Группа МСТ 2 Физика 17.12.2022 Тема 4. Световые лучи.
учебно-методический материал по физике

Тема 8. Световые лучи

Инфракрасное- «тепловое» излучение.

Уильям Гершель  (нем. физик)    1800г

Источник излучения: любые тела, нагретые до определённой температуры.

λ=0,74 - 2000 мкм; 740 – 2000000 нм

Большаю часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50% Солнца; инфракрасные излучения испускают некоторые лазеры.

Свойства:

Мало поглощаются воздухом, пылью;

Вызывают нагревание тел.

Применение

ИК (инфракрасные) диоды и фотодиоды повсеместно применяются в пультах дистанционного управления, системах автоматики, охранных системах и т. п.

Приборы ночного видения.

Восстановление старых документов.

Лечение кожных заболеваний и заболевание листьев растений.

В промышленности для сушки лакокрасочных поверхностей.

 Положительным побочным эффектом так же является стерилизация пищевых продуктов.

Проникновения в такие капиллярно-пористые продукты, как зерно, крупа, мука и т. п. оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на продукт, способствует ускорению биохимических превращений в биологических полимерах (крахмал, белок, липиды).

В 1894г. Келлог ввел в терапию электрические лампы накаливания, после чего инфракрасные лучи были с успехом применены при заболеваниях лимфатической системы, суставов, грудной клетки(плевриты), органов брюшной полости(энтериты, рези и т.п.), печени и желчного пузыря.

Инфракрасные сауны в мире давно известны и пользуются заслуженной популярностью. Действие таких саун основано на простом принципе -непосредственного  нагрева тела человека инфракрасным теплом от специальных ИК излучателей.

Для его регистрации пользуются тепловыми (например, болометрами) и фотоэлектрическими приёмниками, а также специальными фотоматериалами.

В сентябре 2000 года в Японии были успешно протестированы и запатентованы ИК длинноволновые карбоновые обогреватели воздуха, для создания которых было использовано углеродистое волокно, помещённое в вакуумные кварцевые трубки. Карбоновые обогреватели - принципиально новый тип обогревателей воздуха, отличающийся экологичностью и высокой эффективностью.

Рентгеновские лучи

 Вильгельм Конрад Рентген 1895

Источники:      Х-лучи возникают при торможении быстрых электронов любым препятствием, в частности металлическими электродами.

Рентген обнаружил, что новое излучение появлялось в том месте, где катодные лучи (потоки быстрых электронов) сталкивались со стеклянной стенкой трубки. В этом месте стекло светилось зеленоватым светом.

Схема электронной рентгеновской трубки. Катод 1 представляет собой вольфрамовую спираль, испускающую электроны за счет термоэлектронной эмиссии. Цилиндр 3 фокусирует поток электронов, которые затем соударяются с металлическим электродом (анодом) 2. При этом рождаются рентгеновские лучи. Напряжение между анодом и катодом достигает нескольких десятков киловольт. В трубке создается глубокий вакуум; давление газа в ней не превышает 10-5 мм рт. ст.

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).

λ: 10-14 до 10-8 м, 10-9 до 10-10 м.

Свойства: Высокая химическая и биологическая активность; Ионизирует воздух; Высокая проникающая способность; Свечение газов; Вызывает мутацию организмов. Не отражались от каких-либо веществ и не испытывали преломления. Электромагнитное поле не оказывало никакого влияния на направление их распространения.
Применение

    1. Медицина    для постановки правильного диагноза заболевания, а также для лечения раковых заболеваний. Позволяют медиками диагностировать туберкулёз и другие заболевания лёгких пациента. Рентгеноспектрометр

2.Выявление дефектов в изделиях - метод обнаружения раковин в отливках, трещин в рельсах, проверки качества сварных швов и т. д. Рентгеновская дефектоскопия, основана на изменении поглощения рентгеновских лучей в изделии при наличии в нем полости или инородных включений-называется рентгеновской дефектоскопией.Дефектоскоп

3.В материаловедении, кристаллографии, химии и биохимии рентгеновские лучи используются для выяснения структуры веществ на атомном уровне при помощи дифракционного рассеяния рентгеновского излучения (рентгеноструктурный анализ). Известным примером является определение структуры ДНК.

