Шкала излучений: Шкала электромагнитных волн — урок. Физика, 9 класс.

Обобщающий урок «Шкала электромагнитных излучений»

Цель урока: обеспечить в ходе урока повторение основных законов, свойств электромагнитных волн;

Образовательная: Систематизировать материал по теме, осуществить коррекцию знаний, некоторое  ее углубление;

Развивающая: Развитие устной речи учащихся,  творческих навыков учащихся, логики, памяти; познавательных способностей;

Воспитательная: Формировать интерес учащихся к изучению физики. воспитывать аккуратность  и навыки рационального использования своего  времени;

Тип урока: урок повторения и коррекции знаний;

Оборудование :  компьютер, проектор, презентация «Шкала электромагнитных излучений», диск « Физика. Библиотека наглядных пособий».

Ход урока:

1. Объяснение нового материала.

1. Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 1013 м (низкочастотные колебания) до 10 -10 м (

g- 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.
   2.  Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и g-излучение. Со всеми этими излучениями, кроме g-излучения, вы уже знакомы. Самое коротковолновое g-излучение испускают атомные ядра.
3. Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны, в конечном счете, по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.
  4.  Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.
   5.  Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь это относится к рентгеновскому и g-излучениям, сильно поглощаемом атмосферой.
   6.   По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.
7. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно g-лучи) поглощаются слабо. Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны. Но главное различие между длинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что
коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц.

Обобщим знания о волнах и  запишем все виде таблиц. 

1. Низкочастотные колебания

  Низкочастотные колебания
Длина волны(м) 1013  —  105
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)

2. Радиоволны

 

   Радиоволны
Длина волны(м)
  10 5  —  10 -3
Частота(Гц) 3 ·103 — 3 ·10 11
Энергия(ЭВ) 1,24 ·10-10  — 1,24 · 10 -2
Источник  Колебательный контур
Макроскопические вибраторы
Приемник Искры в зазоре приемного вибратора
Свечение газоразрядной трубки, когерера
История открытия  Феддерсен ( 1862 г.), Герц ( 1887 г.), Попов , Лебедев, Риги
 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 ·1011  — 3 ·10 14
Энергия(ЭВ) 1,24· 10 -2 – 1,65
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  Рубенс и 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,

4. Видимое излучение

   Видимое излучение
Длина волны(м) 6,7· 10-7  — 3,8 ·10 -7
Частота(Гц) 4·  1014  — 8· 1014
Энергия(ЭВ) 1,65 – 3,3 ЭВ
Источник  Солнце, лампа накаливания, огонь
Приемник Глаз, фотопластинка, фотоэлементы, термоэлементы
История открытия Меллони
 Применение Зрение
Биологическая жизнь

5. Ультрафиолетовое излучение

  Ультрафиолетовое излучение
Длина волны(м)   3,8 10 -7  —  3 ·10 -9
Частота(Гц) 8 ·1014  —  10 17
Энергия(ЭВ) 3,3 – 247,5 ЭВ
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

6. Рентгеновское излучение

  Рентгеновское излучение
Длина волны(м)    10 -9  —  3 ·10 -12
Частота(Гц)
3 ·1017  — 3 ·10 20
Энергия(ЭВ) 247,5 – 1,24 ·105 ЭВ
Источник Электронная рентгеновская трубка ( напряжение на аноде – до 100 кВ. давление в баллоне – 10-3 – 10-5 н/м2, катод – накаливаемая нить . Материал анодов W,Mo, Cu, Bi, Co, Tl и др.
Η = 1-3%,  излучение – кванты большой энергии)
Солнечная корона
Приемник Фотопленка,
Свечение некоторых кристаллов
История открытия В. Рентген , Милликен
 Применение Диагностика и лечение заболеваний ( в медицине), Дефектоскопия ( контроль внутренних структур, сварных швов)

7. Гамма — излучение

  Гамма — излучение
Длина волны(м)   3,8 ·10 -11  — меньше
Частота(Гц) 8· 1014  —   больше
Энергия(ЭВ) 9,03 ·103 – 1, 24 ·1016 ЭВ
Источник Радиоактивные атомные ядра, ядерные реакции, процессы превращения вещества в излучение
Приемник счетчики
История открытия  
 Применение Дефектоскопия;
Контроль технологических процессов;
Терапия и диагностика в медицине

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. Все это служит подтверждением закона диалектики (переход количественных изменений в  качественные ).

  Приложение 1 шкала электромагнитных излучений.ppt

Приложение 2

Литература:

  1. « Физика- 11» Мякишев 
  2. Диск «Уроки физики Кирилла и Мефодия. 11 класс»( ))) «Кирилл и Мефодий, 2006)
  3. Диск « Физика. Библиотека наглядных пособий. 7-11 классы»( ( 1С: «Дрофа» и «Формоза» 2004)
  4. Ресурсы Интернета

Шкала электромагнитных излучений: свойства и особенности

 

Многие уже знают о том, что длина электромагнитных волн, бывает совершенно разной. Значения длины волн могут быть от 103 метров (у радиоволн) до десяти сантиметров в случае рентгеновского излучения.

Световые волны – это очень маленькая часть широчайшего спектра электромагнитных излучений (волн).

Именно при изучении этого явления, были сделаны открытия, открывающие глаза ученых на другие виды излучений, обладающие довольно необычными и ранее неизвестными науке свойствами.

Электромагнитные излучения

Кардинальной разницы между различными видами электромагнитных излучений нет. Все они представляют электромагнитные волны, которые образуются за счет заряженных частиц, скорость движения которых больше, чем у частиц находящихся в нормальном состоянии.

Обнаружить электромагнитные волны можно проследив за их действием на другие заряженные частицы. В абсолютном вакууме (среда с полным отсутствием кислорода), скорость перемещения электромагнитных волн равна скорости света – 300000 километров в секунду.

Границы, установленные на шкале измерений электромагнитных волн, довольно не постоянны, а точнее условны.

Шкала электромагнитных излучений

Электромагнитные излучения, обладающие самыми разнообразными показателями длины, друг от друга отличают по тому, каким способом они получены (тепловые излучения, антенные излучения, а также излучения, полученные в результате замедления скорости вращения так называемых «быстрых» электронов).

Также, электромагнитные волны – излучения, отличаются по методам их регистрации, одним из которых является шкала электромагнитных излучений.

Объекты и процессы, существующие в космосе, такие как звезды, черные дыры, появляющиеся в результате взрыва звезд, также порождают перечисленные виды электромагнитных излучений. Исследование этих явлений осуществляется с помощью искусственно созданных спутников, ракет, запускаемых учеными и космических кораблей.

В большинстве случаев, исследовательские работы направлены на изучение гамма и рентгеновских излучений. Изучение этого вида излучений практически невозможно в полной мере исследовать на поверхности земли, так как большая часть излучений, которые выделяет солнце, задерживает атмосфера нашей планеты.  

Уменьшение длины электромагнитных волн неизбежно приводит к довольно существенным качественным различиям. Электромагнитные излучения, обладающие различными показателями длины, имеют большое различие между собой, по способности веществ поглощать подобные излучения.

Излучения, обладающие низкими показателями длины волн (гамма лучи и рентгеновские излучения) слабо поглощаются веществами. Для гамма и рентгеновских лучей вещества являющиеся непрозрачными для излучений оптического диапазона, становятся прозрачными.

Одним из основных свойств, которые различают длинноволновые и коротковолновые излучения – это способность коротковолновых электромагнитных излучений обнаруживать свойства микрочастиц.

Нужна помощь в учебе?



Предыдущая тема: Рентгеновское излучение: открытие Х-лучей и их свойства
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspТеории Бора: основные постулаты и трудности теорий

Физика Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. Шкала электромагнитных волн

Видимое излучение (свет) далеко не исчерпывает возможные виды излучений. За границей видимого излучения находятся инфракрасное и ультрафиолетовое излучения.

