БИЛЕТ № 21

1. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны. Волно¬вые свойства света. Раз точные виды электромагнитных излучений и их практическое применение

вторяется, t заряда в J53 г. анг-

баний v

га колсба-

эательном

векторной

:илы тока, 2), опере-

из основ- шоприем-

строение тружины

о бо ру- ia6op гру- [на, закре* пружины ка с мил- эинадлеж-

сазано на

ютом два

ько удли-

ги грузов ужины:

илы упру*

Английский ученый Дж. Максвелл в 1864 г. теоретически предсказал существование электромагнитного поля. Немецкий физик Г. Герц в 1887 г практически доказал, что между изменяющимся во времени электрическим 

полем и полем магнитным существует взаимосвязь. Переменное электриче¬ское поле порождает переменное магнитное поле (магнитоэлектрическая индукция), а переменное магнитное иоле порождает переменное элекгриче- ское поле (электромагнитная индукция). В результате в соседних областях пространства возникает единое электромагнитное поле. Электромагнитное поле может распространяться от одной области к другой и в отсутствии вещества между ними. Возникает волновой процесс переноса энергии элек¬тромагнитного поля без переноса вещества.

Электромагнитная волна — переменное электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве.

Максвелл рассчитал скорость распространения в вакууме электромаг-

нитных волн. Эта скорость совпадает со скоростью света с — 3 10 м'с. Ис¬точником электромагнитной волны является переменный ток.

Излучение электромагнитных волн возникает при ускоренном движении электрических зарядов.

Энергия излучаемой электромагнитной-волны пропорциональна квадра¬ту ускорения излучающей заряженной частицы:

Расстояние, на которое распространяется волна за время одного пе¬риода, называют длиной волны ( X ).

При постоянной скорости распространения волны за период она прохо¬дит расстояние X = и Т. Диапазон частот, излучаемых электромагнитными волнами, от звуковых частот (0 - I04 Гц) до у -излучения (3 -1С Гц).

Видимый свет — единственный диапазон электромагнитных волн, во принимаемый человеческим глазом. Световые волны занимают достаточ

узкий диапазон: 380-780 нм (v = 3,85 ■ 1014 -7,89 1014 Гц ).

Источником видимого света являются валентные электроны в атом~ и молекулах; изменяющие свое положение в пространстве, а также св водные заряды, движущиеся ускоренно. Именно эта часть спектра дает чс ловеку зрительное восприятие окружающего мира.

По своим физическим свойствам световые волны аналогичны други волнам электромагнитного спектра. Излучение, имеющее разную длин; волны (частоты) в диапазоне видимого света, оказывает физиологически воздействие на сетчатку человеческого глаза, вызывая ощущение цвет Например, электромагнитное излучение в диапазоне длин вол! Л =620-780 нм вызывает у человека ощущение красного цвета. В спек-

видимого света семь основных цветов: красный, оранжевый, желтый, зел ный, голубой, синий и фиолетовый.

Пс

НЫ И I

3Kcnej волны светок щение

KOTOpi

В :

ту. В с

и мап лярны

светов ского I топлас Пр

ВОЛНЫ

деленн Св* рентнь интер(} Ее г

НЫ OJ и сти рас циальп На гра (прело? ный по В д

ВЫХ Ы

(л = о;: персме] больши Ми.

тот 1109

сокоча*

ния спи вещест микров< Ин<]

3-I011-

ИК-. лем. Ис веществ

Видимый свет влияет на протекание химических реакций в организм животных и человека. Например, голубой свет вызывает деление билир; бина. Поглощение растениями углекислого газа в результате процесса тосинтеза и выделение кислорода способствует поддержанию биоло! ич ской жизни на Земле. Это оказывается возможным благодаря энергии, и лучаемой естественным источником видимого света — Солнцем. 

После того как Герц экспериментально получил электромагнитные вол¬ны и измерил их скорость, электромагнитная теория света получила первое экспериментальное подтверждение. Было доказано, что электромагни гныл волны при своем распространении обнаруживают тс же свойства, что и световые: отражение, преломление, интерференцию, поляризацию, погло¬щение, дифракцию. Электромагнитные процессы подчиняются законам, которые были открыты Максвеллом.

