Обобщающий урок "шкала электромагнитных излучений". Презентация на тему: Электромагнитные колебания Обобщённый план изучения излучения
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Шкала электромагнитных волн. Виды, свойства и применение.
Из истории открытий… 1831 – Майкл Фарадей установил, что любое изменение магнитного поля вызывает появление в окружающем пространстве индукционного (вихревого) электрического поля.
1864 – Джеймс - Клерк Максвелл высказал гипотезу о существовании электромагнитных волн, способных распространятся в вакууме и диэлектриках. Однажды начавшийся в некоторой точке процесс изменения электромагнитного поля будет непрерывно захватывать новые области пространства. Это и есть электромагнитная волна.
1887 - Генрих Герц опубликовал работу "О весьма быстрых электрических колебаниях", где описал свою экспериментальную установку - вибратор и резонатор, - и свои опыты. При электрических колебаниях в вибраторе в пространстве вокруг него возникает вихревое переменное электромагнитное поле, которое регистрируется резонатором.
Электромагнитные волны - электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью.
Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко - при больших. И наоборот, квантовые свойства ярче проявляются при больших частотах и менее ярко - при малых. Чем меньше длина волны, тем ярче проявляются квантовые свойства, а чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства.
Низкочастотные колебания Длина волны(м) 10 13 - 10 5 Частота(Гц) 3· 10 -3 - 3 ·10 3 Энергия(ЭВ) 1 – 1,24 ·10 -10 Источник Реостатный альтернатор, динамомашина, Вибратор Герца, Генераторы в электрических сетях (50 Гц) Машинные генераторы повышенной (промышленной) частоты (200 Гц) Телефонные сети (5000Гц) Звуковые генераторы (микрофоны, громкоговорители) Приемник Электрические приборы и двигатели История открытия Лодж (1893 г.), Тесла (1983) Применение Кино, радиовещание(микрофоны, громкоговорители)
Радиоволны Получаются с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов. Свойства: радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами. проявляют свойства дифракции и интерференции. Длины волн охватывают область от 1 мкм до 50 км
Применение: Радиосвязь, телевидение, радиолокация.
Инфракрасное излучение (тепловое) Излучается атомами или молекулами вещества. Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре. Свойства: проходит через некоторые непрозрачные тела, а также сквозь дождь, дымку, снег, туман; производит химическое действие (фототгластинки); поглощаясь веществом, нагревает его; невидимо; способно к явлениям интерференции и дифракции; регистрируется тепловыми методами.
Применение: Прибор ночного видения, криминалистика, физиотерапия, в промышленности для сушки изделий, древесины, фруктов
Видимое излучение Свойства: отражение, преломление, воздействует на глаз, способно к явлению дисперсии, интерференции, дифракции. Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом (от красного до фиолетового). Диапазон длин волн занимает небольшой интервал приблизительно от 390 до750 нм.
Ультрафиолетовое излучение Источники: газоразрядные лампы с кварцевыми трубками. Излучается всеми твердыми телами, у которых t 0> 1 ООО°С, а также светящимися парами ртути. Свойства: Высокая химическая активность, невидимо, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благоприятно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное воздействие, изменяет развитие клеток, обмен веществ.
Применение: в медицине, в промышленности.
Рентгеновские лучи Излучаются при больших ускорениях электронов. Свойства: интерференция, дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке, большая проникающая способность. Облучение в больших дозах вызывает лучевую болезнь. Получают при помощи рентгеновской трубки: электроны в вакуумной трубке (р =3 атм) ускоряются электрическим полем при высоком напряжении, достигая анода, при соударении резко тормозятся. При торможении электроны движутся с ускорением и излучают электромагнитные волны с малой длиной (от 100 до 0,01 нм)
Применение: В медицине с целью диагностики заболеваний внутренних органов; в промышленности для контроля внутренней структуры различных изделий.
γ -излучение Источники: атомное ядро (ядерные реакции). Свойства: Имеет огромную проникающую способность, оказывает сильное биологическое воздействие. Длина волны менее 0,01 нм. Самое высокоэнергетическое излучение
Применение: В медицине, производстве (γ -дефектоскопия).
Воздействие ЭМВ на организм человека
Спасибо за внимание!
краткое содержание других презентаций
«Трансформатор напряжения» - Изобретатель трансформатора. Генератор переменного тока. Коэффициент трансформации. Напряжение. Трансформатор. Физический прибор. Условная схема высоковольтной линии передачи. Уравнение мгновенного значения силы тока. Передача электроэнергии. Принцип действия трансформатора. Устройство трансформатора. Период. Проверь себя.