Поставим опыт для того, чтобы исследовать распределение энергии в спектре электрической дуги. Когда мы перемещаем чувствительный прибор к красному концу спектра, легко обнаружить, как температура увеличивается. За красным концом спектра глаз уже не обнаруживает света, но если переместить туда пластину, она нагреется еще сильнее. Электромагнитные волны, которые вызывают этот нагрев, называются инфракрасными волнами. Они находятся за красным цветом спектра видимого излучения. Любое нагретое тело испускает эти лучи, в том числе и батареи отопления в квартирах.  Поэтому инфракрасные волны часто называют тепловыми. Инфракрасные волны имеют длины, превышающие длину волны красного света, именно поэтому их не воспринимает глаз. Максимум энергии излучения электрической дуги и лампы накаливания приходится на инфракрасные лучи.  Сегодня изготовляются бинокли и оптические прицелы, позволяющие видеть в темноте. Благодаря им не видимое глазом инфракрасное изображение объекта преобразуется в видимое.   Впервые биологическое действие инфракрасного излучения было обнаружено по отношению к растениям, животным.  В большинстве случаев подавлялось развитие микрофлоры, у людей и животных активизировался кровоток, поэтому ускорялись процессы обмена. Было доказано, что инфракрасные лучи оказывают одновременно болеутоляющее, антиспазматическое, противовоспалительное, циркуляторное, стимулирующее и отвлекающее действие. Исследования ученых показали, что наиболее полезное действие на организм человека оказывает именно длинноволновое инфракрасное излучение, особенно та его часть, так называемые «Лучи жизни» (длина волны 5-15 мкм). Именно в этом диапазоне и находится тепловое излучение человека.  На свойстве инфракрасных лучей поглощаться и отражаться некоторыми веществами не так, как видимый свет, основано их применение в судебно-экспертной практике. Например, фотографирование в инфракрасных лучах позволяет выявить подчистки в документах, читать залитые или замазанные тексты. Присутствие инфракрасного излучения можно обнаружить с помощью люминесценции. Известны некоторые кристаллофосфоры (твердые люминесцентные вещества), которые дают вспышки свечения под действием инфракрасного излучения. Наличие инфракрасного излучения было впервые обнаружено в 1800 году английским ученым Уильямом Гершелем. Гершель обнаружил, что в полученном им с помощью призмы спектре Солнца за границей красного, т.е. уже в невидимой области, температура термометра повышается. Термометр, помещённый в эту область, показывал большую температуру, чем контрольный термометр. Далее было доказано, что излучение в этой области подчиняется законам оптики, а значит имеет ту же природу, что и солнечный свет. Свою проделанную работу он описал в книге «Опыты по преломляемости невидимых солнечных лучей». За фиолетовым концом спектра прибор также обнаружит повышение температура, но, правда, очень незначительное. Следовательно, существуют электромагнитные волны с длиной волны меньшей, чем у фиолетового света. Они называются ультрафиолетовыми.  Обнаружить ультрафиолетовое излучение можно с помощью экрана, покрытого люминесцирующим веществом. Экран начинает светиться в той части, где освещается лучами, лежащими за фиолетовой областью спектра. Ультрафиолетовое излучение имеет высокую химическую активность. Например, если спроектировать спектр в затемненном помещении на фотобумагу, можно заметить какую повышенную чувствительность имеет фотоэмульсия к ультрафиолетовому излучению. После проявления бумага почернеет за фиолетовым концом спектра сильнее, чем в области видимого спектра. Хотя и ультрафиолетовые лучи не вызывают зрительных образов, но оказывают пагубное воздействие на сетчатку глаза. Ультрафиолетовое излучение Солнца недостаточно сильно поглощается верхними слоями атмосферы. Поэтому нужно носить хотя бы стеклянные очки, прозрачные для видимого спектра. Они защищают глаза от ультрафиолетового излучения, так как стекло сильно поглощает ультрафиолетовые лучи.
Впрочем, в малых дозах ультрафиолетовые лучи оказывают целебное действие. Умеренное пребывание на солнце полезно, особенно в юном возрасте; ультрафиолетовые лучи способствуют росту и укреплению организма. Кроме прямого действия на ткани кожи (образование защитного пигмента — загара, витамина D2), ультрафиолетовые лучи оказывают влияние на центральную нервную систему, стимулируя ряд важных жизненных функций в организме.  Ультрафиолетовые лучи оказывают также бактерицидное действие. Они убивают болезнетворные бактерии и используются с этой целью в медицине.
Приведем пример. Эксперт сфотографировал документ в ультрафиолетовых лучах. В результате удалось прочитать текст, невидимый при обычном свете. Как ему это удалось? Ультрафиолетовые лучи, подчиняясь общим законам поглощения, отражения и преломления электромагнитных волн, вместе с тем поглощаются и отражаются рядом веществ иначе, чем видимые лучи.   Одни вещества могут поглощать ультрафиолетовые лучи, другие, наоборот, беспрепятственно их пропускают, но в тоже время остаются непрозрачными для лучей видимого света. После воздействия ультрафиолетовых лучей многие вещества испускают видимый свет, иначе люминесцируют. При облучении   изучаемого объекта (например, картины или документа) ультрафиолетовыми лучами становятся видны детали, невидимые при обычном освещении. 
Другой пример. Можно получать фотографии в ультрафиолетовых лучах. Для этого на светочувствительный слой фотопластинки накладывают слой люминесцентного вещества, который преобразует невидимое излучение в видимое. Фотографии, полученные таким образом, оказываются более четкими, с большим количеством деталей. Может быть, и не все слышали об инфракрасных и ультрафиолетовых лучах, но о существовании рентгеновских лучей, конечно, знают все. Эти замечательные лучи проникают сквозь непрозрачные для обычного света тела.   Поглощение рентгеновских лучей пропорционально плотности вещества, поэтому с помощью рентгеновских лучей можно получать фотографии внутренних органов  человека. На этих фотографиях хорошо различимы кости скелета и места различных перерождений мягких тканей. Рентгеновские лучи широко используются в медицине. Немецкий физик Вильгельм Рентген открыл коротковолновое электромагнитное излучение — рентгеновские лучи в 1895 году. Рентген умел наблюдать, умел замечать новое там, где другие ученые до него не обнаруживали ничего примечательного. Этот особый дар помог ему сделать свое замечательное открытие.
В конце 19 века всеобщее внимание физиков привлек тот факт, что газовый разряд происходит при малом давлении.  При этих условиях в газоразрядной трубке возникали потоки очень быстрых электронов. В то время их называли катодными лучами. Природа таких лучей еще не была с достоверностью изучена и установлена. Понимали лишь, что они берут начало на катоде трубки.
Рентген занялся исследованием катодных лучей. Скоро он заметил, что фотопластинка вблизи разрядной трубки оказывалась засвеченной даже тогда, когда она была завернута в черную бумагу. После этого его поразило следующее явление. Бумажный экран, смоченный раствором платино-синеродистого бария, начинал светиться, если им обертывалась разрядная трубка. Даже когда рентген держал руку между трубкой и экраном, то на экране были видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний всей кисти руки. И тогда ученый понял, что при работе разрядной трубки возникает какое-то  неизвестное ранее сильно проникающее излучение. Он назвал его X-лучами. Впоследствии за этим излучением прочно укрепился термин «рентгеновские лучи».  Рентген Вильгельм жил и творил с 1845 по 1923 годы. Открытие им в 1895 году рентгеновских лучей оказало огромное влияние на все последующее развитие физики, в частности привело к открытию радиоактивности. Первая Нобелевская премия по физике была присуждено Рентгену. Также Рентген способствовал быстрому распространению практического применения своего открытия в медицине. Конструкция созданной им первой рентгеновской трубки сохранилась в основных чертах до настоящего времени. Лучи, открытые Рентгеном, действовали на фотопластинку и вызывали ионизацию воздуха. Но они заметным образом не отражались от каких – либо веществ и не испытывали преломления.
Возникает вопрос. Если рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны, то оно должно обнаруживать дифракцию – явление, присущее всем видам волн. 
Немецкий физик Макс Лауэ предложил, что длина волны рентгеновских лучей слишком мала для того, чтобы можно было обнаружить дифракцию этих волн на искусственно созданных препятствиях. Ведь нельзя сделать щели размером 10 в минус 8 степени см, поскольку таков размер самих атомов. Узкий пучок рентгеновских лучей был направлен на кристалл, за которым была расположена фотопластинка. При этом было обнаружено, как наряду с большим центральным пятном, которое давали лучи, распространяющиеся по прямой, возникли регулярно расположенные небольшие пятнышки вокруг центрального пятна. Появление этих пятнышек можно было объяснить только дифракцией рентгеновских лучей, которые прошли через упорядоченную структуру кристалла. Исследование дифракционной картины позволило определить длину волны рентгеновских лучей. Она оказалась меньше длины волны ультрафиолетового излучения и по порядку величины была равна размерам атома (10-8 см). Рентгеновские лучи нашли широкое практическое применение. В медицине они применяются для постановки правильного диагноза заболевания, а также для лечения раковых заболеваний. Весьма обширным является диапазон применения рентгеновских лучей в научных исследованиях.  По дифракционной картине, даваемой рентгеновскими лучами при их прохождении сквозь кристаллы, удается установить порядок расположения атомов в пространстве и тем самым определить структуру кристаллов. С помощью рентгеноструктурного анализа удается расшифровать строение сложнейших органических соединений, включая белки.  В частности, была определена структура молекулы гемоглобина, содержащей десятки тысяч атомов.  Эти достижения стали возможны лишь благодаря тому, что длина волны рентгеновских лучей очень мала. Длина волны равна размеру атома, поэтому удалось рассмотреть, изучить молекулярные структуры. Расшифровав дифракционную картину рентгеновского излучения, можно восстановить характер пространственного расположения атомов. Из других применений рентгеновских лучей отметим рентгеновскую дефектоскопию — метод обнаружения раковин в отливках, трещин в рельсах, проверки качества сварных швов и т. д.  Рентгеновская дефектоскопия основана на изменении поглощения рентгеновских лучей изделием при наличии в нем полости или инородных включений. В настоящее время для получения рентгеновских лучей разрабатываются все более совершенные устройства, называемые рентгеновскими трубками.  На рисунке изображена упрощенная схема электронной рентгеновской трубки. Вольфрамовый катод, свернутый в спираль, испускает электроны за счет термоэлектронной эмиссии. Цилиндр фокусирует поток электронов. Они затем соударяются с металлическим электродом (анодом). При этом появляются рентгеновские лучи. Напряжение между анодом и катодом достигает нескольких десятков киловольт. В трубке создается глубокий вакуум. В мощных рентгеновских трубках при торможении электронов выделяется большое количество теплоты. Поэтому анод приходится охлаждать проточной водой. В полезное излучение превращается лишь около 3% энергии электронов. Рентгеновские лучи имеют длины волн в диапазоне от 10 в минус 10 степени до 1 тысячной метров. Они обладают большой проникающей способностью и используются как в медицине, также и для исследования структуры кристаллов и сложных органических молекул. Свет составляет ничтожную часть широко спектра электромагнитных волн. Но именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами. 
Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи. Самое коротковолновое y-излучение испускают атомные ядра. Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны, в конечном счете, по их действию на заряженные частицы.
Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения и методам регистрации. Например, излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов. В вакууме же излучение любой длины волны распространяется с одной и той же скоростью, равной 300 000 км/с. Поэтому границы между отдельными  областями шкалы излучений весьма условны. 
Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами. Их успешно исследуют с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. Рентгеновское излучение из космоса сильно поглощается атмосферой Земли. По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.
Волны различной длины при излучении по-разному поглощаются веществом.  Коротковолновые рентгеновские излучения слабо поглощаются. Если вещество является непрозрачным для волн оптического диапазона, то оно также непрозрачно и для излучений этого диапазона. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны  
Коротковолновое излучение, в отличие от длинноволнового излучения, обнаруживает свойства частиц.  
 

Шкала электромагнитных волн

У того факта, что на свете не существует волн всех без исключения частот (от ν=0 Гц до ν=∞ Гц), есть объективные причины. Они заключаются в том, что световые волны обладают не только волновыми, но и корпускулярными свойствами, что накладывает на их длину определенные ограничения.

Ограничения длины волны

Согласно квантовой теории, испускание электромагнитного излучения происходит в виде порций энергии – квантов. Энергия квантов связана с их частотой.

Формула содержит постоянную Планка – h=6,62·10-34 Дж·c, а h=h3π=1,05·10-34 Дж·с – это постоянная Планка с чертой.

Из формулы можно сделать вывод о невозможности существования бесконечной частоты, поскольку квантов с бесконечной величиной энергии не бывает. Также данное выражение ограничивает и низкие частоты, поскольку энергия кванта имеет минимально возможное значение W0, следовательно, существует и минимальная частота, ниже которой волна иметь не может.

Замечание 1

Важно отметить, что пока не существует явных доказательств наличия нижней границы энергии у фотонов. В стабильных электромагнитных волнах между земной поверхностью и ионосферой отмечена минимальная частота, равная примерно 8 Гц.

Шкала электромагнитных волн

На сегодняшний день известно несколько типов электромагнитных волн. Их основные характеристики приведены в таблице:

Название Граница диапазона по длине волны λ Граница диапазона по энергии квантов W
гамма — излучение λ<1,2·10-3 нм W>1 МэВ
рентгеновское излучение 1,2·10-3 нм<λ<12 нм 100 эВ>W> 1 МэВ
ультрафиолетовое излучение 12 нм<λ<380 нм 3,2 эВ>W>100 эВ
видимый спектр излучения 380 нм<λ<760 нм 1,6 эВ>W>3,2 эВ
инфракрасное излучение 760нм<λ<106 нм 1,2·10-3 эВ>W>1,6 эВ
радиоволны λ>106 нм W<1,2·10-3 эВ

Шкала волн указывает на то, что каждый диапазон имеет свои индивидуальные особенности. Чем больше частота, тем сильнее проявляются корпускулярные свойства излучения.

В разных частях спектра электромагнитных излучений волны генерируются по-разному. Для изучения каждого типа волны существуют особые разделы физики. Различия между участками спектра заключаются не столько в физической природе волн, сколько в способах их приема и получения. Резкого перехода между ними, как правило, нет, возможно и перекрытие участков, поскольку границы условны.

Определение 1

Оптика изучает так называемый оптический диапазон электромагнитных волн – часть спектра с включением фрагментов зон инфракрасного и ультрафиолетового излучения, которая доступна человеческому глазу.