В электромагнитной волне векторы Е и В перпендикулярны друг дру¬гу. В естественном свете колебания напряженности электрического поля Е

и магнитной индукции В происходят по всем направлениям, перпендику¬лярным направлению распространения волны. За направление колебаний в

световой волне принято направление вектора напряженности Е электриче¬ского поля, так как экспериментально доказано, что на сетчатку глаза, фо¬топластинку действует именно электрическое поле световой волны.

При пропускании света через кристаллы было доказано, что световые волны поперечны. Световая волна, в которой колебания происходят в опре¬деленной плоскости, называется поляризованной.

Световые волны, имеющие постоянную разность фаз, называют коге¬рентными. При наложении когерентных волн друг на друга наблюдается интерференция света.

Если размеры препятствий соизмеримы с длиной волны, световые вол¬ны огибают препятствия. Это явление отступления света от прямолинейно¬сти распространения получило название дифракции света. С помощью спе¬циальной дифракционной решетки можно измерять длину световой волны. На границе раздела двух сред световая волна изменяет свое направление (преломляется). Отношение скоростей света в этих средах есть относитель¬ный показатель преломления двух сред.

В диапазоне частот электромагнитных волн помимо звуковых и свето¬вых волн существуют радиоволны диапазона частот 2-104 -109 Гц

(А = 0,3- 1,5 • 104 м). Большая частота радиоволн (источником является

переменный ток) позволяет использовать их для передачи информации на большие расстояния (радиовещание, телевидение, радиолокация).

Микроволновое излучение возникает в диапазоне час¬тот 109 - 3 ■ 1011 Гц (/1 = 1 мм - 0,3 м). Такое излучение называют сверхвы¬сокочастотным (СВЧ). Источник С В Ч-излучения — изменение направле¬ния спина валентного электрона атома или скорости сращения молекул вещества. СВЧ-излучение используют для космической связи, в бытовых микроволновых СВЧ-печах.

Инфракрасное излучение имеет частотный диапазон

3-Ю11-3,85-10]АГц (Л = 780нм-1 мм).

тектриче- гричсская декгриче- областях шгнитное гсутствии >гии элск-

юе поле,

ектромаг- >8м/с. Ис-

соренном

са квадра-

>дного ле¬на прохо- гнитными

и).

волн, вос- остаточно

в атомах 2кже сво- а дает че-

ы другим уто длину огическое ие цвета. ин волн В спектре

тый, зеле-

рганизмах ie билиру- >цесса фо- >иологиче- ергии, ИЗР

ИК-излучение было открыто в 1800 г. английским астрономом Г'ерше- лем. Источник инфракрасного излучения — колебание и вращение молекул вещества, поэтому инфракрасное излучение дают нагретые тела, молекулы 

которых движутся особенно интенсивно. ИК-излучение применяют дли измерения температуры различных объектов, в биноклях ночного виденю для прогноза урожая в сельском хозяйстве, в медицине для обнаружения инородных образований в организмах, для дистанционного управленш аудио- и видеоаппаратурой.

Ультрафиолетовое излучение занимает диапазон часта 8-10и-3 10,6Гц (Я = 10-380 нм). Это излучение было открыто в 1801 г|

немецким ученым Риттсром. Он экспериментально обнаружил, что хлори стое серебро чернеет не только под действием видимого света, но еще болей эффективно оно чернеет в области, находящейся за фиолетовой часты спектра. Это невидимое излучение и было названо ультрафиолетовым.

Ультрафиолетовое излучение дают валентные электроны атомов молекул, а также ускоренно движущиеся свободные заряды. У Ф-излучсний в малых дозах синтезирует витамин Д в организме, обладает бактерицид» ным действием, уничтожает микроорганизмы. В больших дозах ультрафио- лотовое излучение может вызвать ожег кожи, раковые новообразован™ ослабить иммунную систему организма.

Рентгеновское излучение возникает в диапазоне чаете 3 1016-3 1020Гц (А = 10~12 -10 8м). Рентгеновское излучение были

открыто в 1895 г. немецким физиком Рентгеном. Источник рентгеновског1 излучения — изменение состояния электронов внутренних оболочек атомо( или молекул, а также ускоренно движущиеся свободные электроны Рснт-j геновскос излучение обладает большой проникающей способностью и ш шло применение в рснтгеноструктурнои анализе кристаплических решето» при изучении структуры молекул, в дефектоскопии, в лечебной и диагш стической медицине, криминалистике, в астрономии.

