Факт, что в природе не существует электромагнитных волн (ЭМВ) всех длин от 0 до ∞, физиками неоспорим. Причина ограничений кроется в двойственности их природы. Они одновременно обладают корпускулярными и волновыми свойствами – являются волной и потоком элементарных частиц. Для простоты классификации при решении практических задач создана шкала электромагнитных колебаний.
Свойства электромагнитных волн
Спектральная характеристика ЭМ-излучения базируется на:
- Длине волны – расстоянии, где она пребывает в одной фазе.
- Частоте – количество повторений за единицу времени (секунду).
- Энергии фотона, который переносит волны.
Частота колебаний вычисляется как: λ = сn / υ, где:
- с – скорость ЭМВ в вакууме;
- υ – в среде;
- n – коэффициент преломления.
Последний всегда больше единицы, значит, в любом веществе электромагнитная волна распространяется медленнее, чем в физическом вакууме.
Таблица свойств электромагнитных волн, присущих излучению любой частоты из спектра.
| Особенность | Пояснение |
| Подчинение закону отражения | Углы падения и отражения равны. Отношение синуса первого к синусу второго – величина постоянная, она пропорциональна отношению скоростей распространения в обеих средах. |
| Дифракция | Отклонение волн от прямолинейной траектории у края преград для их огибания, при прохождении отверстий. |
| Интерференция | Способность когерентных волн к наложению, вследствие которого они усиливаются либо гасятся в определённых местах. |
| Дисперсия | Зависимость коэффициента преломления от частоты излучения. |
| Поглощение | Отчасти поглощаются при переходе между средами. |
| Сохранение частоты | Частота при переходе ЭМВ между средами сохраняется. |
| Поперечное распространение | Электромагнитные излучения всегда поперечны. |
| Преломление | На границе сред основное излучение проходит далее, преломляясь, часть – отражается тем сильнее, чем меньше частота волны. |
Шкала электромагнитных излучений
Физики условно разделили колебания электромагнитной природы на спектры, о которых большинство, наверное, слышали.
Гамма-излучение (γ)
Сверхкороткие излучения длиной до 0,01 нм или ангстрема с потенциалом 124 кэВ. Возникают вследствие одноимённого радиоактивного распада; это приходящие из космического пространства лучи. Прозрачны практически для всех соединений на Земле, разрушительно влияют на живую материю.
Рентгеновское
Появляются вследствие сильного разгона заряженных частиц или переходах электронов между оболочками с огромной разницей потенциалов в атомах. Для них невозможно изготовить линзу из-за длины волны, сравнимой с размерами атомов. Оптические системы строятся с применением алмазов.
Ультрафиолетовое
Ультрафиолет близок к видимому спектру, при определённых условиях человеческий глаз замечает излучения близкие к 400 нм. Основной источник – Солнце. Обладает разнообразным воздействием на биологические ткани, эффект зависит от длины волны.
Оптическое
Видимый для человека спектр лежит в диапазоне 400–740 нм. Лучи легко преодолевают атмосферу, отражаются и поглощаются в оптических установках. Появляются вследствие явлений флюоресценции, протекания химических реакций, свечения Солнца, ламп и светодиодов.
Инфракрасное
Излучение, ощущаемое человеком как тепло. Исходит от нагретых поверхностей, чем они горячее, тем короче волна и выше энергия.
Терагерцовое
Неионизирующие субмиллиметровые лучи. Проводятся диэлектриками и поглощаются проводниками (за редким исключением). Применяются в системах безопасности, медицине – томографы.
Радиоволны
Самый широкий спектр, наиболее применяемый человеком для обмена информацией в пределах планеты и ближнего космоса.
Таблица спектров электромагнитных волн.
| Название лучей | Частота | Источник | Энергия | Длина волны, нм |
| Гамма | 1020 Гц | Космос, ускорители частиц, радиоактивные материалы | 124 000 эВ | До 0,01 |
| Рентгеновские | 1018-1020 Гц | Рентгеновские трубки, ускорители частиц | От 10 эВ | 0,01–0,1 – жёсткое излучение; 0,1–10 – мягкое |
| Ультразвуковое | 7,5⋅1014-3⋅1016 Гц | Солнце, разнообразные искусственные лампы, лазеры | 3,10–12,4 эВ | 100–400 |
| Оптическое (видимый свет) | 3,84 – 7,89 ⋅ 1014 Гц | Солнце, световая техника, химические реакции | 1,59–3,26 эВ | 380-400–740-790 нм |
| Инфракрасное | 300 ГГц — 430 ТГц | Электрические разряды в газах, раскалённые (горячие) тела | 1,1 мэВ – 1,6 эВ | 740-790 нм – 1-2 мм |
| Терагерцовое | 3·1011 — 3·1012 Гц | Лазеры на свободных электронах | 1,6 мэВ – 12,4 мэВ | 0,1 – 1 мм |
| Радиоволновое | 300 ГГц – 0,03 Гц | Вспышки молний, космические объекты, техника | 12,4 мэВ — 12,4 фэВ | 0,1 мм – 10 млн км |
Шкала электромагнитных излучений в графическом виде.
Естественно, на картинке реальные масштабы спектров не изобразить, у них слишком разнятся диапазоны.
Как вы считаете, материал был полезен?