Определение 2

Кванты, которые присутствуют в видимой части излучения, называются фотонами.

Волны всего спектра электромагнитного излучения обладают как волновыми, так и квантовыми свойствами, однако те или иные свойства в зависимости от длины волн могут преобладать. Следовательно, для их изучения нужно пользоваться разными методами. Практическое применение у разных групп волн также различается в зависимости от длины.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Специфика различных видов электромагнитных волн

Оптический диапазон характеризуется слабым взаимодействием света и вещества, а также тем, что в нем выполняются законы геометрической оптики.

Замечание 2

На частоты ниже оптического диапазона законы геометрической оптики уже не распространяются, а высокочастотное электромагнитное поле либо пронизывает вещество насквозь, либо разрушает его.

Видимый свет очень важен для всего живого на Земле, особенно для процессов фотосинтеза. Радиоволны активно применяются в телевидении, радиолокационных процессах, радиосвязи, т.к. это самые длинные волны спектра, которые могут быть легко сгенерированы с помощью колебательного контура (сочетания индуктивности и емкости). Радиоволны могут испускаться атомами и молекулами – это свойство находит применение в радиоастрономии.

Можно сформулировать общее утверждение, согласно которому источником электромагнитных волн являются частицы в атомах и ядрах. Они заряжены и движутся ускоренно.

В 1800 г. В. Гершель изучил на практике инфракрасную область спектра. Он расположил термометр ближе к красному краю спектра и увидел, что температура начала расти, значит, термометр нагрелся излучением, невидимым глазу. Инфракрасное излучение можно перевести в видимую часть диапазона с помощью специальных приборов (например, на этом свойстве основаны приборы ночного видения). Любое нагретое тело является источником инфракрасного излучения.

Ультрафиолетовое излучение было открыто И. Риттером. Он нашел невидимые глазу лучи за фиолетовой частью спектра и обнаружил, что они могут воздействовать на определенные химические соединения и убивать некоторые виды бактерий. Это свойство нашло широкое применение в медицине. Являясь частью солнечных лучей, ультрафиолет оказывает воздействие на человеческую кожу, способствуя ее потемнению (появлению загара).

В. Рентген в 1895 г. обнаружил еще один вид излучения, который был позже назван в его честь. Рентгеновские лучи не видны глазу и могут проходить через толстые слои непрозрачного вещества без значительного поглощения. Они также могут воздействовать на фотопленку и вызывать свечение некоторых видов кристаллов. Рентгеновские лучи широко применяются в области медицинской диагностики, а их способность воздействовать на живые организмы весьма значительна.

Определение 3

Гамма-излучением называется излучение, возникающее при возбуждении атомных ядер и взаимодействии элементарных частиц.

Гамма-излучение имеет наименьшую длину волны, следовательно, корпускулярные свойства у него наиболее выражены. Его принято рассматривать в качестве потока гамма-квантов. Существует перекрытие рентгеновских и гамма-волн в области длин 10-10-10-14 м.

Пример 1

Условие: объясните, что выступает в качестве излучателя для разных видов электромагнитных волн.

Решение

Электромагнитные волны всегда излучаются движущимися заряженными частицами. Они движутся ускоренно в атомах и ядрах, значит, именно там будет находиться источник волн. Радиоволны испускаются молекулами и атомами (единственный вид излучения, который можно воссоздать искусственным путем). Инфракрасное – за счет колебаний атомов в молекулах (здесь имеют место тепловые колебания, усиливающиеся с ростом температуры). Видимый свет создается отдельными возбужденными атомами. Ультрафиолетовый свет также является атомарным. Рентгеновские лучи создаются за счет взаимодействия электронов с высокой кинетической энергией с ядрами атомов, а также за счет собственного возбуждения ядер. Гамма-лучи образуются за счет возбужденных ядер и взаимном превращении элементарных частиц.

Пример 2

Условие: вычислите частоты волн в видимом диапазоне.

Решение

К видимому диапазону относятся волны, воспринимаемые человеческим глазом. Границы зрения индивидуальны и находятся в пределе λ=0,38-0,76 мкм.

В оптике используются два основных вида частот. Первая из них – круговая – может быть определена как ω=2πT (Т — период колебания волны). Вторая определяется как ν=1T.

Значит, мы можем связать одну частоту с другой при помощи следующего соотношения:

ω=2πν.

Зная, что скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна c=3·108 мс, запишем:

λ=сT→T=λc.

В этом случае для границ видимого диапазона получим:

ν=cλ, ω=2πcλ.

Поскольку мы не знаем длины волн видимого света, то:

ν1=3·1080,38·10-6=7,9·1014 (Гц); v2=3·1080,76·1016=3,9·1014 (Гц);ω1=2·3,14·7,9·1014=5·1015 (с-1); ω2=2·3,14·3,9·1014=2,4·1015 (с-1).

Ответ: 3,9·1014 Гц.

Виды излучений. Шкала электромагнитных волн

У Солнца есть множество жарких,

сильных и невидимых лучей…

Невозможность увидеть невидимое

ещё не означает, что его нет.

Лукреций Кар

Данная тема посвящена изучению различных видов излучений, А также рассмотрению шкалы электромагнитных волн.

Электромагнитная волна — это распространяющееся в пространстве периодически изменяющееся электромагнитное поле.

Электромагнитное поле — это совокупность неразрывно связанных друг с другом электрического и магнитного полей.

Свет — это тоже электромагнитная волна, определенного (оптического) диапазона.

Известно, что электромагнитные волны, а, следовательно, и свет, излучаются при ускоренном движении заряженных частиц. При чем, эти заряженные частицы должны входить в состав атомов, из которых состоит вещество. Однако, не зная, как все-таки устроен атом, нельзя точно объяснить механизм излучения. Ясно лишь одно — внутри атома нет света, как нет звука в камертоне. Подобно камертону, который начинает звучать только при касании его молоточком, атомы могут рождать свет только после возбуждения. Иными словами, для того, чтобы атом начал излучать свет, ему необходимо передать определенное количество энергии. При излучении атом теряет часть энергии. Поэтому для длительного свечения вещества, необходимо, что бы эта потерянная энергия пополнялась извне.

Исходя из этого условия, самым распространенным видом излучений является тепловое, в котором потери атомом энергии на излучение света компенсируются за счет энергии теплового движения атомов излучающего тела.

Тепловое излучение — это излучение нагретых тел. Известно, что чем больше будет температура тела, тем быстрее в нем будут двигаться атомы. Сталкиваясь друг с другом, часть их энергии движения идет на возбуждение атомов, которые затем излучая свет, переходят в невозбужденное состояние.

Источниками теплового излучения являются Солнце, лампа накаливания, пламя костра и т.д.

Однако, источниками энергий, необходимых атому для излучения света, могут выступать и не тепловые источники.

Так, например, при разряде в газах электрическое поле сообщает электронам достаточно большую кинетическую энергию. Сталкиваясь с атомами, такие электроны передают им часть своей энергии. А возбужденные таким столкновением атомы отдают эту энергию в виде световых волн. Поэтому, разряд в газе сопровождается свечением, которое называется электролюминесценцией.

Примером такого свечение может служить полярное сияние, возбуждаемое потоком заряженных частиц, летящих от Солнца. Также явление электролюминесценции можно обнаружить и в трубках для рекламных надписей.

Твердые тела также могут излучать свет при бомбардировке их поверхности электронами. Такое свечение называется катодолюминесценцией. Примером проявления такого свечения может быть экран электронно-лучевой трубки телевизора.

Из курса химии известно, что некоторые химические реакции идут с выделением энергии. При этом часть этой энергии расходуется на излучение света. Однако источник света остается холодным, т.е. имеет температуру окружающей среды. Это явление называется хемилюминесценцией. Его так же не трудно отыскать в природе — это и светлячок, на теле которого горит маленький зеленый фонарик, и светящиеся бактерии, грибы и многие виды глубоководных рыб. Нередко светятся в темноте и кусочки гниющего дерева.

Еще совсем недавно говорилось о том, что падающий на вещество свет частично поглощается и частично отражается. При этом энергия поглощенного света, как правило, в большинстве случаев ничего кроме нагревания вещества не вызывает. Однако существуют некоторые тела, которые сами начинают светиться под действием падающего на них излучения — это есть фотолюминесценция.

При этом излучаемый при фотолюминесценции свет имеет большую длину волны, нежели свет, возбуждающий свечение. Для подтверждения этих слов, проведем небольшой опыт. Возьмем сосуд с флюоресцеином и направим на него световой пучок, пропущенный через фиолетовый светофильтр. Как можно наблюдать, жидкость начинает светиться зеленовато-желтым светом, т.е. светом, имеющим большую длину волны.

Советский физик Сергей Иванович Вавилов предложил использовать явление фотолюминесценции в лампах дневного света, покрывая внутреннюю поверхность разрядной трубки веществом, способным ярко светится под действием коротковолнового излучения газового разряда.

Известно, что длины электромагнитных волн бывают самые различные: от километровых радиоволн, до рентгеновских, с длиной волны 10–10 м.

В настоящее время принято выделять 7 основных диапазонов электромагнитных волн: низкочастотные излучения, радиоизлучения, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-излучение.

При этом принципиального различия между отдельными видами излучений нет, так как все они порождаются заряженными частицами и представляют собой электромагнитные волны. Поэтому и границы между отдельными областями весьма условны.

Однако излучения различных длин волн отличаются друг от друга по способам их получения и методам регистрации.

Электромагнитные излучения могут оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на живые организмы. Так, например, инфракрасное или тепловое излучение, играет главную роль в поддержании жизни на нашей планете, так как люди, животные и растения могут существовать и нормально развиваться только при определенных температурах. Данное излучение также применяют для сушки лакокрасочных покрытий, фруктов и овощей.

А видимый свет дает нам информацию об окружающем мире. Он необходим также для протекания фотосинтеза в растениях.

Применение ультрафиолетового излучения обусловлено его главными свойствами: высокой химической активностью, бактерицидным действием и способностью вызывать люминесценцию веществ.

Умеренные дозы ультрафиолетового излучения способствуют образованию в клетках кожи витамина D, а также других веществ, например, гормона хорошего настроения — серотонина, влияющих на тонус и жизнедеятельность организма.

Каждый знаком с рентгеновским излучением, в частности с его широким применением в медицине — флюорографическое обследование или рентгеновский снимок наверняка делали каждому из вас.

Рентгеновская съёмка используется также в стоматологии для обнаружения кариеса и воспалений в корнях зубов. А применение рентгеновского излучения при лечении рака основано на том, что оно убивает раковые клетки.

Что касается гамма-излучения, то оно представляет собой самый широкий диапазон электромагнитного спектра, поскольку оно не ограничено со стороны высоких энергий. Мягкое гамма-излучение образуется при энергетических переходах внутри атомных ядер, более жесткое — при ядерных реакциях. Гамма-кванты легко разрушают молекулы, в том числе биологические, но, к счастью для нас, не проходят через атмосферу.

Основные выводы:

– Рассмотрены некоторые виды излучений. Это тепловое излучение, электро- и катодолюминесценция, хемилюминесценция и фотолюминесценция.