4.Определяют химический состав вещества. С помощью рентгеноструктурного анализа удается расшифровать строение сложнейших органических соединений, включая белки. В частности, была определена структура молекулы гемоглобина, содержащей десятки тысяч атомов.

5. В аэропортах активно применяются рентгенотелевизионные интроскопы, позволяющие просматривать содержимое ручной клади и багажа в целях визуального обнаружения на экране монитора предметов, представляющих опасность.

 6.Весьма обширны применения рентгеновских лучей в научных исследованиях. По дифракционной картине, даваемой рентгеновскими лучами при их прохождении сквозь кристаллы, удается установить порядок расположения атомов в пространстве - структуру кристаллов. Сделать это для неорганических кристаллических веществ оказалось не очень сложно. Эти достижения стали возможными благодаря тому, что длина волны рентгеновских лучей очень мала, - именно поэтому удалось «увидеть» молекулярные структуры. Увидеть, конечно, не в буквальном смысле; речь идет о получении дифракционной картины, с помощью которой после немалой затраты труда на ее расшифровку можно восстановить характер пространственного расположения атомов.

Рентгеновская фотография (рентгенограмма) руки своей жены Берты, сделанная В. К. Рентгеном.

Ультрафиолетовое излучение (УФИ)

Финзен Нильс Рюберг (15.12.1860, Торсхавн – 24.09.1904, Копенгаген), датский физиотерапевт, удостоенный в 1903 Нобелевской премии по физиологии и медицине за работы по изучению действия ультрафиолетового излучения на организм человека.

Финзен показал, что ультрафиолетовый свет обладает лечебным эффектом, в частности при туберкулёзе кожи и нагноении при оспе. Предложил оригинальную конструкцию лампы, позволявшую использовать в медицинских целях электрическую дугу (лампа Финзена).

λ: 380 нм -  10 нм;

ν: от 7,9×1014  — 3×1016 Гц

Источник излучения:

Солнце, ртутные лампы, ртутно-кварцевые лампы. Люминесцентные лампы

Свойства:

 Интенсивно поглощается атмосферой и исследуется только вакуумными приборами; Обладает высокой химической и биологической активностью.

Ионизирует воздух; повышает тонус живого организма;  активирует защитные механизмы; повышает уровень  иммунитета, а также увеличивает секрецию ряда гормонов;  образуются  вещества, которые обладают сосудорасширяющим действием, повышают проницаемость кожных сосудов; изменяется углеводный и белковый обмен веществ в организме; изменяет легочную вентиляцию — частоту и ритм дыхания; повышается газообмен; образуется в организме витамин Д, укрепляющий костно-мышечную систему и обладающий антирахитным действием.

Отрицательно действует:   на кожу в больших количествах;  на сетчатку глаза

Применение

Кварцевание в лаборатории инструмента                                  

 Солярий

Ультрафиолетовое излучение UV-B активизирует процесс выработки витамина D-3,нормализующего фосфорокальциевый обмен, который способствует укреплению мышц, придаёт прочность костной ткани и подавляет рост раковых клеток; стимулирует функцию стресс-реализующих систем, повышая умственную и физическую работоспособность и помогая бороться с депрессией.
Для безопасного и эффективного загара в солярии рекомендуется правильно определить свой тип кожи.
Рекомендуется загорать в солярии не больше двух раз в год по 15-20 сеансов. Обычно средний цикл составляет 8-10 последовательных сеансов с интервалом в один день. Продолжительность загара в солярии зависит от типа кожи и технических характеристик солярия (мощность, количество ламп).