн
Ток и напряжение
Полуволновой диполь
Сложенный диполь
Короткий диполь

Дублет
Длина диполя
Дипольные корма
Диаграмма излучения
Построить ВЧ диполь
Перевернутый диполь V
Многополосный ВЧ диполь вентилятора
Многополосный ВЧ диполь-ловушка
Антенна G5RV
Конструкция диполя FM

Диаграмма направленности дипольной антенны имеет особое значение по многим причинам, ее необходимо ориентировать так, чтобы она улавливала максимальный уровень сигнала или излучала максимальное количество сигнала в требуемом направлении.

Диаграмма направленности отражает количество мощности, излучаемой диполем в любом заданном направлении. Поскольку характеристики антенны одинаковы при передаче и приеме, они также отражают «чувствительность» антенны в разных направлениях.

Понимание диаграммы направленности диполя позволяет в любое время ориентировать антенну в оптимальном направлении.

Диаграмма направленности и полярная диаграмма

Поскольку характеристики направленности антенны одинаковы при передаче и приеме, не имеет значения, какой режим измеряется для построения графика диаграммы направленности.Поскольку легче проводить измерения с мощностью, передаваемой от антенны, с измерениями мощности сигнала, принимаемого вокруг нее, этот метод принят.

Можно построить диаграмму направленности любой антенны. Это нанесено на полярную диаграмму.

Полярная диаграмма — это график, который показывает величину отклика в любом направлении.

В центре диаграммы находится точка, называемая началом координат. Он окружен кривой, радиус которой в любой заданной точке пропорционален величине свойства, измеренной в направлении этой точки.

Полярные диаграммы используются для построения диаграмм направленности антенн, а также для других приложений, таких как измерение чувствительности микрофонов в разных направлениях и т. Д.

Диаграмма направленности, показанная на полярной диаграмме, принимается за диаграмму, на которой строится сама диаграмма. Для диполя можно смотреть как вдоль оси антенны, так и под прямым углом к ​​ней. Обычно это могут быть вертикальные или горизонтальные плоскости.

Одним из фундаментальных фактов о диаграммах направленности антенн и диаграммах направленности является то, что диаграмма направленности приема, т.е.е. Чувствительность приема как функция направления идентична диаграмме направленности антенны в дальней зоне, когда она используется для передачи. Это следует из теоремы взаимности электромагнетизма. Соответственно диаграммы направленности антенны можно рассматривать либо как передающую, либо как принимающую, в зависимости от того, что более удобно.

Полуволновая дипольная диаграмма направленности

Полярная диаграмма диаграммы направленности полуволновой дипольной антенны показывает, что направление максимального излучения или чувствительности находится под прямым углом к ​​оси РЧ-антенны.Как и следовало ожидать, излучение падает до нуля вдоль оси радиочастотной антенны.

Полярная диаграмма полуволнового диполя

На трехмерном графике огибающая диаграммы направленности для точек с одинаковой интенсивностью излучения для формы типа бублика с осью антенны, проходящей через отверстие в центре бублика.

Диаграммы направленности для нескольких диполей на половину длины волны

Дипольная антенна не обязательно должна быть длиной в половину длины волны. Часто используются диполи другой длины.

Диаграмма направленности изменяется в зависимости от длины антенны. По мере того, как длина увеличивается пропорционально длине волны, количество основных лепестков или точек максимального излучения увеличивается, и они перемещаются наружу, выравниваясь дальше с осью антенны.

Еще темы об антеннах и распространении:
ЭМ-волны
Распространение радио
Ионосферное распространение
Земная волна
Рассеивание метеоров
Тропосферное распространение
Кубический четырехугольник
Диполь
Дискон
Ферритовый стержень
Логопериодическая антенна
Антенна с параболическим рефлектором
Вертикальные антенны
Яги
Заземление антенны
Коаксиальный кабель
Волновод
VSWR
Балуны для антенн
MIMO

Вернуться в меню «Антенны и распространение».. .

.