Задание №1 ЕГЭ по физике
Физический смысл изученных физических величин, законов и закономерностей.
1. Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) Энергия упруго деформированной пружины прямо пропорциональна её удлинению.
2) Теплопередача путём электромагнитного излучения возможна только в атмосфере Земли и не наблюдается в вакууме.
3) При соединении двух разноимённо заряженных металлических шаров металлической проволокой перераспределение зарядов будет происходить до полного выравнивания потенциалов шаров.
4) Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона имеют бóльшую длину волны, чем радиоволны.
5) В нейтральном атоме суммарное количество электронов равно суммарному количеству протонов в ядре этого атома.
2. Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) По мере удаления от Луны сила притяжения к ней убывает прямо пропорционально расстоянию до её центра.
2) В процессе изотермического сжатия постоянной массы газа его внутренняя энергия увеличивается.
3) При протекании постоянного электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяющееся в нём за одно и то же время, прямо пропорционально квадрату силы тока.
4) Явления интерференции и дифракции могут наблюдаться для электромагнитных волн любого диапазона.
5) Через промежуток времени, равный периоду полураспада, нераспавшимися остаётся половина от большого количества изначально имевшихся радиоактивных ядер данного элемента.
3. Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) Кинетическая энергия тела увеличивается прямо пропорционально скорости движения тела.
2) Теплопередача путём конвекции происходит за счёт переноса вещества в струях и потоках.
3) В процессе электризации трением два первоначально незаряженных тела приобретают одноимённые заряды.
4) При переходе электромагнитных волн через границу раздела двух сред с разными показателями преломления длина волны остаётся неизменной.
5) При альфа-распаде заряд ядра уменьшается на 2 элементарных положительных заряда.
4. Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) Тело, форма и размеры которого при наличии внешних воздействий остаются неизменными, называется абсолютно твердым телом.
2) В процессе плавления постоянной массы вещества его внутренняя энергия увеличивается.
3) Одноимённые точечные электрические заряды притягиваются друг к другу.
4) Магнитное поле индукционного тока в контуре всегда увеличивает магнитный поток, изменение которого привело к возникновению этого индукционного тока.
5) При α-распаде ядро теряет примерно четыре атомные единицы массы, в результате появившийся в ходе реакции элемент смещается на две клетки влево в Периодической таблице Д.И. Менделеева.
5. Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) Энергия характеризует способность тела совершать работу.
2) В цилиндре под поршнем расширение газа в ходе адиабатного процесса сопровождается понижением его температуры.
3) Если электрический ток протекает по алюминиевому проводнику, то ни при каких условиях не может наблюдаться действие тока на магнитную стрелку.
4) При изменении магнитного потока через площадку, охваченную замкнутым проводящим контуром, магнитное поле индукционного тока в контуре всегда увеличивает магнитный поток через эту площадку.
5) При β-распаде ядра выполняется закон сохранения электрического заряда.
Шкала электромагнитных волн
По современным представлениям, свет это поток частиц электромагнитного поля, называемых фотонами и имеющих двойственные корпускулярно-волновые свойства (т.е. свет обладает свойствами потока частиц и волн). Основной характеристикой световых волн является частота колебаний ν (частота колебаний векторов напряженностей Е и Н электромагнитного поля). Чаще используется связанная с ней длина волны в вакууме λ = сТ = c/ν, где с — скорость света в вакууме округленно принимается с = 3•10 8 м/с, Т – период колебания.
В соответствии с условиями возбуждения и свойствами излучения электромагнитные волны делятся по частоте (или длине волны) на несколько диапазонов, составляющих шкалу электромагнитных волн: радиоволны, оптическое излучение, рентгеновское излучение, гамма-излучение. Границы этих диапазонов условны, так как они в значительной мере определяются источниками излучения и поэтому могут взаимно перекрываться (рис.1).
 |
| Рис.2. |
Электромагнитное излучение с длинами волн в пределах от 400 мкм до 10 нм называется оптическим излучением. Оптическое излучение в пределах длин волн от 760 до 380 нм, действуя на глаз, вызывает ощущение света. Оно называется видимым излучением. В сторону более длинных волн от него в спектре расположено невидимое инфракрасное излучение, в сторону более коротких волн — невидимое ультрафиолетовое.
Излучение может быть простым (или монохроматическим) и сложным. Монохроматическим называется излучение какой-либо одной длины волны. Это идеализированное представление; практически монохроматическим считают такое излучение, в котором длины составляющих его волн различаются не больше чем на десятые доли нанометра. Монохроматическое излучение в видимой части спектра определенной длины волны, действуя на глаз, вызывает ощущение соответствующего цвета. Излучение, состоящее из волн различной длины, называется сложным. В зависимости от его спектрального состава оно может вызывать различные цветовые ощущения,
Среди множества возможных видов сложного излучения выделяют белый свет. Белым светом называют видимую часть излучения Солнца (рис.2), а также излучения нагретых до высокой температуры (несколько тысяч градусов) непрозрачных твердых и жидких тел. Это излучение содержит все волны видимого диапазона в определенном соотношении по интенсивности.
Спектр электромагнитного излучения это упорядоченная по длинам совокупность монохроматических волн, на которую разлагается свет или иное электромагнитное излучение. Типичный пример спектра – хорошо известная всем радуга. Возможность разложения солнечного света на непрерывную последовательность лучей разных цветов впервые экспериментально показал И.Ньютон в 1666. Направив на трехгранную призму узкий пучок света (рис.3), проникавший в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне окна, он получил на противоположной стене изображение окрашенной полоски с радужным чередованием цветов, которая была названа им латинским словом spectrum. Проводя опыты с призмами, Ньютон пришел к следующим важным выводам: 1) обычный «белый» свет является смесью лучей, каждый из которых имеет свой собственный цвет; 2) лучи разных цветов, преломляясь в призме, отклоняются на различные углы, вследствие чего «белый» свет разлагается на цветные составляющие.
Исследование спектров. Спектральные приборы.
На дисперсии сложного излучения в трехгранной призме из прозрачного вещества (для видимого света — тяжелое стекло-флинт, для ультрафиолетового излучения — кварц и для инфракрасного — каменная соль или сильвин) основано устройство приборов для исследования спектра и измерения длины волн сложного излучения (спектроскопов и спектрографов).
 |
 |
| Рис.4 Призменный спектроскоп. а — оптическая схема и ход лучей, б –внешний вид и компоненты прибора |
Простейший призменный спектроскоп (рис. 4, б) состоит из штатива О, на котором укреплен горизонтальный диск Д с делениями. В центре диска устанавливается призма П, по краям диска расположены две трубы: коллиматор К и зрительная 3, которая с помощью винта В может устанавливаться под необходимым углом. Коллиматор (рис. 4, а) имеет на конце щель, перед которой помещается источник света; линза О, образует пучок параллельных лучей, что необходимо для того, чтобы лучи, прошедшие через призму, состояли также из параллельных пучков. Эти пучки объективом О2 зрительной трубы фокусируются в его фокальной плоскости FF и образуют каждый изображение щели соответствующего цвета, которое называется спектральной линией. Совокупность этих линий образует исследуемый спектр, который в увеличенном виде наблюдается через окуляр Ок. Спектрограф (рис. 5: а -общий вид и б — схема устройства) — более сложный прибор, приспособленный для фотографирования спектров. Свет через щель Д и линзу Л1 направляется на дисперсионную призму П, пучки спектрально разложенного света фокусируются линзой Л2 на фотопластинке Ф.
 |
 |
| Рис. 5 |
Пользуясь спектральным прибором, можно получить монохроматический свет необходимой длины волны. Для этого в фокальной плоскости второй линзы Л2 помещают щелевую диафрагму, с помощью которой и выделяют из спектра желаемую линию. Такой прибор называется монохроматором.