«Сила Ампера» - Ориентирующее действие МП на контур с током используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы – амперметрах и вольтметрах. Ампер Андре Мари. Действие магнитного поля на проводники с током. Сила Ампера. Под действием силы Ампера катушка колеблется вдоль оси громкоговорителя в такт с колебаниями тока. Определить положение полюсов магнита, создающего магнитное поле. Применение силы Ампера.
««Механические волны» физика 11 класс» - Физические характеристики волны. Звук. Виды волн. Эхо. Значение звука. Распространение волн в упругих средах. Волна - это колебания, распространяющиеся в пространстве. Звуковые волны в различных средах. Немного из истории. Механизм распространения звука. Что такое звук. Механические волны. Характеристики звуковых волн. Тип звуковых волн. Во время полёта летучие мыши поют песни. Это интересно. Приемники звуковых волн.
«Ультразвук в медицине» - Лечение ультразвуком. Рождение ультразвука. План. Вредно ли ультразвуковое исследование. Ультразвуковые процедуры. Ультразвуковое исследование. Ультразвук в медицине. Детская энциклопедия. Вредно ли ультразвуковое лечение. Ультразвук в помощь фармакологам.
«Световая интерференция» - Качественные задачи. Кольца Ньютона. Формулы. Интерференция света. Условия когерентности световых волн. Интерференция световых волн. Сложение волн. Интерференция механических волн. Сложение в пространстве двух (или нескольких) когерентных волн. Цели урока. Опыт Юнга. Как изменится радиус колец. Кольца Ньютона в отраженном свете.
««Световые волны» физика» - Расчёт увеличения линзы. Принцип Гюйгенса. Световые волны. Закон отражения света. Полное отражение. Основные свойства линзы. Закон преломления света. Интерференция света. Вопросы повторения. Дифракция света. Дисперсия света.
Низкочастотные колебания
Длина волны (м)
10 13 - 10 5
Частота (Гц)
3 · 10 -3 - 3 · 10 5
Источник
Реостатный альтернатор, динамомашина,
Вибратор Герца,
Генераторы в электрических сетях (50 Гц)
Машинные генераторы повышенной (промышленной) частоты (200 Гц)
Телефонные сети (5000Гц)
Звуковые генераторы (микрофоны, громкоговорители)
Приемник
Электрические приборы и двигатели
История открытия
Оливер Лодж (1893 г.), Никола Тесла (1983)
Применение
Кино, радиовещание (микрофоны, громкоговорители)
Радиоволны
Длина волны(м)
10 5 - 10 -3
Частота(Гц)
3 · 10 5 - 3 · 10 11
Источник
Колебательный контур
Макроскопические вибраторы
Звёзды, галактики, метагалактики
Приемник
Искры в зазоре приемного вибратора (вибратор Герца)
Свечение газоразрядной трубки, когерера
История открытия
Б. Феддерсен (1862 г.), Г. Герц (1887 г.), А.С. Попов, А.Н. Лебедев
Применение
Сверхдлинные - Радионавигация, радиотелеграфная связь, передача метеосводок
Длинные – Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, радионавигация
Средние - Радиотелеграфия и радиотелефонная связь радиовещание, радионавигация
Короткие - радиолюбительская связь
УКВ - космическая радио связь
ДМВ - телевидение, радиолокация, радиорелейная связь, сотовая телефонная связь
СМВ- радиолокация, радиорелейная связь, астронавигация, спутниковое телевидение
ММВ - радиолокация
Инфракрасное излучение
Длина волны(м)
2 · 10 -3 - 7,6∙10 -7
Частота (Гц)
3∙10 11 - 3,85∙10 14
Источник
Любое нагретое тело: свеча, печь, батарея водяного отопления, электрическая лампа накаливания
Человек излучает электромагнитные волны длиной 9 · 10 -6 м
Приемник
Термоэлементы, болометры, фотоэлементы, фоторезисторы, фотопленки
История открытия
У. Гершель (1800 г.), Г. Рубенс и Э. Никольс (1896 г.),
Применение
В криминалистике, фотографирование земных объектов в тумане и темноте, бинокль и прицелы для стрельбы в темноте, прогревание тканей живого организма (в медицине), сушка древесины и окрашенных кузовов автомобилей, сигнализация при охране помещений, инфракрасный телескоп,
Видимое излучение
Длина волны(м)
6,7∙10 -7 - 3,8 ∙10 -7
Частота(Гц)
4∙10 14 - 8 ∙10 14
Источник
Солнце, лампа накаливания, огонь
Приемник
Глаз, фотопластинка, фотоэлементы, термоэлементы
История открытия
М. Меллони
Применение
Зрение
Биологическая жизнь
Ультрафиолетовое излучение
Длина волны(м)
3,8 ∙10 -7 - 3∙10 -9
Частота(Гц)
8 ∙ 10 14 - 3 · 10 16
Источник
Входят в состав солнечного света
Газоразрядные лампы с трубкой из кварца
Излучаются всеми твердыми телами, у которых температура больше 1000 ° С, светящиеся (кроме ртути)
Приемник
Фотоэлементы,
Фотоумножители,
Люминесцентные вещества
История открытия
Иоганн Риттер, Лаймен
