Без формул

Электронный учебник, в котором изложены основы физики для начинающих.

Видеоуроки

Архив образовательных и познава­тельных видео по физике и не только.

С формулами

Базовые понятия, законы и формулы из основных областей физики.

Глава 11. Другой свет

А вот теперь можно слегка задуматься и задаться таким вопросом… Когда мы говорили о звуковых колебаниях, мы узнали, что не все колебания атмосферы человек в состоянии услышать – есть инфразвуки и ультразвуки, которые ухо «не берет». Может, и со световыми колебаниями то же самое?

Да!

Со световыми колебаниями ситуация такая же – есть ультрасвет и инфрасвет, которые глаз не берет. Только называются они чуть по-другому – ультрафиолетовым и инфракрасным излучением. Солнце эти лучи исправно испускает, но мы их не видим.

Те колебания, частота которых превышает частоту фиолетового цвета, называются ультрафиолетовыми. А те, частота которых меньше частоты красного света, называются инфракрасными. Можно и по-другому сказать:

коротковолновое излучение – это ультрафиолет, а длинноволновое – инфракрасное.

То есть радуга на небе на самом деле имеет не семь цветов, а больше, просто другие цвета мы не видим.

Кстати, не все земные существа такие убогие, как люди. Пчелы, например, видят ультрафиолет, а змеи инфракрасное излучение.

Невидимый свет расположен по краям от видимого

Потемнение кожи, которое мы называем загаром, вызывается ультрафиолетовым излучением. В небольших дозах оно весьма полезно, поскольку именно под воздействием ультрафиолета наша кожа вырабатывает витамин D. А в вот больших дозах ультрафиолет опасен – он не только вызывает солнечные ожоги, но и может привести к смертельным заболеваниям кожи, повредить зрение. Поэтому особенно загаром увлекаться не стоит, а летом лучше носить темные очки, чтобы не было ожога сетчатки – того экранчика в глазу, на который проецируется изображение.

Как видите, ультрафиолет биологически очень активен. С помощью ультрафиолетовых ламп убивают вредные микробы, обеззараживая воду в бассейнах и воздух в помещениях больниц.

По счастью, от избыточного ультрафиолета легко защититься, его практически не пропускает обычное оконное стекло.

Поэтому для производства ультрафиолетовых ламп приходится делать специальное стекло – кварцевое.

Теперь скажем пару теплых слов об инфракрасном излучении. Про теплые слова я сказал не зря, ведь инфракрасное излучение иногда еще называют тепловым. Мы глазами его не видим, но если оно достаточно интенсивное, мы можем почувствовать его кожей как тепло.

И что это значит?

А то, друзья мои, что мы с вами теперь знаем все способы передачи тепла от одного тела к другому! Ну-ка, вспоминайте, первую часть книги. Мы там говорили, что температура и тепло – это просто мера скорости молекул. И я рассказывал, как передается тепло: более энергичные, то есть более быстрые – «горячие» – молекулы нагретого тела барабанят по более медленным – «холодным» – молекулам другого тела, тормошат их, расталкивают, отдавая им свою энергию. И постепенно, постепенно скорости молекул в горячем и холодном телах уравниваются. Тогда мы говорим:

– О! Отлично! Температура сравнялась! Холодное нагрелось, горячее остыло.

Этот способ теплопередачи называется теплопроводностью.

Могучие умы выделяют в отдельную категорию такую разновидность теплопередачи, как перемешивание или, по-научному говоря, конвекцию. Конвекция – это когда большие массивы «горячих» молекул перемешиваются механическим путем с большими массивами «холодных». Лучший пример тут – батарея отопления. Она стоит под окном и нагревает воздух вокруг себя. А поскольку теплый воздух легче холодного, он поднимается вверх без всякого воздушного шара, и на его место к батарее снизу, от пола подсасывается холодный воздух. Который тоже нагревается о батарею и улетает вверх. Таким образом вкруговую идет постоянное перемешивание воздуха в комнате. Конвекция ускоряет процесс теплообмена в больших объемах.

Конвекция – это очень просто. Обычное перемешивание

И вот теперь мы узнали еще один способ передачи тепла – лучами, то есть волнами инфракрасного спектра. Попадая на какое-то тело, инфракрасные лучи его нагревают, то есть раскачивают молекулы, придавая им скоростенки.

Не каждый современный ребенок видел такую штуку, как на этом фото. Сейчас больше в моде другие обогреватели. А раньше такие вот рефлекторы пользовались большой популярностью. В чем суть этого великого изобретения? На керамический патрон наматывается металлическая спиралька из специального сплава. Через нее пропускают ток, и спираль нагревается докрасна и нагревает керамический конус. При этом спираль и керамика немного излучают в видимом диапазоне (красный свет) и очень сильно в невидимом – инфракрасном. Круглый металлический рефлектор фокусирует эти лучи, направляя их сплошным потоком вперед. И человек чувствует тепло или даже жар, если на него направить отражатель. Шикарно, дети мои, шикарно!

Теперь, ознакомившись с качественными характеристиками, нам осталось только дать численные значения ультра-и инфрасвета. Кстати, слово «инфрасвет» никогда нигде и никем не употребляется, это я уж так, хулиганю. Всегда говорят почему-то длинно – «инфракрасное излучение». А вот волны с другой стороны спектра почему-то имеют свое сокращение – «ультрафиолет». Загадки языка.

Итак, ультрафиолетовый свет находится на частотной шкале «правее» фиолетового и простирается от 790 до 30000 ТГц. А инфракрасный, соответственно, левее и его значения лежат в значениях от 1 до 400 тетрагерц.