Все спектры делятся на два основных класса: спектры испускания (или эмиссионные) и спектры поглощения. Каждый класс, в свою очередь, подразделяется на непрерывные (сплошные), полосатые и линейчатые спектры.
Спектры, состоящие из ярких линий или полос на темном фоне, называются спектрами испускания. Они возникают, когда вещество сильно нагревается или подвергается бомбардировке электронами. Спектры поглощения, состоящие из темных участков на ярком фоне, получаются, когда белый свет проходит сквозь полупрозрачную среду, которая поглощает некоторые частоты.
Рис.6. Спектр испускания железа Fe
 |
| Рис.7 Примеры оптических спектров. Спектры испускания: 1-сплошной, 2-натрия, 3-водорода, 4-гелия Спектры поглощения: 5солнечный, 6-натрия, 7-водорода, 8-гелия |
Линейчатый спектр является спектром, в котором появляются только определенные длины волн, или «линии». Полосатый спектр состоит из линий, сгруппированных в полосы. Спектры испускания и поглощения индивидуальны для каждого вещества, поэтому их применяют для идентификации веществ в науке спектроскопии. Спектры являются результатом переходов электронов между различными энергетическими уровнями в атомах или молекулах вещества, что приводит к испусканию или поглощению электромагнитного излучения.
Эмиссионные спектры (спектры испускания) возбуждаются для паров и газов путем электрического разряда, для жидких и твердых тел — путем нагревания до высокой температуры, например в бесцветном пламени газовой горелки. Для органических веществ, разрушающихся под действием высокой температуры, обычно исследуются абсорбционные спектры, или спектры поглощения. Спектром поглощения называется совокупность темных линий или полос, образующихся в сплошном спектре белого света при прохождении его сквозь данную прозрачную среду. Для получения спектра поглощения в спектральном приборе между источником белого света (например, электрической дугой и щелью коллиматора или между коллиматором и призмой) по метается исследуемое вещество, например плоскопараллельная кювета с исследуемым раствором.
Теория Бopa. Спектр атома водорода
В 1913 г. Н. Бор предложил теорию механизма излучения света атомами, учитывающую квантовую природу света. Теория основывается на двух постулатах:
1. Внутренняя энергия атома дискретна; она может принимать только определенные дозволенные значения (или уровни), характерные для данного атома. Состояния атома, соответствующие этим уровням энергии, являются стационарными: в таком состоянии атом не излучает электромагнитных волн, несмотря на происходящее в нем движение электронов.
2. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается (или поглощается) монохроматическое электромагнитное излучение, частота которого обусловлена энергией, равной разности энергетических уровней Е2 и E1, соответствующих этим состояниям:
где h — постоянная Планка.
| Таблица 1. Значения энергии на различных уровнях в атоме водорода | |
| Главное квантовое число | Энергия уровня |
| n = 1 | Е1 = -13,55 эВ(основной) |
| n = 2 | Е2 = -3,88 эВ |
| n = 3 | Е3 = -1,5 эВ |
| n = 4 | Е4 = -0,84 эВ |
| n = 5 | Е5 = -0,54 эВ |
| n = 6 | Е6 = -0,38 эВ |
Используя ядерную модель атома, Бор предложит считать, что стационарным состояниям, или дозволенным энергетическим уровням, атома соответствует движение электронов по орбитам определенного радиуса.
Исходя из условия квантования, Бор рассчитал энергетические уровни для атома водорода. В атоме электрон удерживается на орбите силой кулоновского притяжения к ядру, обусловливающей центростремительное ускорение.
Для первой, основной, орбиты радиус r1 = 0,53•10 -8 см, что согласуется с расчетами на основании кинетической теории газов. Скорость движения электрона по стационарной орбите для основной орбиты атома водорода v1= 2,3•10 8 см/с. Таков порядок скорости движения электронов по орбите.
 |
 |
| Рис.8 Переходы электрона в атоме водорода: а –возбуждение и излучение 1 кванта с энергией ΔE=E3 — E1 б- возбуждение и излучение 2 квантов с энергиями E3-E2 и E2-E1 |
Полная энергия электрона Ев = Ек + Еп, причем потенциальная энергия зависит от радиуса орбиты. Энергетические уровни обратно пропорциональны квадрату квантового числа и их значения представлены в таблице1.
Поскольку с увеличением радиуса орбиты отрицательные значения энергии электрона убывают по абсолютной величине, можно считать, что энергетические уровни при этом повышаются.
Таким образом, по мере удаления от ядра энергетические уровни атома возрастают:
С возрастанием числа n разность между каждыми двумя соседними уровнями по абсолютной величине уменьшается:
где ΔE’=E2-E1; ΔE’’=E3–E2; ΔE’’’=E3–E2. Стационарный уровень с наименьшей энергией называется основным, он соответствуем состоянию атома, не подвергающегося никаким внешним воздействиям. Остальные стационарные уровни называются возбужденными. Возбуждение атома, т. е. переход электрона на орбиту большего радиуса, требует сообщения дополнительной энергии и, следовательно, происходит в результате каких-либо внешних воздействий: при соударении частиц в процессе интенсивного теплового движения, электрическом разряде в газах, поглощении электромагнитного излучения, в результате рекомбинации ионов в газе или электронов и дырок в полупроводнике, при действии на атом радиоактивного излучения и некоторых других воздействиях.
Возбужденное состояние атома неустойчиво, примерно через 10 -8 с электрон возвращается на основную орбиту, при этом излучается один фотон с энергией hv, равной энергии, полученной при возбуждении (рис.8, а), и атом переходит в основное состояние. Электрон может возвращаться на основную орбиту не только единым переходом, но и через промежуточные уровни. В этом случае при переходе будут излучаться несколько фотонов с энергиями hv’ и hv", равными разности энергий этих уровней (рис.8, б).
Теория Бора объяснила не только происхождение линейчатых спектров, но и структуру спектра излучения атомов водорода. В зависимости от энергии, полученной при возбуждении атома, электрон переходит на различные возбужденные уровни. При возвращении его на основной уровень (особенно если этот переход совершается ступенчато) излучаются кванты различной энергии. Поэтому в спектре излучения атома водорода должно быть значительное число линий, расположение которых соответствует энергетическим уровням атома и возможным переходам электрона.
Еще до создания теории Бора было установлено, что в спектра водорода имеются группы, или серии, линий, частоты которых находятся между собой в определенных соотношениях, например, серия Лаймана (в ультрафиолетовой части спектра), Бальмера (в видимой части спектра), Пашенна (в инфракрасной области) и др.
Рис.9. Спектральные серии атома водорода. а- переход электрона, б- энергетические уровни, в- расположение линий в спектре излучения (видимая область спектра см. рис 7).
Теория Бора объяснила происхождение этих серий (риc. 9). Энергия излучаемых -фотонов равна разности энергетических уровней Еп и Ет перехода электрона: hv = Еn — Еn0, откуда v = (Еn — En0)/h. Таким образом, по теории Бора, к серии Лаймана, например, относятся все переходы электронов с возбужденных уровней (n = 2, 3, 4. ) на основной (n0 = 1), к серии Бальмера — переходы с более высоких (n — 3, 4, 5. ) на первый возбужденный уровень (n0 = 2) и т. д.
