Електромагнітне випромінювання різних діапазонів довжин хвиль та застосування різних видів випромінювань. Рентгенівські промені. Праці івана пулюя План

1.ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ВИПРОМІНЮВАНЬ

2.РАДІОХВИЛІ

3.ІНФРАЧЕРВОНЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ

4.УЛЬТРАФІОЛЕТОВЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ

5.РЕНТГЕНІВСЬКЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ

1.Шкала електромагнітних випромінювань

У попередніх параграфах з'ясовано, що 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 10^-13 до 10¹³ 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 (γ-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 γ-промені з'являються внаслідок певних змін у ядрах атомів.

Неоднакова і взаємодія електромагнітних хвиль із речовиною. Якщо видиме світло цілком поглинається тонким шаром темного паперу, то рентгенівське випромінювання може проникати навіть крізь досить товсті шари металу. У зв'язку з цим і в просторі електромагнітні хвилі поширюються по-різному. У радіотехніці (науці про використання електромагнітних хвиль для зв'язку на великих відстанях) діапазон радіохвиль поділяють на довгі, середні, короткі та ультракороткі. І це також пов'язано з особливостями їх поширення  в просторі та взаємодією з речовиною.

2.Радіохвилі

Радіохвилями називають електромагнітні хвилі довжиною від декількох кілометрів до декількох міліметрів. У короткохвильовій частині радіохвилі плавно переходять у діапазон інфрачервоного випромінювання, хоча чіткої межі між цими видами випромінювання не встановлено. У своїй низькочастотній частині радіохвилі межують з низькочастотним випромінюванням, яке утворюється під час роботи різних електротехнічних пристроїв, які живляться змінним струмом низької частоти. Це випромінювання внаслідок малої частоти має низьку енергію, тому не становить жодного інтересу для передачі інформації в атмосфері на великі відстані. Саме тому спіткала невдача багатьох відомих дослідників і винахідників, які шукали способи передачі інформації за допомогою елетромагнітних хвиль низької частоти, з виконанням принципу дії трансформатора. У переважній більшості сучасних засобів зв'язку застосовуються радіохвилі.

Основною ознакою діапазону радіохвиль є їх поширення на значні відстані, що робить їх цінними для передачі інформації. У науці й радіоотехніці радіохвилі поділяються на довгі (30 000—3 000 м), середні (3 000-200 м), короткі (200—10 м) та ультракороткі ( < 10 м). Хвилі цих частин радіодіапазону мають характерні лише їм властивості. Так, довгі і середні хвилі зазнають рефракції і дифракції в атмосфері, внаслідок чого вони здатні огинати поверхню земної кулі (мал. 4.78).

Проте для цього радіопередавачі повинні мати дуже велику потужність, а передавальні антени — величезні розміри. Та й кількість станцій, які можуть працювати у цій частині діапазону без взаємних перешкод не може бути дуже великою. Тому нині для далекого зв'язку їх майже не застосовують. Радіозв'язок на далекі відстані здійснюється за допомогою коротких хвиль. Ці хвилі, хоча й не огинають земну поверхню, проте відбиваються від йонізованого шару атмосфери (йоносфери). Це шар атмосфери, в якому під дією сонячного випромінювання утворюється велика кількість вільних заряджених частинок (йонів та електронів), і він діє як металеве дзеркало, відбиваючи короткі радіохвилі. Зазнаючи багаторазового відбивання від цього шару та від поверхні Землі, короткі хвилі можуть огинати всю земну кулю (мал. 4.79). Проте внаслідок добового та річного коливання висоти йонізованого шару атмосфери зв'язок на коротких хвилях не сталий і залежить від пори року та часу доби.

Ультракороткі хвилі в земних умовах поширюються в межах «прямої видимості» практично не заломлюючись. Висока частота цих хвиль дає змогу здійснювати частотну модуляцію, яка забезпечує високу якість зв'язку. Крім того, в цьому діапазоні можна розмістити велику кількість радіопередавачів, які не заважатимуть один одному в роботі.

Ультракороткі хвилі використовують також для зв'язку з космічними апаратами (мал. 4.80), оскільки вільно проходять крізь йоносферу. У земних умовах для забезпечення далекого радіозв'язку з використанням ультракоротких хвиль будуються спеціальні радіорелейні ретрансляційні станції (мал. 4.81).

Знаходячись на відстані «прямої видимості», релейні станції приймають хвилі від однієї станції і передають їх до іншої, змінивши їхню частоту в межах свого діапазону.