– Самым распространенным видом является тепловое излучение — излучение нагретых тел.

– Рассмотрена шкала электромагнитных волн. Установлено, что принципиального различия между отдельными видами излучений нет — все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами.

– Существенные различия между отдельными видами излучений наблюдаются только при их взаимодействии с веществом, так как коэффициенты отражения и поглощения веществ зависят от длины волны падающего излучения.

Центр информатизации образования

  No events, Tuesday, 1 March 1 No events, Wednesday, 2 March 2 No events, Thursday, 3 March 3 No events, Friday, 4 March 4 No events, Saturday, 5 March 5 No events, Sunday, 6 March 6
No events, Monday, 7 March 7 No events, Tuesday, 8 March 8 No events, Wednesday, 9 March 9 No events, Thursday, 10 March 10 No events, Friday, 11 March 11 No events, Saturday, 12 March 12 No events, Sunday, 13 March 13
No events, Monday, 14 March 14 No events, Tuesday, 15 March 15 No events, Wednesday, 16 March 16 No events, Thursday, 17 March 17 No events, Friday, 18 March 18 No events, Saturday, 19 March 19 No events, Sunday, 20 March 20
No events, Monday, 21 March 21 No events, Tuesday, 22 March 22 No events, Wednesday, 23 March 23 No events, Thursday, 24 March 24 No events, Friday, 25 March 25 No events, Saturday, 26 March 26 No events, Sunday, 27 March 27
No events, Monday, 28 March 28 No events, Tuesday, 29 March 29 No events, Wednesday, 30 March 30 No events, Thursday, 31 March 31      

Урок 10. электромагнитные волны — Физика — 11 класс

Физика, 11 класс

Урок 10. Электромагнитные волны

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

  1. Основные положения электромагнитной теории Максвелла и опытное доказательство Герцем существования электромагнитных волн.
  2. Электромагнитная волна и её характеристики, вихревое поле, шкала электромагнитных волн.

Глоссарий по теме

Вихревым электрическим полем называется поле, силовые линии которого нигде не начинаются и не заканчиваются, представляют собой замкнутые линии.

Электромагнитное поле – особая форма материи, осуществляющая электромагнитное взаимодействие.

Электромагнитные волны – это электромагнитные колебания, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью.

Точечный источник излучения – это источник, размеры которого много меньше расстояния, на котором оценивается его действие, и он посылает электромагнитные волны по всем направлениям с одинаковой интенсивностью.

Плотностью потока электромагнитного излучения называют отношение электромагнитной энергии переносимой волной за время через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади на время.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2016. – С. 140-150

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.-М.:Дрофа,2009.- С.20-22

Основное содержание урока

Часто вы слышите от заботливых мам: «Не клади телефон под подушку! Не сиди долго за компьютером. Не находись долго около микроволновки! Не носи телефон в кармане! Вредно для здоровья, опасно для жизни, есть риск заболеть раковыми заболеваниями, действуют электромагнитные волны».

Вселенная-это океан электромагнитных излучений. Человек живет в нем, не замечая волн, проникающих в окружающее пространство. Включив лампочку или греясь у камина, человек заставляет источник этих волн работать, не задумываясь об их свойствах. Открытие природы электромагнитного излучения, позволило человечеству в течение XX века освоить и ввести в эксплуатацию различные его виды.

Сегодня мы поговорим об электромагнитных волнах, что это? Каковы его характеристики?

Когда мы слышим слово «волна», что вы себе представляете? Волны на море, на реке, волна в ванной комнате, и т.д. это механические волны. Механика переводится как движение. Мы их видим и способны определить его характеристики. Вспомним, какие величины характеризуют механические волны.

Период – это время, за которое совершается одно колебание. Период обозначается буквой Т, измеряется в секундах. Определяется по формуле:

Частота – это число колебаний в единицу времени. Частота — обозначается буквой ν (ню), измеряется в герцах Гц и определяется по формуле:

Амплитуда – это наибольшее отклонение от положения равновесия. Амплитуда – обозначается буквой А, измеряется в метрах.

Длина волны — это кратчайшее расстояние между точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Обозначается буквой лямбда λ, измеряется в метрах м,

Скорость — υ, м/с

Механические волны имеют много общего с электромагнитными волнами, но есть и существенные различия. Они распространяются в твердой, жидкой, газообразной среде, можем ли мы обнаружить их нашими чувствами? Да, в твердых средах-это могут быть землетрясения, колебания струн музыкальных инструментов. В жидкости — волны в море, в газах-это распространение звуков. С электромагнитными волнами не все так просто. Мы не чувствуем и не осознаем, сколько электромагнитных волн пронизывает наше пространство. Радиоволны, телевизионные волны, солнечный свет, Wi-Fi, излучение мобильного телефона и многое другое являются примерами электромагнитного излучения. Если бы мы могли видеть их, мы не смогли бы видеть друг друга за столькими электромагнитными волнами. Электромагнитные волны играют огромную роль в жизни современного человека — с их помощью мы передаем информацию, общаемся, обмениваемся данными, изучаем окружающий мир и многое другое. Сегодня мы должны понять понятие электромагнитных волн, выяснить, как получить электромагнитные волны и какими свойствами они обладают.

Какова история открытия электромагнитных волн? В 1820 году Эрстед обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку, что привело к возникновению новой области физики — электромагнетизма. В 1831 году Фарадей открыл явление электромагнитной индукции: переменное магнитное поле создает переменный электрический ток. В 1864 году Максвелл предположил, что при изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле. В 1887 году Герц экспериментально подтвердил гипотезу Максвелла о существовании электромагнитного поля.

Для подтверждения гипотезы Максвелла о существовании электромагнитного поля необходимо было экспериментально открыть электромагнитные волны. Это сделал немецкий физик Генрих Герц, который использовал устройство, названное в его честь вибратором Герца-открытый колебательный контур.

Генрих Герц

(1857–1894)

Простейшая система, в которой возникают электромагнитные колебания, называется колебательным контуром.

Для того, чтобы иметь колебания в цепи, необходимо зарядить конденсатор. В результате периодической перезарядки конденсатора в цепи возникают колебания. Между обкладками конденсатора возникает переменное электрическое поле. А вокруг него переменное магнитное поле, вихрь и вихрь переменного электрического поля и др. Таким образом, в пространстве электромагнитное поле распространяется в виде электромагнитных волн. Генри Герц измерил частоту ν гармонических колебаний в цепи и длину λ электромагнитной волны и определил скорость электромагнитной волны:

υ = λ·ν

Значение скорости электромагнитной волны, полученное в эксперименте Герца, совпало со значением скорости электромагнитной волны по гипотезе Максвелла с = 299 792 458 м = 300 000 км/с. Чтобы сделать излучение более интенсивным, необходимо увеличить циклическую частоту. По формуле: ω=1/√(L∙C) частота зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора. Так, необходимо уменьшить индуктивность L и электрическую емкость C. для этого необходимо уменьшить количество витков катушки и раздвинуть обкладки конденсатора. Закрытый колебательный контур превращается в открытый – прямой проводник. Проводник был разрезан, оставляя зазор, чтобы поставить шары и зарядить до высокой разности потенциалов. В результате между шариками проскакивала искра. Возбуждая в вибраторе с помощью источника высокого напряжения, серии импульсов быстроизменяющегося тока, Герц получал электромагнитные волны высокой частоты. Электромагнитные волны регистрировались Герцем с помощью приемного вибратора (резонатора), который является тем же устройством, что и излучающий вибратор

Итак, процесс взаимного порождения электрического поля переменным магнитным полем и изменение магнитного поля электрическое поле может продолжать распространяться, захватывая новые области пространства. Переменные электрическое и магнитное поля, распространяющиеся в пространстве и генерирующие друг друга, называются электромагнитной волной.

Электромагнитное поле-особая форма материи, осуществляющая электромагнитное взаимодействие. И это поле имеет совершенно иную природу, чем электростатическое. Линии натяжения не имеют начала и конца, они замкнуты. Отсюда и название вихревого поля. Вихревое электрическое поле-это поле, силовые линии которого не начинаются и не заканчиваются нигде, а являются замкнутыми линиями.

Чем быстрее меняется магнитная индукция, тем больше напряженность электрического поля. Сила, действующая на заряд со стороны вихревого электрического поля, равна:

Но, в отличие от электростатического поля, работа вихревого электрического поля на замкнутой линии не равна нулю. Так как при перемещении заряда вдоль замкнутой линии напряженности электрического поля работа на всех участках пути имеет один и тот же знак, потому, что сила и перемещение совпадают по направлению.

Согласно теории Максвелла, электромагнитная волна переносит энергию. Энергия электромагнитного поля волны в данный момент времени меняется периодически в пространстве с изменением векторов  и Электрическое и магнитное поля в электромагнитной волне перпендикулярны друг к другу, причем каждое из них перпендикулярно к направлению распространения волны:

Таким образом, электромагнитная волна является поперечной волной. Электромагнитная волна излучается колеблющимися зарядами, при этом важно, чтобы заряды двигались с ускорением. Электромагнитная волна, как и механическая, характеризуется периодом и частотой колебаний, длиной волны и скоростью распространения. Период Т – это время одного колебания. Частота ν – это число колебаний за одну секунду. Длина волны λ — это расстояние, на которое распространяется электромагнитная волна за время одного периода. В вакууме для электромагнитной волны период Т и частота ν и длина волны λ связаны соотношениями:

Герц не только открыл электромагнитные волны, но и показал, что они ведут себя подобно другим волнам. Они поглощаются, отражаются, преломляются, наблюдаются явления интерференции и дифракции волн. Вычисленная на основании гипотезы Максвелла скорость электромагнитной волны совпала с наблюдаемой в опытах скоростью света. Это совпадение позволило предположить, что свет является одним из видов электромагнитных волн.

Свойства электромагнитных волн:

Отражение электромагнитных волн: волны хорошо отражаются от металлического листа, причем угол падения равен углу отражения;

Поглощение волн: электромагнитные волны частично поглощаются при переходе через диэлектрик;

Преломление волн: электромагнитные волны меняют свое направление при переходе из воздуха в диэлектрик;

Интерференция волн: сложение волн от когерентных источников;

Дифракция волн: отгибание волнами препятствий.

Фронтом волны называется геометрическое место точек, до которых дошли возмущения в данный момент времени. Поверхность равной фазы называется волновой поверхностью. Плоской волной называется волна, у которой волновая поверхность — плоскость. Линия, перпендикулярная волновой поверхности, называется лучом. Электромагнитная волна, как мы уже сказали, переносит энергию. Луч указывает направление, в котором волна переносит энергию. Тогда для плоской электромагнитной волны скорость, которой перпендикулярна поверхности площадью s, то можно ввести понятие плотность потока излучения. Плотностью потока электромагнитного излучения называют отношение электромагнитной энергии переносимой волной за время через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади на время.

Иногда ее называют интенсивностью волны. Плотностью потока электромагнитного излучения пропорциональна четвертой степени циклической частоты.

Источники излучения электромагнитных волн разнообразны, но самым простым является точечный источник. Точечный источник излучения – это источник, размеры которого много меньше расстояния, на котором оценивается его действие, и он посылает электромагнитные волны по всем направлениям с одинаковой интенсивностью (например, звёзды).