Теория Бора получила подтверждение в спектральных закономерностях атома водорода. Однако попытка применить ее к спектрам более сложных атомов встретила значительные затруднения.
Если энергия, сообщенная атому, незначительна, то на возбужденные уровни в основном переходят валентные электроны. Частота излучения при этом соответствует оптической части спектра (видимое и близкие к нему части инфракрасного и ультрафиолетового излучений). У атомов с высоким порядковым номером более значительная энергия возбуждения обусловливает переходы электронов между уровнями, соответствующими внутренним слоям. Излучение при переходах электронов между этими уровнями имеет значительно более высокую частоту и относится к дальнему ультрафиолетовому и рентгеновскому.
Молекулы имеют более сложные спектры излучения (или поглощения), чем атомы того же вещества. При соединении атомов в молекулу изменяется конфигурация оболочки с валентными электронами, в твердых телах образуются энергетические зоны, в связи с чем число возможных переходов электронов и соответствующих им спектральных линии значительно возрастает.
Кроме уровней (Еe), связанных о переходами электронов, у молекул появляются энергетические уровни (Ем), обусловленные, во-первых, колебательным движением ядер атомов, образующих молекулу около положения равновесия (Екол), и, во-вторых, вращательным движением самой молекулы (Евр). Энергия этих видов движения также квантуется, т. е. имеет свои дозволенные (квантованные) энергетические уровни Таким образом, молекулярные спектры состоят из трех компонентов — электронного, колебательного и вращательного. Внешние воздействия усиливают интенсивность этих видов молекулярного движения, т. е. возбуждают молекулу, которая затем возвращается в основное состояние, излучая фотон с энергией, равной разности энергетических уровней перехода.
Все эти компоненты дают в спектре множество близко расположенных линий, которые в совокупности образуют полосатые (преимущественно у паров и газов) или сплошные (у твердых и жидких тел) спектры.
Как показывают теория и опыт, Евр <<Eкол <<Ее, поэтому молекулярные спектры занимают широкие диапазоны электромагнитного излучения, причем вращательная и колебательная составляющие относятся преимущественно к инфракрасному излучению, а электронная — к видимому и ультрафиолетовому.
Анализ молекулярных спектров, особенно в инфракрасной области широко используется при изучении строения молекул.
Вращательная составляющая молекулярных спектров может занимать также область коротких радиоволн. Исследование спектров излучения и поглощения в этом диапазоне называют радиоспектроскопией. Эти данные дополняют сведения о строении молекул, полученные с помощью оптической спектроскопии.
Наиболее распространенным методом радиоспектроскопии является метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). В случае непарамагнитных тел для аналогичных целей используется явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
Возбужденное состояние атома или молекулы может разрешаться не только путем излучения фотона. Оно может вызвать фотохимическую реакцию, перестройку структуры сложной молекулы, а полученная при возбуждении энергия может быть передана другим частицам в процессе теплового движения. Эти явления носят название безызлучательных энергетических переходов.
Рассеяние и поглощение света. Закон Бугера-Ламберта-Бера.
При прохождении через вещественную среду световая волна постепенно ослабляется. Это происходит в связи с рассеянием и поглощением света.
Рассеяние света происходит в неоднородных средах при условии, что размеры неоднородностей соизмеримы с длиной волны света. Если неоднородность среды образована посторонними частицами, беспорядочно распределенными в массе среды, то рассеяние света называют явлением Тиндаля, а среды — мутными, например мелкий туман, дым, различные взвеси и эмульсии и т. п. Это явление можно наблюдать, например, когда узкий пучок солнечных лучей проходит сквозь запыленную атмосферу: свет рассеивается на пылинках н весь пучок становится видимым при наблюдении с любой стороны.
Длина волны света при рассеянии не изменяется, а интенсивность рассеянного света тем выше, чем меньше размеры этих неоднородностей сравнительно с длиной волны. Интенсивность рассеяния зависит также от длины волны света: короткие волны рассеиваются значительно сильнее, чем длинные. Можно считать, что интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна примерно второй степени длины волны для более крупных и третьей степени — для более мелких частиц. Поэтому, например, мелкодисперсный туман имеет синий цвет, а состоящий из более крупных капелек — белый
Рассеяние света может происходить также и в однородной среде на мгновенных неоднородностях (флуктуациях) плотности вещества, образующихся в связи с тепловым движением атомов и молекул, например в чистом газе в процессе теплового движения молекулы в различные моменты сближаются в одних точках объема газа и разреживаются в других. Этот вид рассеяния называется молекулярным рассеянием. Интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны падающего света (закон Рэлея). В связи с этим, например, свечение неба наблюдается сине-голубым, а прямое солнечное излучение приобретает желто-красный оттенок, особенно при восходе и заходе Солнца, когда это излучение проходит более длинный путь в атмосфере.
При рассеянии света в однородных жидкостях и кристаллах в рассеянном свете кроме падающей волны частотой ω0 появляются волны с частотой ωм, отличающейся от нее на определенную величину Δω, характерную для молекулярной структуры данного вещества. Этот вид молекулярного рассеяния называется комбинационным рассеянием света и имеет значение для изучения структуры вещества.
 |
 |
| Рис. 10 |
При рассеянии света энергия сохраняет свою электромагнитную природу. При поглощении света она переходит в другие виды внутренней энергии, при этом в веществе могут происходить различные явления: повышение интенсивности теплового движения (тепловой эффект), возбуждение и ионизация атомов и молекул, активация молекул (фотохимический эффект) и т. п.
Закон поглощения в однородной среде для параллельного пучка монохроматического света был установлен Н. Бугером: в каждом последующем слое среды одинаковой толщины поглощается одинаковая часть потока энергии падающей на него световой волны, независимо от его абсолютной величины.
Определим на основании этого закона интенсивность Id световой волны, прошедшей слой среды толщиной d, если падающая на поверхность среды волна имеет интенсивность I0. Для этого выделим на расстоянии х от поверхности слой среды толщиной dx (рис. 10, а). Убывание dIx интенсивности Ix волны вследствие поглощения света этим слоем по закону Бугера пропорционально величине Ix и толщине слоя dx:
где α — коэффициент пропорциональности. Уравнению можно придать вид dIx/Ix = — α dx.
Решая это уравнение, получим для слоя толщиной х = d
График изменения интенсивности света Ix в зависимости от толщины слоя среды, который проходит свет, показан на рис. 10, б (экспоненциальная кривая).
Коэффициент пропорциональности α называется показателем поглощения и характеризует поглощательную способность вещества.
Он зависит от его природы и состояния, а также от частоты (длины волны λ0) света. У металлов показатель поглощения весьма высок (порядка 10 3 -10 8 см — 1) Это объясняется наличием в металлах свободных электронов, вынужденные колебания которых легко возбуждаются и имеют значительную амплитуду. Падающая на поверхность металла световая волна быстро расходует свою энергию и потому проникает на самую малую глубину.