Применение
Промышленная электроника и автоматика,
Люминисценнтные лампы,
Текстильное производство
Стерилизация воздуха
Медицина, косметология
Рентгеновское излучение
Длина волны(м)
10 -12 - 10 -8
Частота(Гц)
3∙10 16 - 3 · 10 20
Источник
Электронная рентгеновская трубка (напряжение на аноде – до 100 кВ, катод – накаливаемая нить, излучение – кванты большой энергии)
Солнечная корона
Приемник
Фотопленка,
Свечение некоторых кристаллов
История открытия
В. Рентген, Р. Милликен
Применение
Диагностика и лечение заболеваний (в медицине), Дефектоскопия (контроль внутренних структур, сварных швов)
Гамма - излучение
Длина волны(м)
3,8 · 10 -7 - 3∙10 -9
Частота(Гц)
8∙10 14 - 10 17
Энергия(ЭВ)
9,03 10 3 – 1, 24 10 16 Эв
Источник
Радиоактивные атомные ядра, ядерные реакции, процессы превращения вещества в излучение
Приемник
счетчики
История открытия
Поль Виллар (1900 г.)
Применение
Дефектоскопия
Контроль технологических процессов
Исследование ядерных процессов
Терапия и диагностика в медицине
ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
физическая природа
всех излучений одинакова
все излучения распространяются
в вакууме с одинаковой скоростью,
равной скорости света
все излучения обнаруживают
общие волновые свойства
поляризация
отражение
преломление
дифракция
интерференция
ВЫВОД:
Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. Квантовые и волновые свойства в этом случае не исключают, а дополняют друг друга. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко - при больших. И наоборот, квантовые свойства ярче проявляются при больших частотах и менее ярко - при малых. Чем меньше длина волны, тем ярче проявляются квантовые свойства, а чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства.
Открытие электромагнитных волн - замечательный пример взаимодействия эксперимента и теории. На нем видно, как физика объединила, казалось бы, абсолютно разнородные свойства - электричество и магнетизм, - обнаружив в них различные стороны одного и того же физического явления - электромагнитного взаимодействия. На сегодня это одно из четырех известных фундаментальных физических взаимодействий, к числу которых также относятся сильное и слабое ядерные взаимодействия и гравитация. Уже построена теория электрослабого взаимодействия, которая с единых позиций описывает электромагнитные и слабые ядерные силы. Имеется и следующая объединяющая теория - квантовая хромодинамика - которая охватывает электрослабое и сильное взаимодействия, но ее точность несколько ниже. Описать все фундаментальные взаимодействия с единых позиций пока не удается, хотя в этом направлении ведутся интенсивные исследования в рамках таких направлений физики, как теория струн и квантовая гравитация.
Электромагнитные волны были предсказаны теоретически великим английским физиком Джеймсом Кларком Максвеллом (вероятно, впервые в 1862 году в работе «О физических силовых линиях», хотя подробное описание теории вышло в 1867 году). Он прилежно и с огромным уважением пытался перевести на строгий математический язык немного наивные картинки Майкла Фарадея, описывающие электрические и магнитные явления, а также результаты других ученых. Упорядочив одинаковым образом все электрические и магнитные явления, Максвелл обнаружил ряд противоречий и отсутствие симметрии. Согласно закону Фарадея переменные магнитные поля порождают электрические поля. Но не было известно, порождают ли переменные электрические поля - магнитные. Избавиться от противоречия и восстановить симметрию электрического и магнитного полей Максвеллу удалось, введя в уравнения дополнительный член, который описывал возникновение магнитного поля при изменении электрического. К тому времени благодаря опытам Эрстеда уже было известно, что постоянный ток создает вокруг проводника постоянное магнитное поле. Новый член описывал другой источник магнитного поля, но его можно было представить как некий воображаемый электрический ток, который Максвелл назвал током смещения , чтобы отличить от обычного тока в проводниках и электролитах - тока проводимости. В итоге получилось, что переменные магнитные поля порождают электрические поля, а переменные электрические - магнитные. И тогда Максвелл понял, что в такой связке колеблющиеся электрическое и магнитное поля могут отрываться от порождающих их проводников и двигаться через вакуум с определенной, но очень большой скоростью. Он вычислил эту скорость, и она оказалась около трехсот тысяч километров в секунду.
