Радіохвилі

При коливаннях заряджених части­нок, що здійснюються з частотами від 105 до 1012 Гц, виникають електро­магнітні випромінювання, довжини хвиль яких лежать в інтервалі від кіль­кох кілометрів до кількох міліметрів. Ця ділянка шкали електромагнітних випромінювань відноситься до діапазону радіохвиль.

Отримати радіохвилі можна за допо­могою генераторів на електронних лам­пах або транзисторах, використовуючи для настройки їх на певну частоту коли­вальні контури.

Радіохвилі в залежності від їх довжи­ни мають різні особливості поширення, тому їх умовно поділяють на кілька піддіапазонів:

• довгі;

• середні;

• короткі;

• ультракороткі.

Довгі і середні радіохвилі (довжини хвиль значно перевищують 100 м) здатні огинати опуклу земну поверхню. Тому радіозв'язок на великих відста­нях, коли хвилям доводиться огинати Землю, можливий саме з використан­ням таких хвиль. Але, з іншого боку, довгі та середні радіохвилі внаслідок порівняно низької частоти коливань ду­же швидко затухають і їх здебільшого використовують для місцевого радіозв'язку.

Короткі хвилі (діапазон довжин хвиль - від 10 до 100 м) поширюються на великі відстані прямолінійно, прак­тично не огинаючи земної поверхні. Але вони мають властивість багаторазово відбиватись від іоносфери та поверхні Землі. Іоносфера - це іонізовані космічним промінням шари повітря.

Іоносфера, яка проводить електричний струм, відбиває радіохвилі, що мають довжину більше 10 м, як звичайна мета­лева пластина. Затухання коротких хвиль в атмосфері незначне. Внаслідок цього можна встановити стійкий радіозв'язок на будь-яких відстанях між радіостанціями в межах Землі. Саме такі хвилі найчастіше використо­вуються для міжконтинентального радіозв'язку.

Ультракороткі радіохвилі (довжина хвилі менша 10 м) мають значну про­никну здатність, легко проникають крізь іоносферу і майже не огинають по­верхні Землі. Оскільки це високочас­тотні випромінювання, інтенсивність хвиль велика. Тому їх використовують для радіозв'язку між наземними пунк­тами в межах прямої видимості (радіорелейні лінії) з малою потужністю радіопередавачів, а також для космічно­го зв'язку.

Властивості ультракоротких хвиль ви­користовуються також для організації польотів літаків та у військовій техніці. Зокрема використовується явище відби­вання радіохвиль різними перешкода­ми. Високочутливі приймачі уловлюють і підсилюють відбитий сигнал, за яким визначають, де знаходиться той пред­мет, від якого відбилася хвиля.

Такий процес називають радіоло­кацією. Радіолокатор (радар) скла­дається з передавальної та приймальної частин. Час поширення сигналу до пе­решкоди і назад до радара дає змогу визначити відстань до неї. Радіоло­каційні установки виявляють кораблі, літаки, ракети на відстанях від кількох до тисячі і більше кілометрів.

Нині радіолокацію застосовують де­далі різноманітніше. За допомогою ло­каторів спостерігають метеори у верхніх шарах атмосфери. Локатори використо­вує служба погоди для спостереження за хмарами. Нарешті, їх використовують у космічних дослідженнях. У 1946 році в США й Угорщині вперше було проведе­но радіолокацію поверхні Місяця, а в 1961 році — поверхні Венери, що дало змогу визначити параметри руху цих небесних тіл, характер їхньої поверхні.

У радіолокації використовують елект­ромагнітні коливання надвисокої часто­ти (108-1011 Гц), тобто з довжинами хвиль меншими за 10 сантиметрів.

Ультракороткі радіохвилі використо­вують і для мобільного зв'язку.

