50. Шкала електромагнітних хвиль. Застосування інфрачервоного, ультрафіолетового та рентгенівського випромінювань.

джерелом електромагнітних хвиль може бути електрично заряджена частинка, якщо вона рухається прискорено. Такий рух з прискоренням, тривалий у часі, можливий тоді, коли частинка здійснює коливальний рух, збуджуючи змінне електромагнітне поле, яке поширюється у просторі як електромагнітна хвиля.

Дослідженнями, що проводилися вченими протягом тривалого часу, встановлено, що в природі немає законів, які б обмежували частоту коливань заряджених частинок, а отже, і довжину хвилі, яка випромінюється. Не буває найменшої чи найбільшої довжини хвилі. Може лише йтися про певний діапазон хвиль, виявлених і вивчених за допомогою сучасних засобів дослідження.

Для наочного уявлення про різноманітність довжин електромагнітних хвиль складено шкалу електромагнітних хвиль. Один із варіантів такої шкали наведено на мал. 4.77.

Вона охоплює діапазон електромагнітних хвиль від 10і' до 10~13 м. Оскільки цей діапазон дуже великий, то шкалу побудовано так, що кожна її поділка відповідає значенню десяткового логарифма відповідної довжини хвилі чи її частоти. Таку шкалу за способом побудови називають логарифмічною.

Усю шкалу електромагнітних хвиль поділено на умовні діапазони: низькочастотні хвилі, радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, видиме випромінювання (світло), ультрафіолетове випромінювання, рентгенівське випромінювання та гамма-випромінювання (у-промені). Такий поділ зумовлений тим, що прискорення заряджених частинок може відбуватися в різних структурних системах фізичних тіл, що визначає їхню частоту. Якщо радіохвилі породжуються електромагнітними коливаннями в коливальному контурі, який має цілком певні ємність та індуктивність, то у-промені з'являються внаслідок певних змін у ядрах атомів.

Спектр видимого світла з одного боку обмежений фіолетовим світлом, із другого — червоним. За їхніми межами око не бачить жодного освітлення. Проте за допомогою спеціальних приладів, чутливих до електромагнітного випромінювання, встановлено, що в крайніх темних ділянках спектра також є деяке випромінювання. Якщо в темну частинку екрана за червоною ділянкою спектра внести термопару, то прилад, з'єднаний з нею, зафіксує її нагрівання. Це засвідчить, що в цій ділянці спектра є випромінювання, невидиме для ока. Вимірювання показують, що довжина хвилі цього випромінювання більша за довжину хвилі червоного світла наприкінці видимої ділянки спектра. У зв'язку з цим таке випромінювання дістало назву інфрачервоного. Межі діапазону інфрачервоних хвиль від 760 нм до 0,1 мм. Вони впритул підходять до діапазону ультракоротких радіохвиль. Відкрив інфрачервоне випромінювання відомий англійський астроном і оптик В. Гершель у 1800 р.

Інфрачервоне випромінювання має електромагнітну природу

Довжина хвилі інфрачервоного випромінювання більша за довжину хвилі видимого випромінювання

Діапазон інфрачервоних хвиль: 760 нм...0,1 мм

Інфрачервоні хвилі випромінюють усі нагріті тіла незалежно від їхньої температури. Лише з підвищенням температури тіла довжина хвилі, на яку припадає максимальна енергія випромінювання, зменшується. Це випромінювання часто називають тепловим. Значна частка інфрачервоних променів знаходиться у випромінюванні батарей водяного опалення, електрокамінів, полум'я вогнищ тощо. Потрапивши на речовинні об'єкти, інфрачервоне випромінювання, у свою чергу, нагріває їх. Біля гарячої батареї водяного опалення нагріваються меблі, тіло людини, підлога тощо. Поширенням інфрачервоних променів, як і будь-якого іншого випромінювання, можна керувати, використовуючи їх взаємодію з речовиною. Для цього добирають речовини, які мало поглинають інфрачервоні промені. Серед них такі відомі речовини, як кам'яна сіль та ебоніт.

Інфрачервоне випромінювання відкрив В. Гершель у 1800 р.

