§ Шкала электромагнитных волн

Основные характеристики волнового процесса:

1. Длина волны – расстояние, пройденное волной за один период; наименьшее расстояние между точками в одной фазе:

2. Частота – это количество колебаний в секунду:

3. Круговая частота:

С квантовой точки зрения связь между энергией фотонов и частотой:

,

где h=6,62* Джс,

.

Границы видимой области:

Электромагнитные волны в зависимости от диапазона частот существенно отличаются способами возбуждения и регистрации, а также проявляют различные свойства при взаимодействии с веществом. Однако сами границы спектральных областей довольно условны. Излучение на границах диапазона, как правило, может быть получено и зарегистрировано способами, характерными для обеих спектральных областей. Виды электромагнитного излучения в зависимости от частоты приведены в таблице.

№

Наименование диапазона

Граница

Диапазон энергии

Основные способы возбуждения

Источники

Приемники

1

Радиоволны

>1мм

<1,2* эВ

Э-м колебания (переменный ток)

2

Оптический диапазон

инфра-красное (ИК)

1мм-760нм

1,2* -1,6 эВ

Атомные и молекулярные переходы внешних /валентных/ оптических электронов

1)Нагретые тела 2)Разряды в газах

Болометры, фотоэлементы

ультра-фиолетовое (УФ)

380-12нм

3,2-100 эВ

видимое (ВО)

760-380нм

1,6-3,2 эВ

3

Рентгеновские

12-0,0012 нм

100эВ-1Мэв

Переходы внутренних электронов атомов

Рентгенов-ская трубка

Фотопластин-ки, ФЗС матрицы, фотоэлементы

4

Гамма излучение

<0,0012нм

>1эВ

Ядерные реакции распада и синтеза

1.Радиоак-тивные образцы 2.Ускори-тели элементар-ных частиц

Фотоэмульсии, ионизацион-ные камеры, газоразрядные счетчики

При температуре > 0К, все тела излучают электромагнитные волны. Интенсивность излучения зависит от температуры, природы тела и внешних факторов. Основным источником электромагнитного излучения для нас является Солнце. По своим характеристикам оно близко к абсолютно черному телу и излучает во всех диапазонах.

§ Особенности видимого диапазона

Распределение спектральной плотности излучения:

Вследствие поглощения атмосферой спектр излучения Солнца обрывается у поверхности Земли на . Если энергию, приходящуюся на интервал 0,3-2,3 мкм принять за 100%, то распределение этой энергии будет выглядеть следующим образом:

УФ	0,3-0,4	1%
ВО	0,4-0,75	40%
ИК	0,75-2,3	59%

Из энергетических соображений, ИК область также возможна для зрения, однако есть два НО, которые мешают нам видеть:

1 ) При увеличении λ, ухудшается разрешающая способность (оптический прибор не видит ничего <λ). При увеличении λ, должны увеличиваться размеры приёмника.

2) Решающее значение для эффективного зрения имеет соотношение между потоком фотонов, несущих информацию о предмете (т.е. отраженных предметов), и потоком тепловых фотонов, которые создают фоновый шум.

– средняя концентрация фотонов, приходящихся на 1 моду колебаний, с частотой в равновесном излучении.

Солнце/Земля:

Исходя из картинки, запишем телесный угол: ; = =2,16* , что означает ослабление потоков фотонов от Солнца к Земле.

Для и температуре Солнца Т=6000К ;

- концентрация фотонов, долетающих от С. до З.

- концентрация фотонов от Земли.

При температуре Земли Т=300К: .

В действительности, если учесть поглощение солнечного излучения атмосферой и другие факторы, то величина уменьшится на несколько порядков. Полезный сигнал будет составлять: , однако он на тридцать порядков больше, чем шумовой сигнал.

Для ; Различие в пять порядков. Учитывая поглощение и прочие вышеуказанные факторы, полезный сигнал будет составлять: , откуда следует, что зрение данных видов волн невозможно.