У диэлектриков показатель поглощения в общем невелик (порядка 10 -3 – 10 -5 см -1 ), однако у них наблюдается селективное поглощение света в определенных интервалах длин волны, в которых показатель поглощения резко возрастает. Это связано с тем, что в диэлектриках нет свободных электронов и значительное поглощение света происходит только при резонансных колебаниях, т. е. при частотах световой волны, близких к собственным (или кратным им) частотам колебаний электронов диэлектрика. Это явление объясняет, например, линейчатые спектры поглощения газов в атомарном состоянии.
 |
| Рис.11 |
Примерный характер зависимости показателя поглощения от длины волны к показан на рис. 11. На рис. 11, а — график 1 для тел, равномерно поглощающих свет любой длины волны (черные и серые тела), 2 — для тел, поглощающих свет любых длин волн начиная с некоторой граничной λгр, 3 — для тел, имеющих широкую полосу поглощения в пределах длин волн от λ1 до λ2. На рис. 11 б — для тел с селективным (резонансным) поглощением при определенных длинах волн λ1, λ2 и λ3.
Постепенное убывание интенсивности света при прохождении через среду вследствие рассеяния также подчиняется закону Бугера, формула которого с учетом как поглощения, так и рассеяния принимает вид
 |
| Рис. 12. Ослабление света от интенсивности I0 до Id при прохождении через слой вещества (раствора) толщиной d, с концентрацией с и коэффициентом поглощения (экстинкции) α. |
где σ — показатель ослабления света вследствие рассеяния.
Исследуя поглощение монохроматического света растворами окрашенных веществ (при условии, что растворитель не поглощает света данной длины волны и раствор имеет невысокую концентрацию), А. Бер показал, что оно подчиняется закону Бугера, причем показатель поглощения α прямо пропорционален концентрации вещества в растворе (закон Бера): α = χС, где χ — показатель поглощения для раствора единичной концентрации. Тогда формула закона Бугера-Ламберта-Бера примет вид
или в системе десятичных логарифмов 
, где 
Отношение Id/I0 = τ называют коэффициентом пропускания или прозрачностью раствора, а величину D = lg (Id/I0) = -lg τ — оптической плотностью. В соответствии с приведенной выше формулой оптическая плотность раствора D = χ’Cd.
 |
| Рис.13 |
На законе Бугера-Бера основан метод определения концентрации растворов путем сравнения толщин d1 и d2 слоев двух растворов одного и того же вещества, исследуемого с концентрацией С1 и стандартного С2, в которых имеет место одинаковое поглощение света. В приборе, называемом концентрационным колориметром, свет от одного и того же источника проходит через слои d1 и d2 растворов; изменением толщины слоев уравнивается яркость двух половин поля зрения, освещенного светом, прошедшим через эти растворы (рис. 13). При этом уравниваются и оптические плотности растворов: D1 = D2, или C1d1 = C2d2, откуда C1/C2 = d1/d2, т. е. концентрации С1 и С2 обратно пропорциональны толщинам слоев d1 и d2.
Аналогичный метод определения концентрации вещества в коллоидном растворе называется нефелометрией. При этом сравниваются интенсивности света, рассеянного частицами в стандартном и исследуемом растворах: при относительно невысоких концентрациях они пропорциональны концентрации взвешенных частиц и высоте столба раствора. Растворы освещаются боковым светом.
Спектры (как эмиссионный, так и абсорбционный) тесно связаны со строением атомов и молекул вещества. Поэтому по их характеру можно судить о природе и составе как простых, так и сложных веществ. Метод качественного или количественного определения состава вещества по его спектру называется спектральным анализом Основное преимущество его в том, что для анализа требуется исключительно малое количество вещества Путем спектрального анализа может быть обнаружено присутствие вещества в количестве до 10 -8 г. С помощью спектрального анализа, например, было установлено, что живые организмы содержат в крайне незначительных количествах многие металлы — кобальт, хром, титан и др. Спектральный анализ позволяет установить следы крови (судебная медицина), микропримеси металлов в консервированных продуктах (пищевая гигиена и т. п.).
Для исследования молекулярного состава органических веществ применяют абсорбционную спектроскопию, обычно при этом исследуемое вещество растворяют в воде, которая сама не дает спектра поглощения в области видимого света. С помощью абсорбционной спектроскопии, например, был установлен молекулярный состав многих витаминов, гормонов и т. п.
 |
| Рис.14. Спектры поглощения гемоглобина и его соединений в видимом свете: 1 — гемоглобин; 2 — оксигемоглобин; 3 — карбоксигемоглобин; 4 — метгемоглобин: |
Применение абсорбционной спектрофотометрии в видимой и ультрафиолетовой областях спектра для методик количественного определения основано на том факте, что поглощаемость вещества обычно является константой, независимой от интенсивности падающего излучения, длины кюветы и концентрации, вследствие чего концентрация может быть определена фотометрически. Отклонения от приведенных выше величин могут быть обусловлены физическими, химическими или инструментальными переменными. Отклонения вследствие инструментальной ошибки могут быть вызваны влиянием ширины щели, рассеянием света или полихроматическим излучением. Очевидные ошибки могут также появиться в результате изменения концентрации растворенных молекул вследствие ассоциации между молекулами растворенного вещества, между молекулами растворенного вещества и растворителя, а также вследствие диссоциации или ионизации
Свойство атомов и молекул поглощать свет с определенной длиной волны, характерной для данного вещества, широко используется в медицине и фармации для качественных и количественных исследований. Измерение спектров поглощения позволяет судить о химическом составе вещества и его состоянии в биологических структурах. Для регистрации спектров поглощения используются приборы спектрофотометры.
Спектр поглощения — часто выражаемое графически отношение поглощения или любой функции поглощения к длине волны или любой функции длины волны (см. рис.7, 11). Спектры поглощения веществ определяются разностью энергий между энергетическими уровнями молекул, составляющими вещество, а также вероятностями перехода между ними. Разность энергий определяет длину волны, на которой происходит поглощение света, вероятность перехода — коэффициент поглощения вещества. Для биологически важных молекул характерны широкие полосы поглощения, обусловленные электронными, колебательными и вращательными уровнями. Молекулярные группы, поглощающие свет, называют хромофорами.
Стандартный диапазон измерений в абсорбционной спектрофотометрии: 180-1100 нм. Он включает в себя три области спектра: ближнюю ультрафиолетовую область (УФ) -180-380 нм; видимую (ВИД) — 380-760 нм и ближнюю инфракрасную (ИК) — 760-1100 нм.
Нуклеиновые кислоты поглощают только в УФ области (180-220 и 240-280 нм). Их хромофорами являются, в основном, пуриновые и пиримидиновые основания.
Белки имеют три типа хромофорных групп: собственно пептидные группы, боковые группы аминокислотных остатков и простетические группы. Первые две поглощают в УФ области и не поглощают в видимой области. Пептидные группы -CO-NH- поглощают в районе 190 нм. Боковые группы трех ароматических кислот — триптофана, тирозина и фенилаланина — также поглощают на этих длинах волн, причем значительно сильнее, чем пептидные группы. Кроме того они имеют полосу поглощения в диапазоне 260-280 нм.
Простетические группы (гем в гемоглобине и др. хромофоры) поглощают в УФ и в видимой области. Именно они придают белку цвет (например, красный цвет гемоглобину). Спектр поглощения гемоглобина (рис. 15) имеет характерные максимумы в видимой области (
400 нм и 525-580 нм), а также в ближней ИК-области (900 нм). Спектры поглощения гемоглобина, связавшего кислород (оксигемоглобин) – красная линия и свободного гемоглобина (деоксигемоглобин) – синяя иния отличаются. Поэтому с помощью спектров поглощения можно измерить содержание кислорода в крови человека.