Щойно йшлося про активну радіо­локацію, під час якої сам радар випромінює радіохвилі і приймає їх відбитими від перешкоди. Але треба до­

дати, що в такому випадку він може бу­ти виявлений і знищений противником. Зараз розроблені, зокрема в Україні, па­сивні локатори, які самі не випроміню­ють, а лише реєструють випромінюван­ня літаючого об'єкта або відбиті від ньо­го. До таких радарів відноситься і комп­лекс «Кольчуга», який виготовляється в Україні і за даними служб розвідки США був таємно проданий Іраку. Комп­лекс складається з трьох приймальних антен, розташованих на відстані кіль­кох кілометрів так, що вони утворюють трикутник. Приймаючи одночасно сигнали від літаючого об'єкта, антени передають їх на центральний комп'ютер. Комп'ютер, аналізуючи час приходу однакових сигналів на різні антени і автоматично розв'язуючи про­сторові трикутники, визначає координа­ти літаючого об'єкта. Жодних ви­промінювань комплекс «Кольчуга» не здійснює, тому виявити його на поверхні Землі практично неможливо.

Інфрачервоні промені

Електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі, меншою 1-2 мілімет­ри, але більшою 8-10 м, тобто розта­шоване між діапазоном радіохвиль та діапазоном видимого світла, називаєть­ся інфрачервоним випромінюванням.

Область спектра за червоним його краєм вперше експериментально була досліджена в 1800 році англійським аст­рономом Вільямом Гершелем. Він помістив термометр з зачорненою куль­кою за червоний край спектра і помітив підвищення температури. Кулька термо­метра нагрівалася випромінюванням, невидимим для ока. Ці випромінювання назвали інфрачервоними променями. В наш час схожий дослід можна провес­ти з чорною пластинкою терморезистора.

Інфрачервоне проміння випускають будь-які нагріті тіла. Джерелами інфра­червоного проміння є печі, батареї водя­ного опалення, електрокаміни, лампоч­ки електричного розжарення, вихлопні гази автомашин, літаків та ін. В при­роді - це Сонце, живі організми тепло­кровних, жерла вулканів, гейзери, лісові та степові пожежі.

З допомогою спеціальних приладів інфрачервоне світло можна перетворити в видиме та отримати зображення нагрітих предметів в повній темноті. Це використовується зокрема в систе­мах самонаведення, приладах нічного бачення в спеціальній військовій та іншій техніці. Останнім часом значного поширення набули пристрої введення, виведення та передачі інформації в

комп'ютерній техніці, мобільному зв'яз­ку та ін. Стало звичним використовува­ти інфрачервоні джерела для комутації та керування спеціальною та побутовою технікою тощо. За допомогою інфрачер­воних променів можна з космічного апа­рата виявити місця лісових пожеж, ви­верження вулканів навіть скупчення лю­дей, техніки, диких тварин в джунглях.

Жива природа також використовує цей тип випромінювання. За допомо­гою інфрачервоних променів визнача­ють місцезнаходження здобичі - кроликів, попугаїв - африканські уда­ви. У них в передній частині голови є датчик інфрачервоного проміння (третє око), за допомогою якого вони в нічний час точно визначають місцез­находження жертви.

Інфрачервоні промені також викорис­товують в медицині для прогрівання місць з запаленнями, травмами, перело­мами.

В побуті та техніці інфрачервоні про­мені застосовуються для сушіння білиз­ни, овочів, фруктів, лакофарбових по­верхонь, деревини, стін будинків та ін.

Видиме світло

До видимого світла відноситься вип­ромінювання, яке ми бачимо за допомо­гою органів зору. Це електромагнітні хвилі з довжиною хвилі від 8-10 до 4*10.

Від червоного до фіолетового кольорів почергово змінюють один одно­го 7 основних кольорів - червоний, оранжевий, жовтий, зелений, голубий, синій, фіолетовий. Кожному з них відповідають хвилі певних довжин.

Випромінювання видимого світла відбувається при переході атомів або мо­лекул з вищих енергетичних рівнів на нижчі.

Значення цієї ділянки спектра елект­ромагнітних випромінювань у житті лю­дини важко переоцінити, оскільки май­же всі відомості про навколишній світ людина отримує за допомогою органів зору.

Світло є обов'язковою умовою для розвитку зелених рослин, утворення вітаміну й в організмах людини і тва­рин і, як наслідок, необхідною умовою для існування життя на Землі.

За допомогою аналізу спектрів вип­ромінювання небесних світил вчені-аст- рономи визначають хімічний склад цих космічних об'єктів, температуру,, а за допомогою спеціальних методів (фото­метричні методи) і швидкість їх руху.

