Электромагнитное излучение и его природа. Шкала электромагнитных волн, области применения различных частотных диапазонов.
Источником электромагнитного излучения всегда является вещество. Но разные уровни организации материи в веществе имеют различный механизм возбуждения электромагнитных волн.
Так электромагнитные волны имеют своим источником токи, протекающие в проводниках, электрические переменные напряжения на металлических поверхностях (антеннах) и т. п. Инфракрасное излучение имеет своим источником нагретые предметы и генерируются колебаниями молекул тел. Оптическое излучение происходит в результате перехода электронов атомов с одних орбит возбужденных) на другие (стационарные). Рентгеновские лучи имеют в своей основе возбуждение электронных оболочек атомов внешними воздействиями, например, бомбардировкой электронными лучками. Гамма-излучение имеет источником возбужденные ядра атомов, возбуждение может быть природным, а может явиться результатом наведенной радиоактивности.
Шкала электромагнитных волн:
от1011-103
мкм
Электромагнитные волны иначе называются радиоволнами. Радиоволны делятся на поддиапазоны (см. таблицу).
Длинные и средние волны огибают поверхность, хороши для ближней и дальней радиосвязи, но обладают малой вместимостью;
короткие волны — отражаются от поверхности и обладают большей вместимостью, используются для дальней радиосвязи;
УКВ — распространяются только в зоне прямой видимости, используются для радиосвязи и в телевидении;
ИКИ — применяются для всякого рода тепловых приборов;
видимый свет — используется во всех оптических приборах;
УФИ — применяется в медицине;
Рентгеновское излучение используется в медицине и в приборах контроля качества изделий;
гамма-лучи — колебания поверхности нуклонов, входящих в состав ядра. используются в парамагнитном резонансе для определения состава и структуры вещества.
Явление фотоэффекта и его применение.
Фотоэффект — это испускание электронов веществом под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.
Законы фотоэффекта:
Формулировка 1-го закона фотоэффекта: количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за единицу времени на данной частоте, прямо пропорционально световому потоку, освещающему металл.
Согласно 2-му закону фотоэффекта, максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.
3-ий
закон
фотоэффекта: для каждого вещества
существует красная граница фотоэффекта,
то есть минимальная частота света
(или максимальная длина волны λ0), при
которой ещё возможен фотоэффект, и если
,
то фотоэффект уже не происходит.
Приборы , в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами.
Фотоэлементы
I - устройство вакуумного фотоэлемента
Применение :
Кино: воспроизведение звука
Фототелеграф.
Фотометрия: для измерения силы света, яркости, освещенности.
Управление производственными процессами.
II внутренний фотоэффект используется в фоторезисторах
Фоторезистор – устройство, сопротивление которого зависит от освещенности.
Механизм внутреннего фотоэффекта. При попадании излучения внутрь вещества происходят два явления . Одни кванты излучения, поглощаясь атомами (или ионами), увеличивают кинетическую энергию их теплового движения, поэтому вещество нагревается. Другие кванты излучения, поглощаясь атомами, производят фотоионизацию, в результате чего в веществе образуются дополнительные носители заряда – электроны проводимости и дырки. Их образование ведет к уменьшению электрического сопротивления.
Используется при автоматическом управлении электрическими цепями с помощью световых сигналов и в цепях переменного тока.
III. Вентильный фотоэффект
Полупроводниковый фотогальванический элемент – прибор , в котором образуется электродвижущая сила в электрическом переходе между разнородными полупроводниками при действии на него электромагнитного излучения.
При поглощении кванта излучения электронным полупроводником освобождается дополнительная пара носителей заряда – электрон проводимости и дырка, которые движутся в разных направлениях: генерируемая дырка движется в сторону дырочного полупроводника, а генерируемый электрон проводимости – в сторону электронного полупроводника. В результате образуется избыток электронов проводимости в одном полупроводнике и избыток дырок в другом. Так на электродах фотоэлемента создается фотоэлектродвижущая сила.
Используется в солнечных батареях, которые имеют КПД 12-16% и применяются в искусственных спутниках Земли, при получении энергии в пустыне.