Длина электромагнитных волн различна: от значений порядка 1013 м (низкочастотные колебания) до 10-10 м (γ-лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, -излучение. Атомные ядра испускают самое коротковолновое -излучение. Особого различия между отдельными излучениями нет. Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации. Электромагнитные волны обнаруживаются, в конечном счете, по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Если мысленно разложить эти виды по возрастанию частоты или убыванию длины волны, то получится широкий непрерывный спектр – шкала электромагнитных излучений.

Сегодня мы знаем, что к опасным видам излучения относятся: гамма-излучение, рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение, остальные – безопасны. Распределение электромагнитных излучений по диапазонам условное и резкой границы между областями нет. Вся шкала электромагнитных волн является подтверждением того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами.

В зависимости от своей частоты или длины волны электромагнитные волны имеют различное применение. Они несут людям пользу и вред. Бытовые обогревательные приборы, приборы для приготовления еды, телефоны, компьютеры, вышки сотовой связи и телебашни, электропровода излучают электромагнитные волны. Больше других источников электромагнитные волны у нас дома излучают мобильные телефоны, микроволновые печи, холодильники, электрические кухонные плиты. Самым мощным источником излучения являются линии электропередач, и строить жилые дома под ними, воспрещено. Антенны радиопередатчиков нельзя устанавливать на сооружениях, в которых живут люди. Эмбрионы и ткани, находящиеся в стадии роста, больше всего подвержены влиянию волн, воздействуют электромагнитное поле на центральную нервную систему и мышцы тела. Это влияние становится причиной бессонницы и дисфункций в неврологической области, нарушения частоты биений сердца и скачков давления. Но есть, и полезные свойства электромагнитных волн. Их используют в физиотерапевтическом лечении некоторых болезней так как они способствуют быстрому заживлению тканей, останавливает развитие воспалительных процессов. Мы сегодня исключить полностью общение с электромагнитными волнами не можем, но чтобы обезопасить себя дома, надо грамотно устанавливать бытовые устройства в комнатах.

Итак, свойства электромагнитных волн:

1. Электромагнитная волна представляет собой распространение в пространстве с течением времени переменных (вихревых) электрических и магнитных полей.

2. Электромагнитные волны излучаются зарядами, которые движутся с ускорением, например, при колебаниях. Причем, чем больше ускорение колеблющихся зарядов, тем больше интенсивность излучения волны.

3. Векторы  и в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волны.

4.Электромагнитная волна является поперечной.

Разбор тренировочного задания

1. Определить, на какой частоте работает передатчик, если длина излучаемых им волн равна 200 м.

Дано:

𝛌=200 м

с=3·108 м/с

𝞶 -?

Решение:

Частоту выражаем через длину волны и скорость.

Ответ:

2. Ёмкость конденсатора колебательного контура Какова индуктивность катушки контура, если идет прием станции, работающей на длине волны 1000 метров?

Дано:

𝛌= 1000 м

с=3·108 м/с

L- ?

Решение:

Формула Томсона для периода колебаний:

Период колебаний выражаем через длину волны и скорость:

Ответ:

Шкала радиационной опасности | ЦКЗ

Центры по контролю и профилактике заболеваний разработали шкалу радиационной опасности в качестве инструмента для связи в чрезвычайных ситуациях.

Этот инструмент:

  • Обеспечивает систему отсчета относительной опасности радиации.
  • Передает значение без использования измерений радиации или единиц измерения, которые незнакомы людям.
  • Предназначен для использования только в радиационных аварийных ситуациях и применим при кратковременном облучении, например, в течение нескольких дней.
  • Лучше всего использовать вместе с рекомендациями или инструкциями по защитным действиям.
  • Прошел аудиторские испытания с участием сотрудников службы общественной информации, специалистов по чрезвычайным ситуациям и общественного здравоохранения, а также представителей общественности.

 

Описание категорий шкалы радиационной опасности

.
Шкала радиационной опасности

Категория

Описание

5 Категория 5 означает, что дозы облучения являются опасно высокими и потенциально смертельными.

Высокие дозы радиации могут вызвать массивное поражение органов тела и убить человека. Облученный человек теряет лейкоциты и способность бороться с инфекциями. Вероятны диарея и рвота. Медикаментозное лечение может помочь, но, несмотря на лечение, состояние может быть смертельным. При чрезвычайно высоких дозах радиации человек может потерять сознание и умереть в течение нескольких часов. Для получения дополнительной информации см. https://www.remm.nlm.gov/ars_summary.htmвнешний значок

4 Категория 4 означает, что дозы радиации опасно высоки и могут серьезно заболеть.Дозы радиации недостаточно высоки, чтобы вызвать смерть, но могут появиться один или несколько симптомов лучевой болезни.

Лучевая болезнь, также известная как острый лучевой синдром (ОЛС), вызывается высокой дозой радиации. Тяжесть болезни зависит от количества (или дозы) радиации. Самые ранние симптомы могут включать тошноту, утомляемость, рвоту и диарею. Такие симптомы, как выпадение волос или ожоги кожи, могут появиться через несколько недель. Дополнительную информацию о влиянии радиации на здоровье см. на сайте https://www.cdc.gov/nceh/radiation/emergencies/healtheffects.htm Для получения дополнительной информации о лечении радиационного облучения см. https://www.cdc.gov/nceh/radiation/emergencies/countermeasures.htm

3 Категория 3 означает, что дозы облучения становятся достаточно высокими, и мы можем ожидать повышенный риск развития рака в ближайшие годы для людей, подвергшихся облучению. Лейкемия и рак щитовидной железы могут появиться всего через 5 лет после воздействия. Для развития других видов рака могут потребоваться десятилетия.

Исследования показали, что радиационное облучение может увеличить риск развития рака у людей. Этот повышенный риск рака обычно составляет долю одного процента. Пожизненный риск заболевания раком для населения по естественным причинам составляет примерно 40%. Увеличение риска рака от радиации зависит от количества (или дозы) радиации и становится исчезающе малым и близким к нулю при низких дозах радиации. Для получения дополнительной информации см. https://www.cdc.gov/nceh/radiation/emergencies/cancer.хтм

2 Категория 2 означает, что уровни радиации в окружающей среде выше естественного радиационного фона для данного географического района. Однако эти уровни радиации все еще слишком низки, чтобы можно было наблюдать какие-либо последствия для здоровья.

Когда уровни радиации выше, чем обычно в нашей естественной среде, это не обязательно означает, что это причинит нам вред. Дополнительную информацию о воздействии радиации на здоровье см. на сайте https://www.cdc.gov/nceh/radiation/health.html

1 Категория 1 означает, что уровни радиации в окружающей среде находятся в диапазоне естественного радиационного фона для данного географического района.

Небольшое количество радиоактивных материалов естественным образом присутствует в окружающей среде, пище, воздухе, воде и, следовательно, в наших телах. Мы также подвергаемся воздействию радиации из космоса, достигающей поверхности Земли. Эти условия являются естественными, и это излучение называется естественным фоновым излучением.Для получения дополнительной информации о радиации и радиоактивности в повседневной жизни и о том, как она может варьироваться в зависимости от местоположения, см. https://www.cdc.gov/nceh/radiation/sources.html

Предлагаемое руководство по присвоению категорий радиационной опасности

Шкала радиационной опасности предназначена для информирования населения об относительной опасности в условиях чрезвычайной ситуации, когда точные параметры радиационного облучения для конкретных лиц недоступны. Обратите внимание:

  • Нет резких линий, разделяющих категории радиационной опасности.
  • Переход из категории 1 в категорию 2 зависит от диапазона естественного радиационного фона для географического района.
  • Значения доз облучения являются дозами для всего тела и являются рекомендуемыми ориентирами для целей радиационной защиты. Значения доз предназначены для использования экспертами по радиационной защите и органами аварийного реагирования или органами здравоохранения. Описание единиц излучения, перечисленных в руководстве по дозировке, см. в разделе «Измерения радиации».
  • Значения доз радиации не предназначены для публичного обмена сообщениями, особенно на ранней стадии радиационной аварийной ситуации.

Это руководство применимо для кратковременного воздействия, например, в течение нескольких дней во время чрезвычайной ситуации.

Пример использования шкалы радиационной опасности в сообщениях экстренной связи

Примеры после ядерного взрыва:

  • В зонах с 5-й категорией радиационной опасности укрытие на месте может помочь сохранить 2-ю или 3-ю категорию до получения приказа об эвакуации. В отличие от этого, самостоятельная эвакуация в районах выпадения радиоактивных осадков может привести человека к категории 4 или 5.
  • Если люди заражены радиоактивными осадками, самодезактивация может быстро снизить радиационную опасность с категории 5 до категории 2 или 1.

Пример использования шкалы радиационной опасности при отображении данных об окружающей среде

Выберите сценарий:

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между Международной шкалой ядерных событий (ИНЕС) и шкалой радиационной опасности?

Эти две шкалы имеют совершенно разные применения в чрезвычайных ситуациях.INES, разработанная Международным агентством по атомной энергииexternal icon, представляет собой инструмент для оценки значимости для безопасности конкретного события, связанного с источниками ионизирующего излучения. INES описывает саму аварию. С другой стороны, Шкала радиационной опасности описывает непосредственное потенциальное воздействие аварии на людей, а категория опасности зависит от того, где находятся люди.

Например, серьезность аварии на АЭС «Фукусима-дайити» в марте 2011 года была оценена в 7 баллов по шкале INES.Независимо от того, живем мы в Соединенных Штатах или в Японии, рейтинг INES для аварии на Фукусима-дайити равен 7. Однако категория радиационной опасности для людей была бы совершенно разной в зависимости от их местонахождения. Для аварийно-спасательных служб, работавших на АЭС «Фукусима-дайити» во время аварии, категория радиационной опасности была 4 или 5 в зависимости от того, где они работали на станции. При этом категория радиационной опасности для жителей Токио в течение короткого периода времени была 2-й, а для жителей США – 1-й.

Можно ли использовать шкалу радиационной опасности для описания медицинского облучения?

Нет. В существующем виде эта шкала предназначена только для ситуаций аварийного облучения.

Нужна ли публике предварительная подготовка по интерпретации шкалы?

Несмотря на то, что предварительное обучение всегда полезно, для эффективного использования этой шкалы нет необходимости проводить предварительное обучение общественности. Наше тестирование аудитории с участием представителей общественности, имеющих по крайней мере аттестат о среднем образовании, показало, что Шкала достаточно проста для понимания, и ее может кратко описать сотрудник по связям с общественностью или репортер новостей.

Кто будет присваивать категории радиационной опасности в аварийной ситуации?

Ученые-экологи и специалисты по радиационной безопасности могут оценивать данные и присваивать категории радиационной опасности по согласованию с органами управления чрезвычайными ситуациями, должностными лицами органов здравоохранения и специалистами по связи.

Источники излучения и дозы | Агентство по охране окружающей среды США

Источники излучения излучение Энергия, испускаемая в виде частиц или лучей.вокруг нас все время. Некоторые из них естественны, а некоторые созданы руками человека. Количество радиации, поглощенной человеком, измеряется дозой. Доза – это количество энергии излучения, поглощаемой организмом. Информацию о дозе см. в разделе Основы радиации.