Рис.15. Спектры поглощения гемоглобина и оксигемоглобина в оптической области излучения
Примеры использования спектрофотометрии в биологии, медицине и фармации.
· Измерение концентрации белков и нуклеиновых кислот.
· Оценка кровоснабжения тканей на основе измерений степени оксигенации гемоглобина.
· Измерение рН среды с помощью красителей, изменяющих спектр поглощения с изменением рН.
· Определение концентрации различных лекарственных средств, имеющих характерные спектры поглощения (рутин, берберин).
· Отслеживание динамики размножения микроорганизмов по изменению оптической плотности среды, в которой они находятся.
Принципиальная схема спектрофотометра.
Спектрофотометр состоит из следующих основных блоков (рис.16): источника света (И), монохроматора (М), измерительной кюветы (К1) и кюветы сравнения (К2), фотоприемника (Ф) и регистратора (индикатора) (Р).
 |
| Рис.16. Принципиальная схема спектрофотометра |
Источник (И) испускает свет, монохроматор (М) выделяет из него нужный участок спектра. Этот свет далее проходит либо через измерительную кювету (К1), в которую, помещают исследуемый раствор, либо через кювету сравнения (К2), заполненную растворителем (в этом случае кювету К2 помещают вместо кюветы К1). Свет, прошедший через кювету, регистрируют фотоприемником (Ф), и его интенсивность либо записывают каким-либо регистратором, либо отображают на индикаторе. В качестве индикатора можно использовать стрелочный прибор. Две кюветы используют для того, чтобы исключить паразитные эффекты, связанные с поглощением света в растворителе и его отражениями от стенок кюветы.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона имеют бoльшую длину волны чем радиоволны
Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона имеют бoльшую длину волны чем радиоволны
Тип 20 № 25541 
Выберите все верные утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях.
Запишите в ответе их номера.
1) В любых системах отсчёта все механические процессы протекают одинаково.
2) Скорость диффузии в жидкости растёт с ростом температуры.
3) В цепи постоянного тока отношение напряжений на концах параллельно соединённых резисторов равно отношению их сопротивлений.
4) Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона имеют меньшую длину волны, чем радиоволны.
5) Ядро любого атома (кроме атома водорода) состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов.
1) Неверно. Механические процессы протекают одинаково в любых инерциальных системах отсчета.
2) Верно. Чем выше температура тела, тем быстрее движутся молекулы, тем быстрее протекает диффузия.
3) Неверно. При параллельном соединении резисторов напряжение на каждой ветви цепи одинаково.
4) Верно. Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона имеют меньшую длину волны, чем радиоволны.
5) Верно. Ядро любого атома состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов.
Ультрафиолетовое излучение.. Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 103 м (радиоволны) до 10-8 см (рентгеновские. — презентация
Презентация на тему: » Ультрафиолетовое излучение.. Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 103 м (радиоволны) до 10-8 см (рентгеновские.» — Транскрипт:
2 Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 103 м (радиоволны) до 10-8 см (рентгеновские лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее, именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.
3 Ультрафиолетовое излучение — невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее область между нижней границей видимого спектра и верхней границей рентгеновского излучения. Длина волны УФ — излучения лежит в пределах от 100 до 400 нм (1 нм = 10-9 м).
4 По классификации Ультрафиолетовое излучение делится на три диапазона: UV-A — длинноволновое ( нм.) UV-B — средневолновое ( нм.) UV-C — коротковолновое ( нм.)
8 Свойства: высокая химическая активность, невидимость, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благотворно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное биологическое воздействие: изменения в развитии клеток и обмене веществ, действие на глаза.
9 В современном мире ультрафиолетовое излучение находит самое широкое применение в различных областях:
10 Источники УФ излучения: излучается всеми твердыми телами, у которых t>1000 градусов С, а также светящимися парами ртути.
11 Воздействие на человека: НегативноеПозитивное
12 Жесткое ультрафиолетовое излучение могло быть именно тем фактором, который заставил первые органические молекулы соединяться вместе для создания РНК — рибонуклеиновой кислоты, которая считается основой жизни. Но, не будь озонного слоя, все живое на земле исчезло бы под действием солнечной радиации, в состав которой входит и УФ- излучение.
Варианты впр «ВПР 11 класс 29 вариант» (физика)
1. Прочитайте перечень понятий, с которыми Вы встречались в курсе физики:
относительная влажность воздуха, барометр-анероид, гигрометр,
внутренняя энергия, фаза колебаний, мензурка.
Разделите эти понятия на две группы по выбранному Вами признаку. Запишите в таблицу название каждой группы и понятия, входящие в эту группу.
Название группы понятий
2. Выберите два верных утверждения о физических явлениях, величинах и закономерностях. Запишите в ответ их номера.
1) Траекторией называется линия, которую описывает материальная точка при своём движении.
2) Броуновским движением называют самопроизвольное перемешивание газов или жидкостей.
3) В цепи постоянного тока на всех параллельно соединённых резисторах напряжение одинаково.
4) Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона имеют бóльшую длину волны, чем радиоволны.
5) Атом излучает фотоны при ускоренном движении электронов вокруг ядра.
3. 
Во время сборки электронных приборов микросхемы, чувствительные к статическому электричеству, могут быть повреждены. Поэтому сотрудников, занимающихся монтажом электронных микросхем, обязывают надевать специальные браслеты с проводом, который подключается к заземлению.
Против проявления какого явления, наблюдаемого во время сборки электронных приборов, направлены такие меры предосторожности?
4. Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.
В 1896 г. А.С. Поповым была передана первая телеграмма с использованием электромагнитных волн. Им был изобретён первый ________________________________. В декабре 1901 г. Маркони передал сигнал через Атлантический океан. По сути, он поставил в повестку дня задачу исследовать распространение радиоволн вокруг Земли. В первых «трансатлантических» опытах он нашёл, что можно передавать сообщения на значительные расстояния не только с помощью _______________________ (с длиной волны около 8 км), которые вследствие _______________________ огибают Землю, но и с помощью волн с длиной волны около 300 м, которые, как мы сегодня знаем, способны отражаться от ионосферы Земли.
Список слов (словосочетаний)
1) беспроволочный телеграф
2) аппарат Морзе
3) длинных радиоволн
4) коротких радиоволн
5) явления дифракции
6) явления дисперсии
5. Постройте изображение фигуры S в плоском зеркале ab (см. рисунок).
На рисунке изображён фрагмент Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Изотоп циркония испытывает β + -распад, при котором образуются позитрон e + , нейтрино и ядро другого элемента. Определите, какой элемент образуется при β + -распаде изотопа циркония.
7. 
В цилиндре под подвижным поршнем находится воздух. Поршень начинают очень быстро двигать, так что объём под поршнем резко возрастает (см. рисунок). Как изменятся концентрация и средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул воздуха, а также температура воздуха в цилиндре в результате расширения?
Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:
Средняя кинетическая энергия
8. Воду нагревают на плитке неизменной мощности 1 кВт. Воду довели до кипения, а затем некоторое время кипятили. На графике изображена зависимости температуры воды от полученной энергии. (Удельная теплоёмкость воды — 4200 Дж/(кг · °С), удельная теплота парообразования — 2,3 · 106 Дж/кг.)
Выберите два утверждения, которые верно описывают нагревание воды. Запишите номера, под которыми они указаны.
1) Начальная температура воды 0 °С.
2) На доведения воды до кипения потребовалось 75 с.
3) Воду кипятили 40 с.