Раздумчивый читатель, который смотрит на два хода вперед, может в этом месте книги начать ожесточенно чесать затылок, организуя таким образом повышенный приток крови к мозгу для усиления умственной деятельности, ибо в голове его уже зреют два вопроса:

– А еще левее инфракрасного и правее ультрафиолетового бывают волны?

– И волнами чего является свет? Ну, в смысле что колеблется? Морские волны – это колебания воды. Звуковые – воздуха. А тут? Ответит нам наконец автор или нет?

Отвечаю по порядку.

Да. И левее, и правее инфра- и ультрасветовых колебаний тоже существуют волны. А почему бы им не быть? Направо от ультрафиолета частоты растут, а длины волн, соответственно, падают. А влево от инфракрасного частоты падают, а длины волн растут.

И что же находится правее ультрафиолета с частотой выше ультрафиолета?

А там, милые мои, находятся уже знакомые нам рентгеновские лучи. Оказывается, они – то же самое, что свет, только частоты другие. Вредные для здоровья рентгеновские лучи имеют частоты от 30000 ТГц до 600000 ТГц. Те рентгеновские лучи, что подлиннее (меньше частота), называют мягким рентгеном. А высокочастотные рентгеновские лучи – жестким.

Далее, еще правее располагается также известное нам гамма-излучение. Оно не просто вредное, оно убийственное.

Теперь посмотрим в другую сторону. Какие волны лежат левее инфракрасных? А это хорошо нам знакомые радиоволны! Они условно делятся на:

– сверхдлинные (от 0 до 3 килогерц, длина этих волн – тысячи километров)

– длинные (с частотой от 3 до 30 килогерц и километровой длиной)

– средние (от 300 КГц до 3 мегагерц, гектометровые)

– короткие (от 3 МГц до 30 МГц, декаметровые)

– метровые (30 МГц – 300 Мгц)

– дециметровые (300 МГц – 3 ГГц)

– сантиметровы или СВЧ (3 ГГц – 30 ГГц)

– миллиметровые или микроволны (30 ГГц – 300 ГГц)

Практически все эти волны человечеством так или иначе используются.

На сверхдлинных волнах были полуэкспериментальные попытки сделать дальнюю связь с подводными лодками, поскольку длинные волны хорошо проходят сквозь воду.

На длинных, средних и коротких волнах осуществляется обычная радиосвязь.

Метровые и дециметровые – это передача изображения в телевидении.

Сантиметровыми волнами разогревают пищу в печках-СВЧ.

Миллиметровые волны пытаются использовать в медицине для лечения.

Как видите, природа всех этих колебаний, начиная с самого длинного и «ленивого» радиодиапазона с тысячекилометровыми волнами и заканчивая самым коротким и жестким проникающим излучением, одинакова.

Часть этих колебаний мы можем воспринимать непосредственно своими органами чувств –

я имею в виду тот короткий кусочек шкалы, который мы называем видимым светом. И теперь остается только ответить на вопрос, что же это за колебания, то есть что же именно колеблется, раз свет – это волна.

Тут я рекомендую вам вспомнить, с какого момента книги мы начали этот длинный разговор о волнах. Не листайте книгу, я напомню ход событий.

Мы сначала узнали, из чего собирается вещество. Оно собирается всего из трех частиц – электрон, протон и нейтрон. Две из них электрически заряженные. Мы полюбили таблицу Менделеева, где сгруппированы все возможные атомы, сделанные из трех указанных элементарных частиц. Мы узнали на примере воды и соли, как собираются из атомов молекулы. (Подробности этой сборки изучает наука химия.)

Затем выяснилось, что, помимо вещества, в мире существует еще и некое невидимое и неосязаемое поле. Оно неразрывно связано с веществом! Электрическое поле связано с электрически заряженными частицами. Магнитное поле магнита порождается движением электрически заряженных частиц. А вообще-то разделять их бессмысленно, поскольку магнитные и электрические проявления поля – это как орел и решка у монеты. Ну не бывает же отдельно орла и решки, это просто две стороны одной денежки. Точно так же не бывает и отдельного магнитного и электрического поля. Это две стороны единого электромагнитного поля. Просто иногда нам видится только одна из его сторон. Но стоит сделать шаг в сторону… Шаг в сторону – это движение. А движение сразу приводит к «мерцанию сторон» поля: движущееся магнитное порождает электрическое, движущееся электрическое порождает магнитное. И пошел разбег кругов.

Затем мы подвесили на ниточке магнит, а потом заряд и качнули их, заставив двигаться, колебаться и распространять по своему полю волны.

Догадались? Те самые волны, которые в частотном диапазоне простираются от нуля до бесконечности, – радиоволны, свет, ультрафиолет, рентген, гамма – это просто электромагнитные волны. То есть колебания электромагнитного поля. Оно пронизывает всю вселенную. Просто где-то поле «гуще», а где-то истончается до нуля.

Ниже нарисована шкала этих волн, которую поэтически можно назвать «таблицей Менделеева для электромагнитных колебаний».

Полная шкала электромагнитных колебаний
Глава 11. Другой свет
5 (100%) 4 votes

Добавить комментарий

avatar
480
Анна
Анна

Про ультрафиолет не поняла. Мы видим голубое небо, потому что голубая волна длиннее а фиолетовая не долетает до нас и рассеивается в более высоких слоях атмосферы. Так вроде нам объяснили? А что тогда видят некоторые животные и мы получаем на коже в виде загара, он все таки доходит до земли?

Константин
Константин

Дак если гамма излучение это поток нейтрально заряженных частиц, тогда почему гамма излучение это волна?

Витя
Витя

Вопрос на засыпку

Азамаи
Азамаи

Крутой портал!

Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить