Elektromagnetické oscilace: vlastnosti a měřítko. Z rádia na rentgen

Dnes vám řekneme, jaké elektromagnetické oscilace jsou, jak byly objeveny a proč jsou tak důležité v životě lidí.

Mramor a světlo

Podivuhodně historie studia fotonů světla začala ve starověkém Řecku. Zvědavost učenců z minulých období jim přinutila klást otázky:

1. Co je na tom?
2. Proč se dřevo liší od kamene?
3. Jak vidí živé věci?
4. Jak se slunce liší od měsíce?

Ale nástroje starověkého světa byly velmi primitivní. Osoba se musí spoléhat na své vlastní pocity a vyvozovat závěry pouze pomocí abstraktních závěrů. Jeden vědec si všiml, že mramorové desky, na kterých mnoho kroků stoupají, mění tvar v průběhu času. Kroky ve všech veřejných budovách, například chrámy, fóra, stadiony, musely být pravidelně měněny. Takže každá noha má s sebou nějakou částečku kamene. Pochopení, že látka sestává z drobných částic, vedla k takovému pojmu jako "elektromagnetické oscilace".

Elektřina a kompas

V roce 1820 zjistil dánský vědec Oersted, že magnet změní polohu pólů vedle vodiče obsaženého v síti. Lidé Compassu používali po staletí, elektrická energie byla nedávným objevem. Spojení mezi nimi se v té době stalo senzací. Pokusy pokračovaly dál Faradayem. Tento vědec nejen dokázal těsné spojení magnetických a elektrických polí, ale také stanovil: proud způsobuje obě pole. Bylo zjištěno, že elektromagnetické oscilace jsou generovány pohyblivými náboji.

Vlastnosti elektromagnetických vln

Dokonce později, na počátku dvacátého století, vědci museli připustit, že kvantové elektromagnetické pole je vlny a částice současně. Jako hmotné objekty mají hmotu a vysílají hybnost. Ale fotony jsou neobvyklé částice. Nemají odpočinkovou hmotnost. To znamená, že fotony existují výhradně v pohybu prostorem. Jakmile je látka absorbuje, ztrácejí svou individualitu.

Stejně jako vlny mají elektromagnetické vlny následující vlastnosti:

• frekvence;
• vlnová délka;
• amplitudy

Nejběžnějším příkladem fotonů je světlo.

Světlo a barva

Obvykle se slovem "světlo" lidé představují proudy slunečního světla. V očích člověka jsou zbaveni barvy. Ale vlnová délka a doba elektromagnetických kmitání nastavují odstín. Proč se tedy světlo nebo slunce zdají být bílé? Tento efekt je způsoben mícháním fotonů z celého emisního spektra zdroje. Když je elektromagnetická energie generována energeticky úspornou žárovkou, světlo člověka se zdá být "teplé" nebo "chladné", ale bílé. Ve skutečnosti směs plynů vyzařuje celé spektrum fotonů s různými vlnovými délkami.

Měřítko vln: od rentgenu po rádio

V závislosti na vlnová délka Všechny elektromagnetické vlny jsou rozděleny do několika oblastí. Rozsah elektromagnetických vln zahrnuje v pořadí klesající vlnové délky:

1. Rádiové vlny. Dávají nám zvuk hudby, zpráv a filmů. Nejde o internetové kanály, ale o tradiční rozhlas a televizi.
2. Terahertzové (nebo mikrovlnné) záření. Až do nedávné doby tento rozsah nevystupoval z rádiových vln. Generátory terahertzových vln jednoduše neexistovaly. Ale nyní existují a mají prospěch: skenery na letištích a vlakových stanicích používají tento konkrétní rozsah. Takové záření není pro člověka škodlivé a rozlišuje železné předměty v pytlích a balících cestujících.
3. Infračervené (nebo tepelné) záření. Teplo je přenášeno těmito vlnami. Bonfire, svíčka, slunce, lidé jsou generátory. Některá pouštní zvířata mají infračervené vidění. Obvykle jsou nočními predátory, schopnými rozlišit teplejší těla živých bytostí na pozadí chladných kamenů a písku.
4. Viditelné spektrum Všechny barvy duhy, které lidské oko dokáže vnímat, patří do této oblasti. V celé škále viditelné spektrum zaujímá velmi malý zlomek. Není jasné, proč nám evoluční mechanismus přikládal schopnost vidět tuto cestu.
5. Ultravioletové vlny. Člověk dostane opálení kvůli nim. Jsou užitečné, protože jsou smrtelné: ultrafialové účinky účinně zabíjejí bakterie a mikroorganismy. Ale nedostatek ultrafialových paprsků (například mezi národy severu) může způsobit vážné zdravotní problémy.
6. Rentgenové vlny. Vyskytují se buď při zpomalení velmi rychlých elektronů, nebo při "vyrazení" elektronu z vnitřního pláště velkého atomu. Užitečné pro zkoumání struktury hmoty.
7. Gama záření. Vyrobeno jadernou reakcí.

Elektromagnetické vlny mimo rozsah ultrafialového záření jsou pro člověka škodlivé. Existuje však hypotéza, že bez nich by život nemohl vzniknout.

Rámy a horizonty

Nemyslete si, že protože existuje měřítko, vše je v něm jasné a srozumitelné. Hranice rozmezí jsou rozmazané. Například rentgenové záření liší se od záření gama pouze ve zdroji původu a frekvence spektra se výrazně překrývají. Viditelné spektrum se nazývá tak, protože tyto vlnové délky jsou schopny vnímat lidské oko. Ale všichni lidé jsou jiní. Někteří vidí trochu červenější, někteří vidí fialovou. Viditelné spektrum je průměrná hodnota. Stejně jako všichni lidé, tento pojem není bez chyb.

Oko má vlastnost spektrální citlivosti. Maxima leží v zelené oblasti a okraje měřítka jsou vnímány horší. Proto se okraje duhy zdají rozmazané, rozmazané. Kapky vody během deště odrážejí elektromagnetické záření všech vlnových délek, které Slunce vydává. Ale člověk vidí jen malý segment této stupnice. Ještě překvapivější je, že vědecké poznatky překonaly tyto hranice. Dalekohledy na oběžné dráze Země se nacházejí v infračerveném, ultrafialovém, rentgenovém a gama vlnách, které vyživují vzdálené galaxie, černé díry a kvasary.