4) Масса воды была около 320 г.
5) К концу процесса вся вода выкипела.
9. Мячик массой 200 г упал по вертикали с отвесной скалы, отскочил от земли и поднялся вертикально вверх. На рисунке представлен график зависимости модуля скорости мяча от времени в течение первых 9 с от начала движения.
На какую высоту поднимется мяч после удара о землю? Запишите решение и ответ. Сопротивлением воздуха пренебречь.
10. Ученик исследовал зависимость силы Архимеда от объёма погружённой в жидкость части тела. В таблице представлены результаты измерений объёма погружённой части тела и силы Архимеда с учётом погрешностей измерений.
Какова приблизительно плотность жидкости, в которую опускали тело?
11. Для проведения опыта учитель взял простой железный гвоздь, обмотал его изолированной проволокой и подключил её к батарейке. Далее он обратил внимание учеников на ориентацию магнитной стрелки вблизи полученной катушки (см. рисунок).
С какой целью был проведён данный опыт?
12. Вам необходимо исследовать, как зависит емкость конденсатора от площади обкладок. Имеется следующее оборудование:
— набор из четырех конденсаторов с разными обкладками, но одинаковым расстоянием между ними;
— источник постоянного напряжения.
Опишите порядок проведения исследования.
1. Зарисуйте или опишите экспериментальную установку.
2. Опишите порядок действий при проведении исследования.
13. Установите соответствие между устройствами и видами волн, которые используются в этих устройствах. Для каждого устройства из первого столбца подберите соответствующий вид волн из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
А) прибор для получения мутаций различных видов растений в сельском хозяйстве
Б) прибор в акушерстве для диагностических исследований развития плода
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
14. Какое физическое явление лежит в основе работы беспроводной «мыши» ?
Для создания и работы большинства беспроводных устройств используются радиоволны, которые и переносят необходимую информацию. Говоря простым языком, в работу беспроводных устройств заложены основные принципы радиосвязи. Диапазон радиоволн довольно большой. Поэтому возможностей для беспроводных технологий очень много. Беспроводная «мышь» приобрела очень большую популярность из-за отсутствия жёсткой привязки к компьютеру и возможности работать на больших дистанциях, чем позволяет провод, соединяющий «мышь» с компьютером. В зависимости от используемой частоты различают три модификации «мыши»: работа на частоте 28 МГц, Bluetooth и частоте 2,5 ГГц. Производство компьютерных «мышек» на частоте 28 МГц уже практически прекращено, так как эта относительно низкая частота легко экранируется другими предметами и не обеспечивает достаточного быстродействия. Высокая частота 2,5 ГГц обеспечивает работу на достаточно большом расстоянии и на этом расстоянии сохраняет высокую работоспособность.
15. Выберите из предложенного перечня два верных утверждения и запишите номера, под которыми они указаны.
1) Для работы беспроводной «мыши» не требуются внутренние аккумуляторы.
2) Для работы беспроводной мыши на частоте 2,5 ГГц требуется подключение дополнительного приёмно-передающего модуля.
3) Работа беспроводных устройств осуществляется за счёт передачи и приёма информации электромагнитными волнами.
4) С помощью беспроводной «мыши» можно работать на очень большом удалении от базового компьютера.
5) Частота радиоволны 2,5 ГГЦ более устойчива к преградам и помехам на пути распространения.
16. Что змея ночью обнаружит на более удалённом расстоянии: спящую кошку или чайник с кипятком?
Прочитайте текст и выполните задания 16, 17 и 18.
Инфразрение
У холоднокровных животных возможно существование инфраглаза. Тепловые «глаза» змеи, получившие название «лицевые ямки», представляют собой специализированные органы, чувствительные к инфракрасному излучению внешних объектов. Лицевые ямки, как правило, расположены впереди и чуть ниже обоих глаз змеи, а их число зависит от вида змеи и может достигать 26 (у питона).
Наиболее изучены лицевые ямки гремучей змеи. Чувствительность лицевой ямки такова, что она может обнаружить человеческую руку или живую мышь на расстоянии 0,5 м. Змея производит бросок тогда, когда температура чувствительной мембраны лицевой ямки повышается всего лишь на 0,003 °С.
Глаз-термометр, в отличие от глаза, реагирующего на видимый свет, не содержит линзы, и своей конструкцией напоминает камеру-обскуру (см. рис.). Диаметр термочувствительной мембраны, как правило, более чем в 2 раза превышает диаметр внешнего отверстия лицевой ямки. Это обеспечивает частичную фокусировку изображения на поверхности мембраны. Однако, каждая такая ямка обладает лишь примитивной фокусирующей способностью: она даёт возможность различать два отдельных инфракрасных источника только тогда, когда угол между направлениями на них составляет 30–60°. В то же время использование змеей одновременно нескольких таких ямок, имеющих различные перекрывающие друг друга зоны обзора, позволяет значительно лучше локализовать направление на цель после обработки мозгом информации от всех терморецепторов.
17. Какой элемент инфраглаза змеи выполняет ту же функцию, что и сетчатка глаза человека?
18. Известно, что максимум собственного теплового излучения тела человека приходится на длины волн 9–10 мкм, что соответствует инфракрасному излучению. Объясните, почему человек не обладает инфразрением.
1. Прочитайте перечень понятий, с которыми Вы встречались в курсе физики:
относительная влажность воздуха, барометр-анероид, гигрометр,
внутренняя энергия, фаза колебаний, мензурка.
Разделите эти понятия на две группы по выбранному Вами признаку. Запишите в таблицу название каждой группы и понятия, входящие в эту группу.
Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона имеют бoльшую длину волны чем радиоволны
Видео: Особенности распространения радиоволн [ РадиолюбительTV 16]
Свет против радиоволн
Энергия — одна из основных составляющих Вселенной. Он сохраняется во всей физической вселенной, никогда не создавался и никогда не разрушался, но трансформируется из одной формы в другую. Человеческие технологии, прежде всего, основаны на знании методов манипулирования этими формами для получения желаемого результата. В физике энергия является одним из основных понятий исследования наряду с материей. Электромагнитное излучение было всесторонне объяснено физиком Джеймсом Кларком Максвеллом в 1860-х годах.
Электромагнитное излучение можно рассматривать как поперечную волну, в которой электрическое поле и магнитное поле колеблются перпендикулярно друг другу и направлению распространения. Энергия волны находится в электрическом и магнитном полях, и, следовательно, электромагнитные волны не нуждаются в среде для распространения. В вакууме электромагнитные волны распространяются со скоростью света, которая является постоянной (2,9979 x 10 8 РС -1 ). Интенсивность / напряженность электрического поля и магнитного поля имеют постоянное соотношение, и они колеблются в фазе. (т.е. пики и впадины возникают одновременно во время распространения)
Электромагнитные волны имеют разные длины волн и частоты. В зависимости от частоты свойства, отображаемые этими волнами, различаются. Поэтому мы назвали разные частотные диапазоны разными именами. Свет и радиоволны — это два диапазона электромагнитного излучения с разными частотами. Когда все волны перечислены в порядке возрастания или убывания, мы называем это электромагнитным спектром.
Световые волны
Свет — это электромагнитное излучение с длинами волн от 380 до 740 нм. Это диапазон спектра, к которому наши глаза чувствительны. Таким образом, люди видят вещи в видимом свете. Восприятие цвета человеческим глазом основано на частоте / длине волны света.
