Drgania elektromagnetyczne: właściwości i skala. Od radia po rentgen

Dzisiaj dowiemy się, czym są oscylacje elektromagnetyczne, jak zostały odkryte i dlaczego są tak ważne w życiu ludzi.

Marmur i światło

Co dziwne, historia badań fotonów światła rozpoczęła się w starożytnej Grecji. Ciekawość uczonych minionych czasów zmusiła ich do zadawania pytań:

1. Czym jest materia?
2. Dlaczego drewno różni się od kamienia?
3. Jak żywe rzeczy widzą?
4. Czym słońce różni się od księżyca?

Ale narzędzia starożytnego świata były bardzo prymitywne. Osoba musiała polegać na własnych uczuciach i wyciągać wnioski tylko za pomocą abstrakcyjnych wniosków. Pewien naukowiec zauważył, że marmurowe płyty, na których kroczy wiele stóp, zmieniają kształt w miarę upływu czasu. Kroki we wszystkich budynkach publicznych, na przykład w świątyniach, forach, stadionach, musiały być okresowo zmieniane. Tak więc każda noga bierze z sobą cząstkę kamienia. Zrozumienie, że substancja składa się z drobnych cząstek, doprowadziło do takiej koncepcji, jak "oscylacje elektromagnetyczne".

Elektryczność i kompas

W 1820 roku duński naukowiec Oersted odkrył, że magnes zmienia położenie biegunów obok przewodnika zawartego w sieci. Ludzie kompasów używali od wieków, elektryczność jest ostatnim odkryciem. Związek między nimi stał się sensacją w tamtym czasie. Eksperymenty kontynuowane Faraday. Ten naukowiec nie tylko udowodnił ścisłe połączenie między polami magnetycznymi i elektrycznymi, ale także ustalił: prąd powoduje oba pola. Stwierdzono więc, że oscylacje elektromagnetyczne są generowane przez ruchome ładunki.

Własności fal elektromagnetycznych

Jeszcze później, na początku XX wieku, naukowcy musieli przyznać: kwanty pola elektromagnetycznego były jednocześnie falami i cząstkami. Jako przedmioty materialne mają masę i nadają rozpęd. Ale fotony są niezwykłymi cząsteczkami. Nie mają masy spoczynkowej. Oznacza to, że fotony istnieją wyłącznie w ruchu w przestrzeni. Jak tylko substancja je wchłonie, tracą swoją indywidualność.

Podobnie jak fale, fale elektromagnetyczne mają następujące właściwości:

• częstotliwość;
• długość fali;
• amplituda

Najpopularniejszym przykładem fotonów jest światło.

Światło i kolor

Zwykle ze słowem "światło" ludzie reprezentują strumienie światła słonecznego. W oczach człowieka są pozbawieni koloru. Ale długość fali i okres oscylacji elektromagnetycznych wyznaczają cień. Dlaczego więc lampa lub słońce wydają się białe? Efekt ten wynika z mieszania się fotonów z całego widma emisyjnego źródła. Kiedy energia elektromagnetyczna jest wytwarzana przez energooszczędną lampę, światło osoby wydaje się być "ciepłe" lub "zimne", ale białe. I faktycznie, mieszanina gazów emituje całe spektrum fotonów o różnych długościach fal.

Skala fal: od promieniowania rentgenowskiego do radia

W zależności od długość fali Wszystkie fale elektromagnetyczne są podzielone na kilka obszarów. Skala fal elektromagnetycznych obejmuje, w kolejności malejącej długości fali:

1. Fale radiowe. Dają nam dźwięk muzyki, wiadomości i filmów. Tu nie chodzi o kanały internetowe, ale o tradycyjne radio i telewizję.
2. Promieniowanie terahercowe (lub mikrofalowe). Do niedawna ten zakres nie wyróżniał się na tle fal radiowych. Generatory fal terahercowych po prostu nie istniały. Ale teraz istnieją i przynoszą korzyści: skanery na lotniskach i dworcach używają tego szczególnego zakresu. Takie promieniowanie nie jest szkodliwe dla ludzi i dobrze odróżnia przedmioty żelazne w podróżnych torbach i paczkach.
3. Promieniowanie podczerwone (lub termiczne). Wszelkie ciepło jest przenoszone przez te fale. Ognisko, świeca, słońce, ludzie są generatorami. Niektóre zwierzęta pustynne mają widzenie w podczerwieni. Z reguły są nocnymi drapieżnikami, potrafiącymi odróżnić cieplejsze ciała żywych istot na tle schłodzonych kamieni i piasku.
4. Widoczne widmo Wszystkie kolory tęczy, które ludzkie oko jest w stanie spostrzec, należą do tego obszaru. W całej skali widmo widzialne zajmuje bardzo małą część. Nie jest jasne, dlaczego mechanizm ewolucyjny przypisał nam zdolność widzenia w ten sposób.
5. Fale ultrafioletowe. Osoba dostaje opaleniznę z ich powodu. Są użyteczne, ponieważ są śmiertelne: ultrafiolet skutecznie zabija bakterie i mikroorganizmy. Jednak brak promieni ultrafioletowych (na przykład wśród ludów północy) może powodować poważne problemy zdrowotne.
6. Fale promieniowania rentgenowskiego. Są emitowane albo przez zwalnianie bardzo szybkich elektronów, albo poprzez "wybijanie" elektronu z wewnętrznej powłoki dużego atomu. Przydatny do badania struktury materii.
7. Promienie gamma. Wytwarzane przez reakcję jądrową.

Fale elektromagnetyczne poza zakresem promieniowania ultrafioletowego są szkodliwe dla ludzi. Istnieje jednak hipoteza, że ​​bez nich życie nie mogłoby powstać.

Ramki i horyzonty

Nie myśl, że skoro istnieje skala, wszystko jest jasne i zrozumiałe. Granice zakresów są zamazane. Na przykład prześwietlenia różni się od promieniowania gamma tylko źródłem źródła, a częstotliwości widm silnie się pokrywają. Widzialne spektrum nazywa się tak, ponieważ te długości fal są w stanie dostrzec ludzkie oko. Ale wszyscy ludzie są inni. Niektórzy widzą trochę więcej czerwieni, inni widzą fiolet. Widmo widzialne jest wartością średnią. Podobnie jak wszyscy ludzie, ta koncepcja nie jest pozbawiona błędów.

Oko ma właściwość wrażliwości spektralnej. Maksimum leży w zielonym obszarze, a brzegi skali są odbierane gorzej. Dlatego brzegi tęczy wydają się rozmyte, niewyraźne. Krople wody podczas deszczu załamują promieniowanie elektromagnetyczne o wszystkich długościach fal emitowanych przez Słońce. Ale człowiek widzi tylko mały segment tej skali. Tym bardziej zaskakujące, że wiedza naukowa pokonała te granice. Teleskopy na orbicie Ziemi widzą fale podczerwone, ultrafioletowe, rentgenowskie i gamma, które emitują odległe galaktyki, czarne dziury i kwazary.