w pliku ppt
advertisement
WIDMO FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH FALE ELEKTROMAGNETYCZNE– wspólne rozchodzenie się od źródła zmiennych pól elektrycznego i magnetycznego. Widmo fal elektromagnetycznych Wszystkie fale można uszeregować wg częstotliwości. Taką klasyfikację fal nazywamy widmem fal elektromagnetycznych . Fale elektromagnetyczne poruszają się z prędkością światła i zależnie od długości fali przejawiają się jako (od fal najdłuższych do najkrótszych): fale radiowe, mikrofale, podczerwień, światło widzialne, ultrafiolet, promieniowanie X, promieniowanie gamma. Rozchodzą się w próżni (nie potrzebują ośrodka) Fale radiowe Fale radiowe (promieniowanie radiowe) - promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwości 300 kHz – 300 MHz, długość fali: 1 km – 1 m Zależnie od długości dzielą się na pasma radiowe: • Długie - bardzo małe częstotliwości, ulegają dyfrakcji na naturalnych przeszkodach, dzięki czemu mogą rozchodzi się na dużych odległościach tuż przy powierzchni Ziemi, przenoszą jedynie proste informacje, lecz w miarę oddalania się od ośrodka nadawczego ulegają coraz większym zakłóceniom. • Średnie – mają zasięg do kilkuset kilometrów; są używane w komunikacji radiotelegraficznej i radiofonicznej • Krótkie – o wysokiej częstotliwości, są przeznaczone dla radioamatorów. • Ultrakrótkie o bardzo wysokiej częstotliwości (30-300 MHz) mogą przenosić najbardziej skomplikowane sygnały, np. muzykę stereo, rozmowy przez telefon komórkowy. System anten przekazujących sygnał coraz dalej. Źródłami naturalnymi są wyładowania atmosferyczne i gwiazdy - Słońce, Wenus i Jowisz. (radioteleskopy) Sztucznymi nadajniki, silniki komutatorowe, komputery. WYKORZYSTANIE: radiofonia, radiokomunikacja, łączność morska i lotnicza, radioastronomia (teleskopy wyszukują sygnały radiowe pochodzenia pozaziemskiego), urządzenia do wykrywania narkotyków, łączność satelit z naziemnymi stacjami, komunikacji między sztabami dowodzenia -wojsko Opis: Drogi rozchodzenia się fal radiowych: 1 i 2 - fala długa przyziemna, 3 - fala średnia 4 - fala krótka odbita od warstwy E jonosfery, 5 - fala krótka odbita jednokrotnie od warstwy F jonosfery, 6 - fala ultrakrótka. Mikrofale Mikrofale to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o długości fali pomiędzy podczerwienią i falami radiowymi, co oznacza zakres 1mm-90cm (częstotliwość 1-300 GHz). Większość zastosowań opiera się na zakresie fal od 1 do 40 GHz. Własności mikrofal: • Odbijają się od obiektów o dużej gęstości, ulegają rozproszeniu i tłumieniu w atmosferze i innych ośrodkach (tłumienie spowodowane jest najczęściej obecnością śniegu lub deszczu) • Efektem charakterystycznym dla mikrofal jest zjawisko echa wykorzystane w radarach • Oddziaływują silnie na organizmy żywe: u ludzi mogą spowodować zwiększenie temperatury organizmu, uczucie zmęczenia, senność lub zdenerowowanie, bóle głowy, zaburzenia pamięci, zmiany metabolizmu. Nadajnik mikrofal Wykorzystanie mikrofal: • kuchenka mikrofalowa używa magnetronu do wytwarzania fal o częstotliwości ok 2,4 GHz ( kuchenki wytwarzają mikrofale o częstotliwości równej częstotliwości drgań własnych cząsteczek wody, które zaczynają szybciej drgać wytwarzając przez to ciepło) • mikrofale pozwalają na transmisję danych do satelitów, bo nie są pochłaniane przez atmosferę • radar meteorologiczny i policyjny radar drogowy • telefony komórkowe standardu GSM pracują w częstotliwościach 870-960 MHz oraz 1710-1880 MHz • system globalnego pozycjonowania (GPS) • łączność telefoniczna i telewizyjna • bezprzewodowe sieci komputerowe (WLAN) transmisja danych w telewizji kablowej albo poprzez internetowe modemy kablowe (DSL) odbywa się w tym samym zakresie, tyle że medium jest kabel, a nie powietrze • transpondery samolotów, czyli urządzenia radiolokacyjne pozwalające określić pułap lotu Podczerwień Promieniowanie elektromagnetyczne mieszczące się w zakresie długości fal pomiędzy światłem widzialnym i mikrofalami. Oznacza to zakres od 700nm do 1 mm. Podczerwień często wiąże się z ciepłem, co wynika z faktu, że obiekty w temperaturze pokojowej samoistnie emitują promieniowanie o takiej długości. Naturalnymi