Інфрачервоне випромінювання поглинається речовиною і нагріває її

Інфрачервоне випромінювання застосовується в приладах «нічного бачення»

У техніці застосовують різні пристрої, дія яких грунтується на використанні енергії інфрачервоних променів. Це різні сушарки, що використовуються при фарбуванні автомобілів, для зневоднення вологого дерева тощо. Інфрачервоне випромінювання слабко поглинається повітрям, але добре відбивається від поверхні твердих тіл. Цю властивість використано в системах так званого «нічного бачення», які широко застосовують у військовій справі та наукових дослідженнях. У таких системах приймач приймає хвилі, які випромінює кожне тіло в інфрачервоному діапазоні, або хвилі, відбиті від предметів, освітлених спеціальними «інфрачервоними» прожекторами. Складні електронні системи перетворюють одержану інформацію на зображення предметів, видимих для людського ока.

УЛЬТРАФІОЛЕТОВЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ

Людина не має спеціальних органів чуття, які б сприймали всі електромагнітні хвилі. Око людини сприймає лише дуже малу ділянку спектра електромагнітних хвиль, яку називають видимим світлом. Вважають, що око людини сприймає електромагнітні хвилі довжиною від 400 до 760 нм. Для виявлення і реєстрації інших електромагнітних хвиль використовують різноманітні перетворювачі. Наприклад, перетворювачами у радіодіапазоні є електронні апарати — радіоприймачі. Оскільки цей діапазон не обмежений ні з боку коротких, ні з боку довгих хвиль, то можна передбачити, що існують електромагнітні хвилі, довжина яких менша за 400 і більша за 760 нм.

Щоб перевірити це передбачення складемо установку для одержання спектра видимого світла, замінивши призму зі звичайного скла на кварцову. Як освітлювач використаємо електричну дугу або галогенову лампу з кварцовим балоном. Спрямуємо пучок світла від такого освітлювача крізь діафрагму на трикутну призму й одержимо на білому екрані картину суцільного спектра білого світла. Якщо ж узяти пластинку, вкриту сульфідом цинку, і розмістити її на екрані поряд з фіолетовою ділянкою спектра, то вона засвітиться зеленим світлом. Невидиме для ока випромінювання, яке є в цій ділянці спектра, назвали ультрафіолетовим (тим, що знаходиться за фіолетовим). Діапазон електромагнітних хвиль, які належать до ультрафіолетових,— 400 ... 6 нм.

Зір людини не сприймає ультрафіолетового випромінювання

Ультрафіолетове випромінювання спричиняє видиме свічення деяких речовин

Ультрафіолетове випромінювання має низку специфічних властивостей.

Багато речовин випромінюють видиме світло, якщо на них потрапляє ультрафіолетове випромінювання. Це явище покладене в основу методів виявлення ультрафіолетового випромінювання, а також неруйнівного аналізу різних речовин. Зокрема, за кольором світіння продуктів харчування, на які спрямоване ультрафіолетове випромінювання, визначають їхню харчову якість, за кольором світіння мінералів геологи встановлюють їхній хімічний склад. Усім відомий метод виявлення фальшивих грошових купюр, який застосовують у банківських установах.

Ультрафіолетове випромінювання має сильну бактерицидну дію. Під впливом ультрафіолетового випромінювання гине більшість хвороботворних бактерій, тому в лікарнях в усіх операційних кімнатах є спеціальні електричні лампи, які випромінюють ультрафіолетові промені і дезінфікують приміщення. Великий ефект отримують, застосовуючи ультрафіолетове випромінювання для стерилізації різних медичних матеріалів та інструментів.

Під дією ультрафіолетового випромінювання в організмі людини виробляються речовини, які сприяють зміцненню здоров'я людини. Тому малі дози ультрафіолетового випромінювання використовують для оздоровлення людей у медичних установах і санаторіях. Зокрема, цей ефект покладено в основу відомої процедури засмагання під дією сонячного світла, в якому велика частка ультрафіолетового випромінювання.

Діапазон ультрафіолетового випромінювання: 400...6 нм

Неруйнуючий аналіз речовини

Бактерицидна дія

Оздоровлення організму людини

Водночас ультрафіолетове випромінювання  (особливо у  короткохвильовій ділянці спектра) може бути шкідливим для здоров'я людини. Воно здатне не тільки негативно впливати на сітківку ока, викликати опіки шкіри, а й призводити до незворотних змін в організмі, провокувати розвиток хвороб.

Різні речовини по-різному взаємодіють з ультрафіолетовим випромінюванням, пропускаючи або поглинаючи його. Так, звичайне віконне скло поглинає майже всі хвилі ультрафіолетового діапазону, а скло, виготовлене з кварцового піску, пропускає їх практично без змін.