На этой странице:


Фоновое излучение

Фоновое излучение Фоновое излучение Излучение, которое всегда присутствует в окружающей среде. Большая часть фонового излучения возникает естественным образом, а небольшая часть исходит от техногенных элементов.присутствует на Земле во все времена. Большая часть фонового излучения возникает естественным образом из минералов, а небольшая часть исходит от искусственных элементов. Встречающиеся в природе радиоактивные минералы в земле, почве и воде создают фоновое излучение. Человеческое тело даже содержит некоторые из этих встречающихся в природе радиоактивных минералов. Космическое излучение из космоса также способствует фоновому излучению вокруг нас. Могут быть большие различия в уровнях естественного фонового излучения от места к месту, а также изменения в одном и том же месте с течением времени.

Космическое излучение

Космическое излучение исходит от чрезвычайно энергичных частиц Солнца и звезд, попадающих в атмосферу Земли. Некоторые частицы достигают земли, а другие взаимодействуют с атмосферой, создавая различные типы излучения. Уровни радиации увеличиваются по мере приближения к источнику, поэтому количество космического излучения обычно увеличивается с высотой. Чем выше высота, тем больше доза. Вот почему люди, живущие в Денвере, штат Колорадо (на высоте 5 280 футов), получают более высокую годовую дозу космического излучения , чем люди, живущие на уровне моря (на высоте 0 футов).Узнайте больше о космическом излучении в RadTown, образовательном веб-сайте Агентства по охране окружающей среды для студентов и преподавателей.

Радиоактивные материалы на Земле и в наших телах

Уран и торий, встречающиеся в природе в земле, называются первичными первичными Существующими с момента образования Солнечной системы, встречающимися в природе. radionuclides radionuclide Радиоактивные формы элементов называются радионуклидами. Радий-226, цезий-137 и стронций-90 являются примерами радионуклидов.и являются источником земной радиации. Следовые количества урана, тория и продуктов их распада можно найти повсюду. Узнайте больше о радиоактивном распаде. Уровни земной радиации различаются в зависимости от местоположения, но районы с более высокими концентрациями урана и тория в поверхностных почвах обычно имеют более высокие уровни доз.

В организме могут быть обнаружены следы радиоактивных материалов, в основном природного калия-40. Калий-40 содержится в пище, почве и воде, которые мы принимаем.Наши тела содержат небольшое количество радиации, потому что организм метаболизирует нерадиоактивные и радиоактивные формы калия и других элементов одинаково.

Техногенные источники

Небольшая часть фонового излучения возникает в результате деятельности человека. Следовые количества радиоактивных элементов были рассеяны в окружающей среде в результате испытаний ядерного оружия и аварий, подобных авариям на Чернобыльской атомной электростанции в Украине. Ядерные реакторы выбрасывают небольшое количество радиоактивных элементов.Радиоактивные материалы, используемые в промышленности и даже в некоторых потребительских товарах, также являются источником небольшого количества фонового излучения. Узнайте больше о радиации и потребительских товарах.

Средние дозы и источники в США

Все мы ежедневно подвергаемся воздействию радиации от природных источников, таких как минералы в земле, и искусственных источников, таких как медицинские рентгеновские лучи. По данным Национального совета по радиационной защите и измерениям (NCRP), среднегодовая доза облучения на человека в США.S. составляет 6,2 миллизиверта (620 миллибэр) миллибэр) . На круговой диаграмме ниже показаны источники этой средней дозы.

Источник: Национальный совет по радиационной защите и измерениям (NCRP), отчет № 160

Большая часть нашей среднегодовой дозы приходится на естественный радиационный фон фоновое излучение Радиация, которая всегда присутствует в окружающей среде. Большая часть фонового излучения возникает естественным образом, а небольшая часть исходит от техногенных элементов.источники:

  • Радиоактивные газы радон и торон, образующиеся при радиоактивном распаде других встречающихся в природе элементов.
  • Космос (космическое излучение).
  • Встречающиеся в природе радиоактивные минералы:
    • Внутренний (в вашем теле).
    • Наземный (в земле).

Еще 48 процентов дозы среднего американца приходится на медицинские процедуры. Это общее количество не включает дозу лучевой терапии, используемой при лечении рака, которая обычно во много раз больше.

Используйте Калькулятор дозы радиации, чтобы оценить свою годовую дозу от источников ионизирующего излучения.

Дозы от общих источников излучения

На следующей диаграмме сравниваются дозы облучения от обычных источников излучения, как естественных, так и техногенных.

Источники:

Национальный совет по радиационной защите и измерениям (NCRP), отчет № 160 

Международная комиссия по радиологической защите, публикация 103 

Радиационное воздействие: краткое руководство по каждому уровню | Мировые новости

Сравнение уровней радиационного облучения. Нажмите на изображение, чтобы открыть графику

Поскольку радиационное облучение вокруг атомной электростанции Фукусима достигло уровня 400 мЗв в час (хотя с тех пор оно снизилось), мы подумали, что пришло время взглянуть на цифры в перспективе.

Радиация постоянно окружает нас. Но до какого уровня он должен дойти, прежде чем станет действительно опасным?

У Всемирной ядерной ассоциации (которая представляет «глобальную ядерную профессию») есть руководство.И хотя здесь есть немного Smilin’ Joe Fission, это хорошее начало для полезного учебника.

Существуют различные виды излучения, о которых вы можете прочитать в руководстве WNA. Проблемы, которые нас беспокоят, связаны с ионизирующим излучением.

Дозы радиации измеряются в зивертах, но поскольку они такие большие, мы говорим о миллизивертах мЗв (тысячная доля зиверта). Вместо того, чтобы быть точной единицей размера (поскольку разные типы излучения имеют разные эффекты), мЗв измеряет эффективную дозу облучения.Согласно WNA, каждый мЗв излучения «производит одинаковый биологический эффект».

Мы подвергаемся радиационному облучению, когда летаем, когда лечимся и когда выходим из дома. Но большие дозы могут иметь драматические последствия.

Уже много лет известно, что большие дозы ионизирующего излучения, намного превышающие фоновые уровни, могут вызвать измеримый рост заболеваемости раком и лейкемией («рак крови») после задержки в несколько лет.Следует также предположить, из-за экспериментов на растениях и животных, что ионизирующее излучение также может вызывать генетические мутации, которые влияют на будущие поколения, хотя не было никаких доказательств радиационно-индуцированных мутаций у людей. При очень высоких уровнях радиация может вызвать болезнь и смерть в течение нескольких недель после воздействия

Итак, насколько высоки уровни в Японии? @mariansteinbach собирал информацию об уровнях, зарегистрированных на станциях мониторинга по всей Японии, с официального сайта ядерного мониторинга здесь.Вот результаты (в греях, которые являются единицей размера, а не эффективной дозы, полученной людьми в этом районе). Пользователи также следили за счетчиком Гейгера в Токио (и вот как читать показания счетчика Гейгера).


Чат по веб-камере в Ustream

Итак, как сравнить уровни? Мы собрали информацию из WNA, сообщений информационных агентств и медицинского информационного сайта Radiologyinfo.org.

Сводка данных

Радиационное воздействие

Щелкните заголовок, чтобы отсортировать таблицу.Скачать эти данные

Мероприятие

Показание радиации, миллизиверт (мЗв)

Однократная доза, смертельная в течение нескольких недель 10 000,00
Типичная доза, зафиксированная у тех чернобыльцев, умерших в течение месяца 6000.00
Одиночное действие, которое убьет половину тех, кто подвергся его воздействию в течение месяца 5 000,00
Разовая доза, которая может вызвать лучевую болезнь, включая тошноту, снижение количества лейкоцитов. Не смертельно 1 000,00
Накопленная доза, по оценкам, вызывает смертельный рак много лет спустя у 5% людей 1000.00
Максимальные уровни радиации, зарегистрированные на АЭС Фукусима вчера, в час 400.00
Облучение жителей Чернобыля, переселенных после взрыва в 1986 году 350,00
Рекомендуемый лимит для радиационных работников каждые пять лет 100,00
Наименьшая годовая доза, при которой явно проявляется любое увеличение рака 100.00
КТ: сердце 16.00
КТ: брюшная полость и таз 15.00
Доза при компьютерной томографии всего тела 10.00
Экипаж авиакомпании, летевший из Нью-Йорка в Токио полярным маршрутом, ежегодное воздействие 9,00
Естественное излучение, которому мы все подвергаемся, в год 2.00
КТ: голова 2,00
Рентген позвоночника 1,50
Радиация в час, зарегистрированная на площадке Фукусимия, 12 марта 1,02
Маммография, рентген молочной железы 0,40
Рентген грудной клетки 0,10
Стоматологический рентген 0.01

• ДАННЫЕ: загрузите полную таблицу

Дополнительные данные

Журналистика данных и визуализация данных от Guardian

Данные мирового правительства

• Поиск правительственных данных по всему миру с помощью нашего шлюза

Данные о развитии и помощи

• Поиск глобальных данных о развитии с помощью нашего шлюза

Можно ли что-то сделать с этими данными?

Flickr Разместите свои визуализации и мэшапы в нашей группе Flickr
• Свяжитесь с нами по адресу [email protected]

• Получите данные в алфавитном порядке
• Дополнительные сведения в каталоге хранилища данных

• Следуйте за нами в Twitter
• Отметьте нас на Facebook

Воздействие радиации на человека

Определенные части тела особенно страдают от воздействия различных типов источников излучения. Несколько факторов участвуют в определении потенциального воздействия радиации на здоровье. Это включает:

  • Размер дозы (количество энергии, депонированной в организме)
  • Способность излучения повреждать ткани человека
  • Какие органы поражены

Наиболее важным фактором является количество дозы — количество энергии, фактически депонированное в вашем теле.Чем больше энергии поглощается клетками, тем больше биологический ущерб. Физики здоровья называют количество энергии, поглощенной организмом, дозой радиации. Поглощенная доза, количество энергии, поглощенной на грамм ткани тела, обычно измеряется в единицах, называемых радами. Другой единицей радиации является бэр, или эквивалент рентгена у человека. Чтобы преобразовать рад в бэр, количество рад умножается на число, которое отражает возможность повреждения, вызванного типом излучения. Для бета-, гамма- и рентгеновского излучений это число обычно равно единице.Для некоторых нейтронов, протонов или альфа-частиц это число равно двадцати.

Доза (бэр) Эффекты
5-20 Возможные поздние эффекты; возможные хромосомные повреждения.
20-100 Временное снижение лейкоцитов.
100-200 Легкая лучевая болезнь в течение нескольких часов: рвота, диарея, усталость; снижение устойчивости к инфекциям.
200-300 Серьезные последствия лучевой болезни в виде 100-200 бэр и кровотечения; Воздействие представляет собой смертельную дозу для 10-35% населения через 30 дней (ЛД 10-35/30).
300-400 Тяжелая лучевая болезнь; также разрушение костного мозга и кишечника; ЛД 50-70/30.
400-1000 Острое заболевание, ранняя смерть; ЛД 60-95/30.
1000-5000 Острое заболевание, ранняя смерть в днях; ЛД 100/10.