źródłami są wszystkie ciała ogrzane (np. człowiek, Słońce) Sztucznymi – lampy żarowe i kwarcowe wysokociśnieniowe lampy rtęciowe Własności podczerwieni: •Niewidzialne dla oka •Podczerwień pozwala widzieć w ciemności •Może być rejestrowane za pomocą aparatu fotograficznego. Zdjęcia wykonane za pomocą podczerwonych filtrów, na specjalnych błonach fotograficznych pokazują wiele niewidocznych dla oka szczegółów zamglonego krajobrazu. •Można je skupić za pomocą zwierciadeł •Jest mało rozpraszana i absorbowana przez mgłę •Promieniowanie to jest silnie pochłaniane przez niektóre składniki atmosfery (para wodna i dwutlenek węgla). Zastosowania podczerwieni: •dioda krzemowa wykorzystująca promieniowanie podczerwone wykorzystywana jest w termometrach elektronicznych jako czujnik termoelektryczny •sprzęt wojskowy np. systemy naprowadzania rakiet krótkiego i średniego zasięgu. Każde urządzenie będące w ruchu wysyła promieniowanie podczerwone. • noktowizor, który pozwala widzieć w ciemności obiekty cieplejsze od otoczenia • detektory piroelektryczne –czujniki ruchu, które wykorzystuje się do budowy systemów alarmowych i przekaźnikowych (włączenie oświetlenia tylko w momencie wykrycia ruchu) •W technice kryminalistycznej fale podczerwone wykrywają fałszywe dokumenty i dzieła sztuki •źródłem podczerwieni jest fotodioda LED, ale czasami wykorzystuje się też półprzewodnikowe lasery podczerwone. Oto kilka przykładów zastosowania LASERA : •odczyt płyt CD laserem o długościach 650 - 790nm, •pomiar odległości - dalmierz podczerwony w zakresie 0,25 -1,5 m •przekaz danych w powietrzu, zdalne sterowanie z pilota •Wykonywanie zdjęć astronomicznych (doznaje mniejszego osłabienia przy przejściu przez warstwę chmur) •Cele lecznicze •Termolokacja • Suszenie, ogrzewanie, fotografowanie (np. lotnicze) •Kamera termowizyjna Światło widzialne Światłem widzialnym nazywamy tę część promieniowania elektromagnetycznego, która jest odbierana przez siatkówkę oka ludzkiego. Zawiera się ona w przybliżeniu w zakresie długości fal 380-780 nm. Światło widzialne wraz z sąsiednimi zakresami, czyli ultrafioletem (o długościach mniejszych od światła widzialnego), oraz podczerwienią (o długościach większych) zalicza się z fizycznego punktu widzenia do światła. Ultrafiolet Ultrafiolet (UV) to promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali krótszej niż światło widzialne i dłuższej niż promieniowanie X. Oznacza to zakres długości od 10 nm do 380 nm. Słowo "ultrafiolet" oznacza "powyżej fioletu" i utworzone jest z łacińskiego słowa "ultra" (ponad) i słowa "fiolet" oznaczającego barwę o najmniejszej długości fali w świetle widzialnym. Słońce i atmosfera Ziemi Słońce emituje ultrafiolet, jest najsilniejszym naturalnym, źródłem tego promieniowania ,ale ziemska atmosfera pochłania część tego promieniowania w warstwie ozonowej. W efekcie 96% ultrafioletu dociera do powierzchni Ziemi. Najbardziej rozpowszechnionym źródłem sztucznym są lampy wyładowcze. Wpływ na zdrowie Promieniowanie UV-A (stanowi 95% całego promieniowania) jest najmniej szkodliwe, powoduje pigmentację skóry, czyli opaleniznę, powoduje oparzenia słoneczne po zbyt długim opalaniu. Ostanie badania wykazały, że jest głównie odpowiedzialne za fotostarzenie oraz zmiany nowotworowe skóry. Silne dawki UV-B (stanowi 5%) są niebezpieczne dla oka i mogą powodować zaćmę. Promieniowanie UV-B i UV-C, które jest całkowicie pochłaniane przez warstwę ozonowa atmosfery, uszkadza włókna kolagenowe w skórze, co przyspiesza starzenie się. Długie wystawienie na działanie UV-B ma związek z czerniakiem. Promieniowanie prowadzi do uszkodzenia łańcuchów DNA. W komórkach dochodzi do szeregu mutacji. Jeżeli człowiek posiada odpowiednie dziedziczne predyspozycje, może to spowodować powstanie zmiany rakowej. . Własności ultrafioletu: •Nie jest rejestrowalne przez oko ludzkie, ani odczuwalne przez zakończenia nerwowe skóry •Silnie oddziaływuje na błony fotograficzne, a pochłaniane jest przez powietrze •Powoduje opalenia skóry, wytwarzając jednocześnie w organizmie witaminę D. •Szkodliwe dla oczu, na źródła tych promieni należy patrzeć przez szkła ochronne •Ultrafiolet ma własność