С увеличением частоты (уменьшением длины волны) цвета меняются от красного до фиолетового, как показано на диаграмме.
Область за пределами фиолетового света в спектре ЭМ известна как ультрафиолет (УФ). Область под красной областью известна как инфракрасная, и в этой области происходит тепловое излучение.
Солнце излучает большую часть своей энергии в виде ультрафиолетового и видимого света. Следовательно, жизнь, возникшая на Земле, очень тесно связана с видимым светом как источником энергии, средством визуального восприятия и многим другим.
Радиоволны
Область — это электромагнитный спектр ниже инфракрасной области, известной как радиообласть. Эта область имеет длины волн от 1 мм до 100 км (соответствующие частоты от 300 ГГц до 3 кГц). Этот регион делится на несколько регионов, как показано в таблице ниже. Радиоволны в основном используются для связи, сканирования и визуализации.
Название группы
Сокращенное название
Полоса ITU
Частота и длина волны в воздухе
использование
Чрезвычайно низкая частота
Естественный и техногенный электромагнитный шум
Чрезвычайно низкая частота
100000 км — 10000 км
Связь с подводными лодками
Сверхнизкая частота
10000 км — 1000 км
Связь с подводными лодками
Ультра низкая частота
1000 км — 100 км
Подводная связь, Связь в шахтах
Очень низкая частота
Навигация, сигналы времени, подводная связь, беспроводные пульсометры, геофизика
Низкая частота
Навигация, сигналы времени, длинноволновое AM вещание (Европа и часть Азии), RFID, любительское радио
Средняя частота
AM (средневолновые) передачи, любительское радио, лавинные маяки
Высокая частота
Коротковолновое вещание, гражданское радио, радиолюбительская радиосвязь и загоризонтная авиационная связь, RFID, загоризонтный радар, автоматическое установление связи (ALE) / радиосвязь ближнего вертикального падения (NVIS), морская и мобильная радиотелефонная связь
Очень высокая частота
FM, телевизионные передачи и связь земля-самолет и самолет-самолет в прямой видимости. Сухопутная мобильная и морская мобильная связь, любительское радио, метеорологическое радио
Сверхвысокая частота
Телевизионные передачи, микроволновые печи, микроволновые устройства / средства связи, радиоастрономия, мобильные телефоны, беспроводная локальная сеть, Bluetooth, ZigBee, GPS и двусторонние радиоприемники, такие как Land Mobile, FRS и GMRS, любительское радио
Сверхвысокая частота
Радиоастрономия, микроволновые устройства / связь, беспроводная локальная сеть, самые современные радары, спутники связи, спутниковое телевещание, DBS, любительское радио
Чрезвычайно высокая частота
Радиоастрономия, высокочастотное микроволновое радиореле, микроволновое дистанционное зондирование, любительское радио, оружие направленной энергии, сканер миллиметровых волн.
Терагерц или чрезвычайно высокая частота
300–3000 ГГц 1 мм — 100 мкм
Терагерцовая визуализация — потенциальная замена рентгеновскому излучению в некоторых медицинских приложениях, сверхбыстрая молекулярная динамика, физика конденсированных сред, терагерцовая спектроскопия во временной области, терагерцовые вычисления / связь, суб-миллиметровое дистанционное зондирование, любительское радио
В чем разница между световой волной и радиоволной?
• Радиоволны и свет являются электромагнитными излучениями.
• Свет излучается источником / переходом с относительно более высокой энергией, чем радиоволны.
• Свет имеет более высокие частоты, чем радиоволны, и имеет более короткие длины волн.
• И свет, и радиоволны демонстрируют обычные свойства волн, такие как отражение, преломление и т. Д. Однако поведение каждого свойства зависит от длины волны / частоты волны.
• Свет — это узкая полоса частот в ЭМ-спектре, в то время как радио занимает большую часть ЭМ-спектра, которая далее делится на различные области в зависимости от частот.
Разница между Инфракрасным и Ультрафиолетовым излучением
Ключевое различие между Инфракрасным и Ультрафиолетовым излучением заключается в том, что длина волны Инфракрасного излучения больше длины волны видимого света, тогда как длина волны Ультрафиолетового излучения короче длины волны видимого света.
Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение — это два типа электромагнитного излучения. Волны любого электромагнитного излучения имеют электрическое поле и магнитное поле и колеблются перпендикулярно друг другу. В зависимости от длины волны излучения существуют различные типы электромагнитного излучения, такие как гамма излучение, рентгеновское излучение, ультрафиолетовое излучение, видимое излучение, инфракрасное излучение, микроволновое излучение и радиоизлучение.
Шкала электромагнитного излучения
Содержание
- Обзор и основные отличия
- Что такое Инфракрасное излучение
- Что такое Ультрафиолетовое излучение
- В чем разница между Инфракрасным и Ультрафиолетовым излучением
- Заключение
Что такое Инфракрасное излучение?
Инфракрасное излучение — это та часть электромагнитного спектра, которая простирается от длинноволнового, или красного, конца диапазона видимого света до микроволнового диапазона, имеющий диапазон длин волн 0,74 мкм — 2000 мкм. Невидимое глазу, оно может быть обнаружено как ощущение тепла на коже. Инфракрасный диапазон обычно делится на три области: ближний инфракрасный IR-A (ближайший к видимому спектру), с длинами волн от 0,74 до 2,5 мкм (микрометр или микрон составляет 10 -6 метров); средний инфракрасный IR-B, с длинами волн от 2,5 до 50 мкм; и Дальний инфракрасный IR-C, с длинами волн от 50 до 2000 мкм. Большая часть излучения, испускаемого умеренно нагретой поверхностью, является инфракрасным излучением; оно образует непрерывный спектр. Молекулярное возбуждение также производит обильное инфракрасное излучение, но в дискретном спектре линий или полос.
Инфракрасное излучение собаки полученное с помощью тепловизора
В 1800 году Уильям Гершель провел эксперимент по измерению разницы в температуре между цветами в видимом спектре. Он поместил термометры в каждый цвет видимого спектра. Результаты показали увеличение температуры от синего до красного. Так, Гершель открыл инфракрасный свет, когда он заметил еще большие показания температуры сразу за красным спектром видимого света.
Мы можем ощущать некоторую инфракрасную энергию как тепло. Некоторые объекты настолько горячие, что они также излучают видимый свет, например, огонь. Другие объекты, такие как люди, не такие горячие и излучают только инфракрасные волны. Наши глаза не могут видеть эти инфракрасные волны, но инструменты, которые могут воспринимать инфракрасную энергию — такие как тепловизоры или инфракрасные камеры — позволяют нам «видеть» инфракрасные волны, излучаемые теплыми объектами, такими как люди и животные.
Область от 8 до 15 мкм называется учеными как термальным инфракрасным излучением, поскольку эти длины волн лучше всего подходят для изучения длинноволновой тепловой энергии, излучаемой нашей планетой. Многие объекты во вселенной слишком холодные и слабые, чтобы их можно было обнаружить в видимом свете, но их можно обнаружить в инфракрасном диапазоне. Ученые начинают открывать тайны более холодных объектов во вселенной, таких как планеты, холодные звезды, туманности и многие другие, изучая инфракрасные волны, которые они излучают.