Саме при дослідженні видимого світла найкраще спостерігати хвильові явища - відбивання, заломлення, повне відбивання дисперсію, інтерференцію, диф­ракцію, поперечність електромагнітних хвиль оптичного діапазону.

Завдяки оптично-волоконній техніці, в якій використовується видиме світло для передачі інформації стало можли­вим передавати світлові сигнали на ве­ликі відстані практично без перешкод та витрат енергії.

Ультрафіолетове проміння

Датчик температури, поміщений за фіолетовим краєм спектра, також по­казує підвищення температури, хоча і незначне. Тому було зроблено висновок, що за фіолетовим світлом є також неви­диме проміння. Його назвали ульт­рафіолетовим. Ультрафіолетові промені

мають довжину хвиль в межах 4-10 - 5-Ю" м.

Ультрафіолетові промені відзначають­ся сильною хімічною та фізіологічною дією. Досить сильно діють на фотопапір, спричинюють знебарвлення тканин, во­лосся, руйнують молекули органічних речовин. Вони мають дуже сильну бак­терицидну дію, тому використовуються в лікарнях для дезинфекції в опе­раційних та інфекційних відділеннях, а також у місцях великого скупчення людей (театри, школи тощо).

Ультрафіолетові промені останнім ча­сом знайшли досить широке застосуван­ня в стоматології. При протезуванні та лікуванні зубів використовують так звані фотокомпозити (фотопломби та фотопротези) - спеціальні пластичні речовини, які при опроміненні ульт­рафіолетовим промінням тверднуть - і стають міцнішими ніж кісткова тканина зубів.

Схожі методи використовують і в травматології. Для лікування важких відкритих переломів знову ж таки вико­ристовують пластичні матеріали, ана­логічно, як і в стоматології. Осколки кісток «склеюють» між собою, а потім опромінюють ультрафіолетом. При цьо­му не потрібно використовувати метале­вих штирів та інших застосувань.

Довгохвильова частина ультрафіоле­тових променів у невеликих дозах цілю­ще впливає на організм людини. Погли­наючись тканинами, вона не лише сприяє утворенню захисного пігменту - меланіну, а й посилює процеси життєдіяльності організму, сприятливо впливає на ріст, розвиток, нервову сис­тему.

У великих дозах вони можуть призвести до значних опіків шкіри, ви­никнення злоякісних новоутворень на шкірі, руйнування сітківки ока. Тому

не варто зловживати загорянням в літній час, особливо в забрудненій радіонуклідами місцевості.

Ультрафіолетові промені використову­ються для прочитання старих текстів, прихованих написів, для визначення можливих підробок грошових знаків, цінних паперів.

Звичайне силікатне скло майже повністю затримує ультрафіолетові про­мені, тому колби .для джерел ульт­рафіолетового промінні виготовляють з кварцового скла, а лампи називають кварцовими.

Значна кількість ультрафіолетового проміння утворюється при плавленні металів, електрозварювальних роботах. Це викликає необхідність захисту очей, шкіряного покриву робітників від опіків.

Досить інтенсивно випромінює таке світло і Сонце, але більша частина його затримується озоновим шаром. У місцях утворення «озонових дір» можливе ви­горяння рослинності, загибель тварин і

людей.

Рентгенівське випромінювання

Назву рентгенівських промені отрима­ли від прізвища німецького фізика Вільгельма Рентгена, який відкрив їх у 1895 році.

Одержують рентгенівські промені в спеціальних вакуумних трубках, де між катодом і анодом прикладена напруга порядку десятків і сотень тисяч вольт. Електрони, випромінювані катодом, спочатку розганяються до величезних швидкостей, а потім різко гальмують в аноді. При цьому виникає проміння, яке і є рентгенівським.

Проміння діє на фотопластинку, іонізує повітря, різні гази, не відби­вається і не заломлюється речовинами, має велику проникну здатність.

Довжина хвиль дуже мала - від 10 до 10 м.

На вузлах кристалічної решітки дея­ких кристалів можна спостерігати диф­ракцію цих хвиль.