Волосы

Быстрое выпадение волос скоплениями происходит при радиационном воздействии в 200 бэр и выше.

Мозг

Поскольку клетки головного мозга не размножаются, они не будут повреждены напрямую, если только воздействие не превышает 5000 бэр. Как и сердце, радиация убивает нервные клетки и мелкие кровеносные сосуды и может вызвать судороги и немедленную смерть.

Щитовидная железа

Некоторые части тела более подвержены воздействию различных типов источников излучения, чем другие.Щитовидная железа чувствительна к радиоактивному йоду. В достаточном количестве радиоактивный йод может разрушить всю или часть щитовидной железы. Прием йодида калия может уменьшить последствия воздействия.

Система крови

Когда человек подвергается воздействию около 100 бэр, количество лимфоцитов в крови снижается, что делает жертву более восприимчивой к инфекции. Это часто называют легкой лучевой болезнью. Ранние симптомы лучевой болезни напоминают симптомы гриппа и могут остаться незамеченными, если не сделать анализ крови.Согласно данным из Хиросимы и Нагасаки, симптомы могут сохраняться до 10 лет, а также могут иметь повышенный долгосрочный риск развития лейкемии и лимфомы. Для получения дополнительной информации посетите Фонд исследования радиационных эффектов.

Сердце

Интенсивное воздействие радиоактивного материала в диапазоне от 1000 до 5000 бэр может привести к немедленному повреждению мелких кровеносных сосудов и, вероятно, непосредственно вызвать сердечную недостаточность и смерть.

Желудочно-кишечный тракт

Радиационное поражение слизистой оболочки кишечника вызывает тошноту, кровавую рвоту и диарею.Это происходит при облучении пострадавшего 200 бэр и более. Радиация начнет разрушать быстро делящиеся клетки организма. К ним относятся кровь, желудочно-кишечный тракт, репродуктивные и волосковые клетки, и в конечном итоге наносится вред их ДНК и РНК выживших клеток.

Репродуктивный тракт

Поскольку клетки репродуктивного тракта быстро делятся, эти области тела могут быть повреждены даже при уровне бэр 200. В долгосрочной перспективе некоторые жертвы лучевой болезни становятся бесплодными.


Безопасность пациента — доза облучения при рентгенографии и КТ

Что такое рентгеновские лучи и что они делают?

Рентгеновские лучи — это форма энергии, такая же, как свет и радиоволны.Рентгеновские лучи также называют излучением. В отличие от световых волн, рентгеновские лучи обладают достаточной энергией, чтобы пройти через ваше тело. Когда излучение проходит через ваше тело, оно по-разному проходит через кости, ткани и органы. Это позволяет радиологу создавать их изображения. Рентгенолог — это специально обученный врач, который может просматривать эти изображения на дисплее компьютера. Рентгеновские снимки позволяют радиологу увидеть структуры вашего тела в мельчайших деталях.

Рентгеновские исследования

предоставляют ценную информацию о вашем здоровье и помогают врачу поставить точный диагноз.Ваш врач может использовать рентгеновские лучи, чтобы помочь разместить трубки или другие устройства в вашем теле или лечить болезнь.

Дополнительную информацию см. в разделе «Безопасность при рентгенографии, интервенционной радиологии и процедурах ядерной медицины».

начало страницы

Измерение доз радиации

Когда излучение проходит через тело, часть его поглощается. Рентгеновские лучи, которые не поглощаются, используются для создания изображения. Количество, которое поглощает пациент, влияет на дозу облучения пациента.Радиация, проходящая через тело, не влияет на эту дозу. Научной единицей измерения дозы облучения всего тела, называемой «эффективной дозой», является миллизиверт (мЗв). Другие единицы измерения дозы облучения включают рад, бэр, рентген, зиверт и грей.

Врачи используют термин «эффективная доза», когда говорят о риске облучения всего тела. Риск относится к возможным побочным эффектам, таким как вероятность развития рака в более позднем возрасте. Эффективная доза учитывает, насколько чувствительны различные ткани к радиации.Если вам предстоит рентгенологическое исследование, включающее ткани или органы, более чувствительные к радиации, ваша эффективная доза будет выше. Эффективная доза позволяет вашему врачу оценить ваш риск и сравнить его с обычными повседневными источниками облучения, такими как естественный радиационный фон.

начало страницы

Естественное «фоновое» излучение

Мы постоянно подвергаемся воздействию естественных источников радиации. Согласно последним оценкам, средний житель США.С. получает эффективную дозу около 3 мЗв в год от естественного излучения, включая космическое излучение из космоса. Эти естественные «фоновые дозы» варьируются в зависимости от того, где вы живете.

Люди, живущие на больших высотах, например, в Колорадо или Нью-Мексико, получают примерно на 1,5 мЗв больше в год, чем люди, живущие вблизи уровня моря. При перелете авиакомпанией «от побережья к побережью» уровень облучения составляет около 0,03 мЗв из-за воздействия космических лучей. Самым большим источником фонового излучения является газообразный радон в наших домах (около 2 мЗв в год).Как и другие источники фонового излучения, уровень воздействия радона сильно различается в зависимости от того, где вы живете.

Проще говоря, количество радиации от одного рентгеновского снимка грудной клетки взрослого человека (0,1 мЗв) примерно такое же, как 10 дней естественного фонового излучения, которому мы все подвергаемся в нашей повседневной жизни.

начало страницы

Эффективная доза облучения у взрослых

Вот несколько приблизительных сравнений фонового излучения и эффективной дозы облучения у взрослых для нескольких радиологических процедур, описанных на этом веб-сайте.Эти значения могут сильно различаться в зависимости от размера пациента и типа используемой технологии визуализации. Производители технологий обработки изображений продолжают совершенствоваться в направлении снижения радиационного облучения при сохранении качества изображения.

Примечание для педиатрических пациентов : Педиатрические пациенты различаются по размеру. Дозы для детей будут значительно отличаться от доз для взрослых. Для получения дополнительной информации о радиационной безопасности при педиатрической визуализации посетите веб-сайт http://www.imagegently.org/Roles-What-can-I-do/Родитель .

Обратите внимание, что эта таблица пытается упростить очень сложную тему. Если у вас есть вопросы о радиационных рисках, спросите своего медицинского физика и/или рентгенолога об этих рисках и преимуществах процедуры медицинской визуализации.

* Эффективные дозы являются типичными значениями для взрослого человека среднего роста. Фактическая доза может существенно варьироваться в зависимости от размера человека, причины визуализации и различий в методах визуализации.

В Отчете 103 Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) говорится: «Использование эффективной дозы для оценки облучения пациентов имеет серьезные ограничения, которые необходимо учитывать при количественной оценке медицинского облучения», и «Оценка и интерпретация эффективной дозы от медицинского облучения». облучение пациентов очень проблематично, когда органы и ткани получают только частичное облучение или очень неоднородное облучение, что особенно имеет место при рентгенодиагностике». Другими словами, эффективная доза не всегда одинакова для всех.Она может варьироваться в зависимости от роста и веса человека, способа проведения процедуры и области тела, подвергающейся облучению.

начало страницы

Польза против риска

Риск, связанный с процедурами медицинской визуализации, относится к возможным долгосрочным или краткосрочным побочным эффектам. Большинство процедур визуализации имеют относительно низкий риск. Больницы и центры визуализации применяют принципы ALARA (на разумно достижимом низком уровне). Это означает, что они прилагают все усилия для снижения радиационного риска.Важно помнить, что человек находится в группе риска, если врач не может точно диагностировать заболевание или травму. Таким образом, можно сказать, что польза от медицинской визуализации, которая является точным диагнозом, больше, чем небольшой риск, связанный с ее использованием. Поговорите со своим врачом или рентгенологом о любых опасениях, которые могут возникнуть у вас по поводу рисков, связанных с данной процедурой.

Дополнительные сведения о преимуществах и рисках см. в разделе «Преимущества и риски»

.

начало страницы

Эта страница была проверена 01 февраля 2021 г.

Высокодозная торакальная лучевая терапия при немелкоклеточном раке легкого: новая шкала оценки радиационно-индуцированного поражения легких при симптоматическом лучевом пневмоните | Radiation Oncology

Существует неудовлетворенная потребность в клинически полезном инструменте для прогнозирования последующего РП после высокодозной торакальной ЛТ при НМРЛ.В этом исследовании представлена ​​радиологическая RGS, новая оценочная шкала для RILI, демонстрирующая высокую воспроизводимость между наблюдателями. Высокая степень RGS, основанная на контрольной компьютерной томографии через месяц после лучевой терапии, была в значительной степени связана с риском развития симптоматического РП. Следовательно, RGS может быть подходящим клиническим инструментом для выявления пациентов с риском развития РП и обеспечения раннего лечения РП.

RGS, представленные в этом исследовании, возникли из-за потребности в простой и воспроизводимой шкале для описания тяжести РИЛИ.Основная новизна этого RGS была основана на гипотезе о том, что большее количество сегментов легких, пораженных РНИЛ, отражает повышенный воспалительный ответ на ЛТ и, таким образом, может определять как тяжесть РНЛН, так и возникновение РН. Предыдущие шкалы использовали либо общие термины для описания RILI (Дополнительный файл 2: таблица A.2), либо процент объема легких, пораженный RILI [25]. Последнее также основано на опыте, но его сложнее количественно оценить с радиологической точки зрения. Благодаря использованию сегментов легких, а не объема легких, шкала меньше зависит от субъективной оценки рентгенологов и обеспечивает анатомическую точность в описании распространенности RILI.Существует несколько типов изменений RILI, которые могут возникать как вместе, так и по отдельности. Мы предположили, что любое изменение RILI было признаком воспаления и что тяжесть больше связана со степенью, а не с типом изменения. Поэтому мы не ранжировали различные изменения RILI, которые могут возникнуть, а использовали количество пораженных сегментов легких. Пороговое значение для пяти из десяти анатомических сегментов легкого было эмпирически основано на опыте рентгенологов в оценке тяжести RILI. Обоснование включения оценки ипсилатерального плеврального выпота в RGS было основано на опыте рентгенологов, согласно которому увеличение выпота часто указывает на более тяжелую воспалительную реакцию.Отсечение на глубине 2 см было основано на клинической практике показаний к выполнению плеврального дренажа в случае, если плевральная жидкость превышает 2 см.

Существует несколько опубликованных отчетов о вариабельности между наблюдателями в отношении шкал оценки RILI и RP [25, 27], но нет ни одного в отношении прогнозирования RP. Исследование Yamamoto et al. [25] сообщили о 60% согласии между двумя наблюдателями (значение Каппа 0,6). В текущем исследовании представлены результаты независимой оценки рентгенологических изображений четырьмя старшими рентгенологами, и они демонстрируют относительно высокое согласие между наблюдателями (коэффициент соответствия 0.8). Принимая во внимание существование высокой изменчивости между наблюдателями в радиологической оценке в целом [28], шкала RGS показала удовлетворительную степень согласия. Необходимы дальнейшие исследования для оценки объема радиологического обучения, необходимого для улучшения воспроизводимости RGS, с осознанием отсутствия «золотого стандарта» в описании RILI [29].