bakteriobójcze •Powoduje obniżenie odporności immunologicznej organizmu, przez co przyczynia się do powstania zmian nowotworowych w organizmie. Zastosowania ultrafioletu: •Lampa kwarcowa emituje promieniowanie ultrafioletowe, które wykorzystuje się w solarium do sztucznego opalania. • Ultrafiolet powoduje świecenie - fluorescencję wielu substancji chemicznych. Można go wykorzystać do analizy zabezpieczonych przed podrobieniem banknotów albo w oględzinach miejsca zbrodni. Fluorescencyjne znacznik mogą służyć do oznaczania badanych substancji organicznych, dzięki czemu można łatwo obserwować ich przemiany w organizmach żywych. •Sterylizacja pomieszczeń •Niektóre owady, np. pszczoły widzą promieniowanie ultrafioletowe. Wiele kwiatów ma specjalne barwniki, które reagują na ultrafiolet. Promieniowanie X rentgenowskie Promieniowanie X to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, którego długość fali mieści się w zakresie od 5 pm do 10 nm. Promieniowanie X znajduje się pomiędzy ultrafioletem i promieniowaniem gamma. Źródła promieniowania Promieniowanie X jest wytwarzane przez rozpędzone elektrony, które uderzają w elektrody w lampie rentgenowskiej. Promienie łatwo przenikają przez przez powietrze i inne gazy, wypełniając niepożądane szczeliny czy skazy i dają na kliszy zaczernione obrazy defektów. Zastosowania promieni X: • MEDYCYNA: prześwietlenia płuc, zębów, kości (aparat rentgenowski), okresowe naświetlanie promieniami pozwala zniszczyć chorą tkankę – leczenie nowotworów (tomograf komputerowy). Jednak przyjęcie dużej dawki promieniowania X może powodować oparzenia i chorobę popromienną. •TECHNIKA i PRZEMYSŁ; rentgenodefektoskopia- badanie uszkodzeń, defektów, do kontroli materiałów, do sprawdzania izolacji i uszczelnień, do wykrywania skaz złącz spawanych (budowa samolotów) •BAKTERIOBÓJCZE działanie promieni X jest wykorzystywane do badania i konserwacji artykułów spożywczych. Promieniowanie gamma Promieniowanie gamma jest strumieniem cząstek pierwiastków promieniotwórczych. Właściwość fal: -jedne z najbardziej przenikliwych promieni elektromagnetycznych - przenikliwość promieni w ołowiu sięga 5 cm, w powietrzu nawet kilka metrów, ciało człowieka przenika z łatwością. - Źródła promieniowania gamma: - Reakcja rozpadu - jądra atomowe izotopów promieniotwórczych ulegają rozpadowi, co powoduje emisję fotonu gamma. - Reakcja syntezy - dwa jądra atomowe zderzają się tworząc nowe jądro i emitując foton gamma. - Anihilacja - zderzenie cząstki i antycząstki, np elektronu i pozytronu powoduje anihilację obu tych cząstek i emisję dwóch fotonów gamma. Zastosowania: - Promienie gamma mogą służyć do sterylizacji wyposażenia medycznego, jak również produktów spożywczych. -W medycynie używa się ich w radioterapii do leczenia raka. -Cele badawcze np. teleskopy do obserwacji gwiazd i czarnych dziur. Promienie gamma w wojnie atomowej Ogromna skuteczność ataku atomowego nie wynika tylko ze zniszczeń. Wybuch powoduje emisję promieniowania gamma, które jest bardzo przenikliwe. Aby zredukować natężenie promieniowania o połowę potrzeba warstwy ołowiu o grubości 1 cm albo warstwy betonu o grubości 6 cm. Ściany domów ani normalne budynki nie dają ochrony przed napromieniowaniem, co powoduje, że wszystkie osoby przebywające blisko punktu eksplozji umrą na chorobę popromienną. Grzyb atomowy zawiera ogromne ilości radioaktywnych pyłów. Powstaje opad radioaktywny, który wprowadza promieniotwórcze substancje do wody i żywności. Promieniowanie gamma przenika z tych produktów do wnętrza ciał ludzi i powoduje wzrost dawki promieniowania. Dzięki temu miejsce eksplozji jest skażone i przez długi czas nie nadaje się do życia. Niektóre artykuły spożywcze są konserwowane przez poddawanie ich działaniu promieni gamma. Napromieniowanie niszczy grzyby, bakterie, larwy, insekty i wirusy. Przedłuża to znacznie przydatność do spożycia, gdyż opóźnia procesy rozkładu. Dla przykładu pokazano truskawki pochodzące z jednego zbioru, lecz nie poddane (po lewej) oraz poddane (po prawej). Różnica ujawnia się już w ciągu kilku dni. Technika ta jest stosowana również w konserwacji dzieł sztuki, a także w etnologii i archeologii.