Про рентгенівські промені чули всі. При обстеженнях, при діагностиці пере­ломів кісток, хвороб внутрішніх органів в медицині вони незамінимі. Ці чудові промені проникають крізь непрозорі для звичайного .світла тіла. Ступінь погли­нання рентгенівського проміння про­порційний густині речовини. Тому за його допомогою можна діставати знімки внутрішніх органів людини. На цих знімках добре видно кістки скелета і місця переродження м'яких тканин.

Рентгенівські промені використову­

ються також у лікуванні злоякісних пухлин, оскільки хворі клітини і ткани­ни організму мають підвищену чут­ливість до їх дії. Тому відповідною до, зою рентгенівського проміння можна стримувати ріст і навіть руйнувати хворі тканини організму (наприклад, злоякісні пухлини), не пошкоджуючи сусідніх здорових тканин.

В техніці такі промені використову­ються для виявлення раковин у дета­лях, тріщин у рейках, перевірки якості зварних швів - це так звана рентгеноде­фектоскопія.

Вільгельм Рентген

Незвичайним було перше повідомлен­ня в газеті про промені, відкриті профе­сором Рентгеном, надруковане віденсь­кою газетою «Нова вільна преса» З січня 1896 року. У «сенсаційному відкритті» було розміщено не лише опис історичних дослідів Рентгена, але й знімок кисті руки, схожої на... кисть скелета. На середній фаланзі безіменно­го пальця можна було побачити силует вінчальної каблучки. Це був перший в світі рентгенівський знімок, з зображен­ням кисті руки дружини вченого з вінчальною каблучкою. Своїм відкрит­тям професор Рентген зробив для меди­цини, ймовірно, більше, ніж будь-який інший фізик в науці.

Вільгельм Рентген — німецький фізик, певний час працював у лабораторії Івана ІІулюя. 8 листопада 1895 року відкрив, вірніше зрозумів, що відкрив коротко­хвильове електромагнітне випроміню­вання - рентгенівські промені. Це відкриття мало величезний вплив на подальший розвиток фізики, зокрема привело до виявлення радіоактивності. Перша Нобелівська премія з фізики була присуджена Рентгену. Він сприяв швидкому практичному застосуванню свого відкриття в медицині. Конструкція, створеної ним першої рентгенівської трубки, лежить в основі сучасних приладів.

Зараз важко відтворити дії Рентгена в той час. Проводячи ' досліди, він помітив, що під дією таємничих про­менів світиться флуоресцентний екран, покритий платино-синеродистим барієм, виявив, що вони вільно проходять через книгу, скло, дерев'яний ящик, колоду карт.

Напевно, самим хвилюючим був мо­мент, коли Рентген підніс до розрядної трубки руку і побачив на екрані зобра­ження кисті своєї руки. Кисть повторю­вала на екрані всі рухи живої кисті. Мабуть, в цей момент народилась ідея найбільш відомого практичного застосу­вання рентгенівських променів - просвічування людського тіла з медич­ною метою.

28 грудня 1895 року Рентген вирішив познайомити своїх колег з виконаною роботою, яку назвав «Про новий вид променів. Попереднє повідомлення». Після цього досліди були повторені в ба­гатьох країнах. В Америці, в місті Дорт­мунд 20 січня 1896 року лікарі вперше побачили через шкіру перелом руки хворого, ім'я та прізвище якого історія для нас зберегла: Едді Мак-Карті.

Скромний, стриманий, небага­тослівний професор Рентген став доволі швидко знаменитістю. Не дивлячись на признані заслуги, він не взяв патенту, а подарував своє відкриття всьому людству. Це дало можливість конструк­торам різних країн світу винаходити різноманітні рентгенівські апарати.

Лікарі хотіли за допомогою рент­генівських променів дізнатися як­найбільше про своїх пацієнтів. Незаба­ром вони змогли бачити не лише перело­ми кісток, а й особливості будови шлун­ку, розташування язв, пухлин, запаль­них процесів.

Доповнення. З Рентгеном через його відкриття траплялись інколи курйози. Якось одна жінка, мабуть, дуже далека від фізики, попросила в листі вислати кілька рентгенівських променів, щоб просвітити свою грудну клітку. На що вчений достойно відповів: «У мене як­раз немає 'вільних променів, але, якщо Ваша ласка, вишлете свою грудну клітку, то при першій же можливості я її просвічу».