Потрясенный полученным результатом, Максвелл пишет Уильяму Томсону (лорду Кельвину, который, в частности, ввел абсолютную шкалу температур): «Скорость поперечных волновых колебаний в нашей гипотетической среде, вычисленная из электромагнитных опытов Кольрауша и Вебера, столь точно совпадает со скоростью света, вычисленной из оптических опытов Физо, что мы едва ли может отказаться от вывода, что свет состоит из поперечных колебаний той же самой среды, которая является причиной электрических и магнитных явлений ». И далее в письме: «Я получил свои уравнения, живя в провинции и не подозревая о близости найденной мной скорости распространения магнитных эффектов к скорости света, поэтому я думаю, что у меня есть все основания считать магнитную и светоносную среды как одну и ту же среду...»
Уравнения Максвелла далеко выходят за рамки школьного курса физики, но они так красивы и лаконичны, что их стоит разместить на видном месте в кабинете физики, ведь большинство значимых для человека явлений природы удается описать с помощью всего нескольких строчек этих уравнений. Так сжимается информация, когда объединяются ранее разнородные факты. Вот один из видов уравнений Максвелла в дифференциальном представлении. Полюбуйтесь.
Хочется подчеркнуть, что из расчетов Максвелла получалось обескураживающее следствие: колебания электрического и магнитного полей - поперечные (что он сам все время подчеркивал). А поперечные колебания распространяются только в твердых телах, но не в жидкостях и газах. К тому времени было надежно измерено, что скорость поперечных колебаний в твердых телах (попросту скорость звука) тем выше, чем, грубо говоря, тверже среда (чем больше модуль Юнга и меньше плотность) и может достигать нескольких километров в секунду. Скорость поперечной электромагнитной волны была почти в сто тысяч раз выше, чем скорость звука в твердых телах. А надо заметить, что характеристика жесткости входит в уравнение скорости звука в твердом теле под корнем. Получалось, что среда, через которую идут электромагнитные волны (и свет), имеет чудовищные характеристики упругости. Возник крайне тяжелый вопрос: «Как же через такую твердую среду движутся другие тела и не чувствуют ее?» Гипотетическую среду назвали - эфиром, приписав ему одновременно странные и, вообще говоря, взаимоисключающие свойства - огромную упругость и необычайную легкость.
Работы Максвелла вызвали шок среди ученых-современников. Сам Фарадей с удивлением писал: «Сначала я даже испугался, когда увидел такую математическую силу, примененную к вопросу, но потом удивился, видя, что вопрос выдерживает это столь хорошо». Несмотря на то, что взгляды Максвелла опрокидывали все известные на то время представления о распространении поперечных волн и о волнах вообще, прозорливые ученые понимали, что совпадение скорости света и электромагнитных волн - фундаментальный результат, который говорит, что именно здесь физику ожидает основной прорыв.
К сожалению, Максвелл умер рано и не дожил до надежного экспериментального подтверждения своих расчетов. Международное научное мнение изменилось в результате опытов Генриха Герца, который через 20 лет (1886–89) в серии экспериментов продемонстрировал генерацию и прием электромагнитных волн. Герц не только в тиши лаборатории получил правильный результат, но страстно и бескомпромиссно защищал взгляды Максвелла. Причем он не ограничился экспериментальным доказательством существование электромагнитных волн, но и исследовал их основные свойства (отражение от зеркал, преломление в призмах, дифракцию, интерференцию и т. д.), показав полную тождественность электромагнитных волн со светом.
Любопытно, что за семь лет до Герца, в 1879 году английский физик Дэвид Эдвард Юз (Хьюз - D. E. Hughes) тоже продемонстрировал перед другими крупными учеными (среди них был также блестящий физик и математик Георг-Габриель Стокс) эффект распространения электромагнитных волн в воздухе. В результате обсуждений ученые пришли к выводу, что видят явление электромагнитной индукции Фарадея. Юз расстроился, не поверил самому себе и опубликовал результаты лишь в 1899 году, когда теория Максвелла-Герца стала общепринятой. Этот пример говорит, что в науке настойчивое распространение и пропаганда полученных результатов имеет часто не меньшее значение, чем сам научный результат.
Генрих Герц так подытожил результаты своих экспериментов: «Описанные эксперименты, как, по крайне мере, кажется мне, устраняют сомнения в тождественности света, теплового излучения и электродинамического волнового движения».