Гамма-излучение — самое высокочастотное излучение, его частот

v = 3 10 Гц, что соответствует длинам волн X —10м.

Y -излучение было открыто французским ученым П. Вилларом в 1900

Как и свет это излучение не отклоняется магнитным полем.

Источником у -излучения является изменение энергетического состоу

ния атомного ядра, а также ускорение свободных заряженных частиц.

Это излучение обладает самой большой проникающей способиосты Оно проходит через метровый слой бетона, слой свинца толщиной нсскол! ко сантиметров. Практически все у -излучение, приходящее к нам из кос-|

моса, поглощается атмосферой Земли.

2. Качественная задача по теме «Строение газов, жидкостей твердых тел»

Чем отличаются агрегатные состояния веществ друг от друга? Молекулы одного и того же вещества в твердом, жидком и газообраз-] ном состоянии не отличаются друг от друга. Arpci атное состояние вещее ва определяется расположением, характером движения и взаимодействи молекул. 

 

В газах при атмосферном давлении расстояния мсжд\ молекулами мно¬го больше размера самих молекул. В связи с этим притяжение мс тек>л газа маю. Средняя кинетическая энергия молекул достаточна для того, чтобы преодотеть силы молекулярного притяжения. В силу этого газы занимают весь предоставленный объем.

В жидкостях и твердых телах плотность много больше плошости газа, молекулы расположены ближе друг к другу, и их кинетической энергии недостаточно для того, чтобы совершить работ) по преодолению си.1 моле¬кулярного притяжения. Молекулы в жидкостях и особенно в твердых телах не могут далеко удаляться друг от друга. Поэтому жидкости принимают форму сосуда, в который напита эта жидкость, а твердые тела сохраняют свою форму.

3. Текст по теме «Квантовая физика и элементы астрофизики», содержащий описание физических явлений или процессов, наблю¬даемых в природе или в повседневной жизни. Задание на понима¬ние физических терминов, определение явления, его признаков или объяснение явления при помощи имеющихся знании

Какие они, звезды? Важнейшим источником информации о большинстве небесных обьск- тов является их излучение. Наиболее ценные и разнообразные сведения о телах позволяет получить спектральный анализ их излучения. Этим мето¬дом можно установи гь качественный и количественный химический состав светила, его температуру, наличие магнитного поля, скорость движения по лучу зрения и многое другое. Спектральный анализ основан на явлении дисперсии света. Известно, что свет распространяется в виде электромаг¬нитных волн. Причем каждому цвету, входящему в спектр света, соответст¬вует определенная длина электромагнитной волны Длина волны света уве¬личивается от фиолетовых лучей до красных приблизительно от 0 4 то 0,7 мкм. За фиолетовыми лучами в спектре лежат ультрафиолетовые лучи, не видимые глазом, но действующие на фотопластинку. Еще меньшую длину волны имеют рентгеновские лучи. За красными лучами находится область инфракрасных лучей. Они невидимы, но воспринимаются приемниками ин¬фракрасного излучения, например, специальными фотопластинками.

Для получения спектров применяют приборы, называемые спектроско¬пом и спектрографом. В спектроскоп спектры рассматривают, а спектро¬графом его фотографируют. Для спектрального анализа различных видов излучения в астрофизике используют и более сложные приборы. Достаточ¬но протяженные плотные газовые массы звезд дают непрерывные сплош¬ные спектры в виде радужных полосок. Каждый газ излучает свет строго определенных длин волн и дает характерный для данного химического эле¬мента линейчатый спектр. Наблюдения показывают, что звезцы порой ме¬няют свои блеск. Изменения в состоянии газа дают изменения и в спектре данного газа. По уже составленным таблицам с перечнем линий для каждо¬го газа и с указанием яркости каждой линии определяют количественный и качественный состав небесных светил

ю состоя-

I cmiiif. обностью, й несколь- ам из кос-

[костей и

газообраз- ю вешест- одсйствш

4-5611 

Ответьте на вопросы к текст) ■ 1. Как определяется химический состав звезд?

2 Как определяется качественный состав звезд?

3 Можно ли считать качественный анализ по спектрам излучения точ¬ным0

Рис. 22 1

4 Чем отличается спектроскоп от спектрографа?

by Ivan Domanov © 2024