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%) 3 votes

Добавить комментарий

avatar
480
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