Полярное сияние на Сатурне
Космический корабль Кассини сделал снимок сияния Сатурна с помощью инфракрасных волн. Полярное сияние показано синим, а подстилающие облака — красным. Эти полярные сияния уникальны, потому что они могут покрывать весь полюс, тогда как полярные сияния вокруг Земли и Юпитера, как правило, ограничены магнитными полями в кольцах, окружающих магнитные полюса. Большая и изменчивая природа этих сияний указывает на то, что заряженные частицы, исходящие от Солнца, испытывают некоторый тип магнетизма над Сатурном, который ранее не был изучен.
Инфракрасные волны имеют большую длину волны, чем видимый свет, и могут проходить через плотные области газа и пыли в пространстве с меньшим рассеянием и поглощением. Таким образом, инфракрасная энергия может также обнаружить объекты во вселенной, которые нельзя увидеть в видимом свете с помощью оптических телескопов. Для астрофизиков, изучающих вселенную, инфракрасные источники, такие как планеты, являются более прохладными по сравнению с энергией, излучаемой горячими звездами и другими небесными объектами. Ученые изучают инфракрасное излучение как тепловое излучение (или тепло) нашей планеты. Когда падающее солнечное излучение попадает на Землю, часть этой энергии поглощается атмосферой и поверхностью, тем самым нагревая планету. Это тепло излучается с Земли в виде инфракрасного излучения. Приборы на борту спутников Земли могут воспринимать это излучаемое инфракрасное излучение и использовать полученные измерения для изучения изменений температуры поверхности суши и моря.
Что такое Ультрафиолетовое излучение?
Ультрафиолетовое излучение — это часть электромагнитного спектра, простирающаяся от фиолетового или коротковолнового конца диапазона видимого света до рентгеновской области. Ультрафиолетовое (УФ) излучение не обнаруживается человеческим глазом, хотя, когда оно падает на определенные материалы, оно может вызвать их флуоресценцию, т.е. они излучают электромагнитное излучение с более низкой энергией, например видимый свет. Однако многие насекомые способны видеть ультрафиолетовое излучение.
Проникновение ультрафиолетового излучения от солнца сквозь атмосферу Земли
Ультрафиолетовое излучение лежит между длинами волн около 400 нанометров на стороне видимого света и около 10 нм на стороне рентгеновского излучения, хотя некоторые авторитетные источники расширяют предел до 4 нм. Данный диапазон соответствует частотам 7,5⋅10 14 —3⋅10 16 Гц. В физике ультрафиолетовое излучение традиционно делится на четыре области: ближняя (400–300 нм), средняя (300–200 нм), дальняя (200–100 нм) и экстремальная (ниже 100 нм). Основываясь на взаимодействии длин волн ультрафиолетового излучения с биологическими материалами, были обозначены три подгруппы: Ультрафиолет А (UVA): 400–315 нм, также называемый черный свет; Ультрафиолет B (UVB): 315–280 нм, ответственный за наиболее известные воздействия излучения на организмы; а также Ультрафиолет С (UVC): 280–100 нм, который не достигает поверхности Земли.
Ультрафиолетовое излучение создается высокотемпературными поверхностями, такими как Солнце, в непрерывном спектре, а также при атомном возбуждении в газоразрядной трубке в виде дискретного спектра длин волн. Большая часть ультрафиолетового излучения в солнечном свете поглощается кислородом в атмосфере Земли, которая образует озоновый слой нижней стратосферы. Из ультрафиолета, который достигает поверхности Земли, почти 99 процентов — это ультрафиолет А (UVA).
Однако, когда озоновый слой становится тонким, больше УФ-излучения достигает поверхности Земли и он может оказывать опасное воздействие на организмы. Например, исследования показали, что ультрафиолетовое излучение проникает через поверхность океана и может быть смертельным для морского планктона на глубине 30 метров в чистой воде. Кроме того, ученые сделали вывод, что повышение уровня ультрафиолета B (UVB) в Южном океана в период между 1970 и 2003 годами был тесно связан с одновременным сокращением рыб, криля (морские ракообразные) и других морских организмов.
Ультрафиолетовое излучение обладает низкой способностью проникновения, следовательно, его непосредственное воздействие на организм человека ограничено поверхностью кожи. Эффекты этого воздействия включают покраснение кожи (солнечные ожоги), развитие пигментации (загар) и старение. Ультрафиолетовые солнечные ожоги могут быть слабыми, вызывая только покраснение и болезненность, или они могут быть настолько сильными, что могут привести к образованию волдырей, отечности, просачиванию жидкости и отслоению наружной кожи. Кровеносные капилляры (мелкие сосуды) в коже расширяются со скоплениями красных и белых кровяных клеток и появляется красная окраска.
Эффект загара в солярии основан на излучении ультрафиолетовых ламп
Загар — это естественная защита тела, основанная на меланине, чтобы помочь защитить кожу от дальнейших травм. Меланин — это химический пигмент в коже, который поглощает ультрафиолетовое излучение и ограничивает его проникновение в ткани. Загар появляется, когда пигменты меланина в клетках в более глубокой части ткани кожи активируются ультрафиолетовым излучением, и клетки мигрируют к поверхности кожи. Когда эти клетки умирают, пигментация исчезает. Люди со светлой кожей имеют меньше меланинового пигмента и поэтому в большей степени испытывают вредное воздействие ультрафиолетового излучения. Применение солнцезащитного крема на коже может помочь блокировать поглощение ультрафиолетового излучения у таких людей.
Постоянное воздействие солнечного ультрафиолетового излучения вызывает большинство изменений изменения кожи, обычно связанное со старением, такие как морщины, утолщение и изменения пигментации. Кроме того, появляется гораздо более высокиц риск рака кожи, особенно у людей со светлой кожей.
Три основных вида рака кожи, базальноклеточный и плоскоклеточный рак и меланома, часто связаны с длительным воздействием ультрафиолетового излучения и, вероятно, являются результатом изменений, генерируемых в ДНК клеток кожи ультрафиолетовыми лучами.
Ультрафиолетовое излучение также оказывает положительное влияние на организм человека. Оно стимулирует выработку витамина D в коже и может использоваться в качестве терапевтического средства при таких заболеваниях, как псориаз. Благодаря своим бактерицидным свойствам на длинах волн 260–280 нм ультрафиолетовое излучение используется в качестве инструмента исследования и как метод стерилизации. Флуоресцентные лампы используют способность ультрафиолетового излучения взаимодействовать с материалами, известными как люминофоры, которые испускают видимый свет; по сравнению с лампами накаливания, люминесцентные лампы являются более энергоэффективной формой искусственного освещения.
В чем разница между Инфракрасным и Ультрафиолетовым излучением?
Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение — это два типа электромагнитного излучения. Основное различие между инфракрасным и ультрафиолетовым излучением состоит в том, что длина волны инфракрасного излучения длиннее, чем у видимого света, тогда как длина волны ультрафиолетового излучения короче, чем длина волны видимого света.
Длина волны у инфракрасного излучения от 0,74 мкм до 2000 мкм, тогда как у инфракрасного излучения от 10 до 400 нм.
Кроме того, ИК-излучение имеет диапазон частот от 430 ТГц до 300 ГГц, а УФ-излучение имеет диапазон частот от 30 до 750 ТГц.
Заключение — Инфракрасное и Ультрафиолетовое излучение
Инфракрасное и Ультрафиолетовое излучение — это два типа электромагнитного излучения. Основное различие между Инфракрасным и Ультрафиолетовым излучением состоит в том, что длина волны инфракрасного излучения длиннее, чем у видимого света, тогда как длина волны Ультрафиолетового излучения короче, чем длина волны видимого света.