В исследовании представлены обнадеживающие результаты, касающиеся прогностической ценности RGS. У пациентов в этом исследовании развился RP в среднем 2.через 5 месяцев после ЛТ, и только у одного пациента развился РП до первой КТ, выполненной через месяц после ЛТ (рис. 2). 2–3-я степень RGS на первом КТ через один месяц после ЛТ может предсказать, что у 10/22 пациентов разовьется РП в целом и у 8/10 пациентов с РП в течение восьми недель после ЛТ (таблица 3). Главное, чтобы не было ложноотрицательных результатов. Интересно, что в большинстве случаев РП, которые были предсказаны по шкале RGS 2–3, симптомы развились во временном окне в один месяц после первой компьютерной томографии.Это отражает то, что сроки проведения КТ в четыре недели подходят для раннего выявления пациентов с риском развития РП. Выявление пациентов с ранними признаками РНЛИ, выраженными 2–3-й степенью по шкале RGS, может позволить дифференцировать легочные заболевания, напоминающие РНЛН, раннее выявление и лечение РН, а также предотвратить фиброз легких за счет сдерживания развития тяжелого РН. Можно предположить, сможет ли компьютерная томография через восемь недель предсказать оставшиеся случаи РП. В настоящее время нет компаратора для этой шкалы RILI и прогноза RP.

Совокупная частота РИНН в исследуемой когорте была высокой, так как у всех пациентов в конечном итоге развились рентгенологические изменения либо через один, либо через четыре месяца после ЛТ. Это согласуется с другими исследованиями с использованием аналогичных методов RT [1, 2]. Однако, согласно более поздним данным о частоте РИНН после современных методик ЛТ, частота РИНН будет ниже [5]. Частота и тяжесть РНЛИ многофакторны и связаны с методами облучения [5, 13, 14], суммарной дозой облучения [1, 2], фракционированием [6, 15] и дозиметрическими параметрами [1, 15], а также Применяется шкала RILI [3, 30].Хотя возникновение РИНН, по-видимому, зависит от дозы, не существует надежных параметров ГВГ, которые могли бы предсказать степень и тяжесть как РНЛН, так и РН [1, 8]. В текущем исследовании также оценивались изменения RILI на КТ через один и четыре месяца после ЛТ. Увеличение RGS было связано с MLD и V5 (таблица 4). Это свидетельствует о том, что индивидуальное усиление тяжести РИЛИ зависит от малодозового облучения, провоцирующего позднее развитие РИН, выявляемое через несколько месяцев после ЛТ. В соответствии с этим другое исследование показало, что V5 был одним из предиктивных параметров ГВГ для развития радиационно-индуцированного фиброза легких [31].

Частота РП колеблется в пределах 8-57% в литературе [1, 7, 8, 15]. В текущем исследовании РП наблюдалась более чем у половины пациентов в течение 6 мес после ЛТ. Относительно высокую частоту РП можно объяснить тщательным мониторингом легочной токсичности у всех пациентов в течение первого года после ЛТ. Кроме того, эта когорта лечилась с другим фракционированием и более высокой общей дозой по сравнению с другими исследованиями РП после торакальной ЛТ [1, 8, 15], а также с использованием 3D-конформной ЛТ, что привело к более высокой частоте РП по сравнению с IMRT [5]. , 32].Можно сделать вывод, что частый мониторинг токсичности ЛТ и раннее лечение РП, вероятно, предотвратили развитие тяжелого РП.

Интересно, что у нескольких пациентов было выявлено двустороннее РНЛИ, и у большинства из них развился симптоматический РП. Было высказано предположение, что наличие иммуноопосредованных радиологических изменений в контралатеральном легком связано с риском тяжелого РП [9]. Индивидуальная радиочувствительность, выраженная фульминантной РН в сочетании с внеполевой РНЛИ, ранее наблюдалась у небольшого числа пациентов после ЛТ [1].Аналогичным образом было высказано предположение, что острая воспалительная реакция на одностороннее облучение легких с двусторонним лимфоцитарным альвеолитом была ответственна за развитие гиперчувствительного пневмонита [33]. Непредсказуемое возникновение РП, не связанное с облученным объемом легкого, можно объяснить индивидуальной гиперчувствительной иммунологической реакцией и предрасположенностью к радиационному поражению за счет врожденных факторов [7, 34]. В нашем исследовании фракционного оксида азота в выдыхаемом воздухе пациенты с риском РП имели более высокий исходный уровень оксида азота, что указывает на конституциональную или генетическую предрасположенность к РП [7].

Причиной отказа от использования одной из существующих шкал RILI было отсутствие количественных параметров и консенсуса между ними (Дополнительный файл 2: Таблица A.2). Точно так же определение РП затруднено из-за использования разных шкал [16,17,18, 20,21,22], на которые могут влиять другие клинические симптомы, такие как одышка до лечения, инфекционная пневмония или хроническая обструктивная пневмония. болезнь легких [35, 36]. Диагноз РП основывается на легочных симптомах, таких как сухой кашель, одышка или лихорадка после высокодозной ЛТ [6].Рентгенологическая визуализация может подтвердить радиационно-индуцированные изменения, но не требуется для диагностики РП [1]. Таким образом, возникновение РП может не зависеть от радиологических изменений, возникающих в результате ЛТ [3]. Кроме того, некоторые из шкал относительно устарели, особенно те, которые основаны на рентгенографии грудной клетки [16, 18]. С тех пор технология визуализации существенно развилась. Поэтому существует потребность в новых исследованиях РИЛИ и РФП при раке легкого с использованием современных радиологических и РТ-технологий. Шкала CTCAE была выбрана потому, что она использует только клинические оценки РП и широко распространена среди клиницистов.

Сильными сторонами исследования были проспективный наблюдательный дизайн, частое радиологическое и клиническое наблюдение за токсичностью лучевой терапии и независимая оценка КТ четырьмя радиологами. Простота и хорошая согласованность RGS между наблюдателями делают его привлекательным для использования в клинических испытаниях в качестве радиологического инструмента, описывающего и оценивающего изменения RILI. Кроме того, RGS может дополнять описание тяжести ВНПП в исследованиях, посвященных лекарственным средствам, смягчающим ВННН и/или РН, а также в исследованиях, проводящих лонгитюдное наблюдение за разрешением ВННН.Ограничениями исследования были относительно небольшой размер выборки и метод RT, используемый в исследуемой популяции. В будущем планируется провести валидационное исследование осуществимости RGS у пациентов, получающих более современные методы лучевой терапии, поскольку ожидается, что после применения современных методов лучевой терапии частота как RILI, так и RP снизится. Низкая чувствительность и отрицательная прогностическая ценность шкалы RGS 2–3 могут быть объяснены тем, что клиническая форма РН наблюдается и у пациентов с незначительными рентгенологическими изменениями [1, 2], что представляет собой проблему для шкалы.Еще одной проблемой при оценке RGS может быть дифференциальная диагностика между последствиями облучения и наличием остаточной опухоли. В таких случаях рекомендуется сравнивать изображения с базовыми сканами. Диагноз РП также может быть спутан другими легочными симптомами, такими как инфекционная пневмония [35, 36], но, по-видимому, этого не произошло в нашем исследовании.

%PDF-1.5 % 4 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 4 153 0000000016 00000 н 0000003691 00000 н 0000003799 00000 н 0000005248 00000 н 0000005291 00000 н 0000005425 00000 н 0000005555 00000 н 0000005686 00000 н 0000005817 00000 н 0000005997 00000 н 0000006482 00000 н 0000007019 00000 н 0000007054 00000 н 0000027262 00000 н 0000050480 00000 н 0000074255 00000 н 0000074451 00000 н 0000074856 00000 н 0000098222 00000 н 0000121945 00000 н 0000122255 00000 н 0000122732 00000 н 0000146409 00000 н 0000168820 00000 н 0000188443 00000 н 0000191091 00000 н 0000191204 00000 н 0000191315 00000 н 0000191345 00000 н 0000191418 00000 н 0000192595 00000 н 0000192920 00000 н 0000192983 00000 н 0000193097 00000 н 0000193127 00000 н 0000193200 00000 н 0000194270 00000 н 0000194595 00000 н 0000194658 00000 н 0000194772 00000 н 0000194884 00000 н 0000194914 00000 н 0000194987 00000 н 0000197538 00000 н 0000197862 00000 н 0000197925 00000 н 0000198039 00000 н 0000198069 00000 н 0000198142 00000 н 0000199392 00000 н 0000199708 00000 н 0000199771 00000 н 0000199885 00000 н 0000199915 00000 н 0000199988 00000 н 0000201660 00000 н 0000201982 00000 н 0000202045 00000 н 0000202159 00000 н 0000202189 00000 н 0000202262 00000 н 0000203480 00000 н 0000203804 00000 н 0000203867 00000 н 0000203981 00000 н 0000204011 00000 н 0000204084 00000 н 0000205596 00000 н 0000205920 00000 н 0000205983 00000 н 0000206097 00000 н 0000206127 00000 н 0000206200 00000 н 0000207406 00000 н 0000207730 00000 н 0000207793 00000 н 0000207907 00000 н 0000207937 00000 н 0000208010 00000 н 0000210001 00000 н 0000210327 00000 н 0000210390 00000 н 0000210504 00000 н 0000210963 00000 н 0000211239 00000 н 0000211534 00000 н 0000214227 00000 н 0000214602 00000 н 0000215078 00000 н 0000218837 00000 н 0000219314 00000 н 0000219882 00000 н 0000220580 00000 н 0000220886 00000 н 0000221205 00000 н 0000222985 00000 н 0000223329 00000 н 0000223729 00000 н 0000224543 00000 н 0000224853 00000 н 0000225182 00000 н 0000225266 00000 н 0000227581 00000 н 0000227979 00000 н 0000228445 00000 н 0000261301 00000 н 0000261340 00000 н 0000294196 00000 н 0000294235 00000 н 0000298823 00000 н 0000298862 00000 н 0000326033 00000 н 0000326072 00000 н 0000358928 00000 н 0000358967 00000 н 0000391823 00000 н 0000391862 00000 н 0000424718 00000 н 0000424757 00000 н 0000457613 00000 н 0000457652 00000 н 00004

00000 н 00004

00000 н 0000523403 00000 н 0000523442 00000 н 0000556298 00000 н 0000556337 00000 н 0000564806 00000 н 0000564845 00000 н 0000564919 00000 н 0000565044 00000 н 0000565335 00000 н 0000565409 00000 н 0000565705 00000 н 0000565779 00000 н 0000566074 00000 н 0000566148 00000 н 0000566446 00000 н 0000566520 00000 н 0000566812 00000 н 0000566886 00000 н 0000567182 00000 н 0000567256 00000 н 0000567554 00000 н 0000567628 00000 н 0000567925 00000 н 0000567999 00000 н 0000568297 00000 н 0000568372 00000 н 0000568437 00000 н 0000568503 00000 н 0000568578 00000 н 0000003356 00000 н трейлер ]/предыдущая 571426>> startxref 0 %%EOF 156 0 объект >поток hb«1/1Gq(4(f`c`fe`HaHi 3]sacyFL/\N.

0 comments on “Шкала излучений: Шкала электромагнитных волн — урок. Физика, 9 класс.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.