Shared Flashcard Set
Видимый свет — это небольшой диапазон электромагнитных волн. Минимальная частота соответствует красному цвету и равна 4*10 14 Гц. Определите длину волны красного цвета, если скорость света с=3*10 8 м/с.
| 7,5*10 -7 м |
Видимый свет — это небольшой диапазон электромагнитных волн. Максимальная частота соответствует фиолетовому цвету и равна 8*10 14 Гц. Определите длину волны фиолетового цвета, если скорость света с=3*10 8 м/с.
| 3,75*10 -7 м |
Какой вид электромагнитного излучения из предложенного списка обладает наибольшей частотой?
Какой вид электромагнитного излучения из предложенного списка обладает наименьшей частотой?
Как можно назвать частицу электромагнитной волны?
Световые волны. лекция + решение задач
Уже в XVII веке возникли две, казалось бы, взаимоисключающие теории света: корпускулярная и волновая.
Корпускулярная теория, в которой свет моделируется потоком частиц, хорошо объясняет прямолинейное распространение, отражение, преломление, но не в состоянии объяснить явления интерференции и дифракции света.
Волновая теория объясняет интерференционные и дифракционные явления, но встречает трудности при объяснении прямолинейного распространения света.
В XIX веке Максвеллом, Герцем и другими исследователями доказано, что свет — это электромагнитная волна. Однако, в начале XX века было установлено, что при взаимодействии с веществом свет проявляет себя как поток частиц.
Таким образом, свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу: при интерференции и дифракции проявляются, главным образом, волновые свойства света, а при излучении и поглощении — корпускулярные.
ЗАКОН ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА. Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости; угол отражения равен углу падения.
ЗАКОН ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная и называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой:
Если свет переходит в прозрачную среду из вакуума, то относительный показатель преломления называется абсолютным.
Абсолютный показатель преломления вакуума, очевидно, равен nвак = 1. Измерения показали, что nвоз = 1,00029, то есть почти такой же, как вакуума.
Физический смысл относительного показателя преломления заключается в том, что он равен отношению скоростей света в граничащих средах (экспериментальный факт):
Отсюда следует, что
1. Линза прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.
Главная оптическая ось линзы — прямая, на которой лежат центры сферических поверхностей.
Оптический центр линзы — точка, проходя через которую лучи не преломляются.
Фокус линзы — точка, в которой пересекаются вышедшие из линзы лучи светового пучка, падающего на линзу параллельно главной оптической оси.
В фокусе собирающей линзы пересекаются реальные лучи, поэтому он называется действительным, в фокусе рассеивающей линзы пересекаются не сами лучи, а их мнимые продолжения, поэтому он называется мнимым.
2.Формула тонкой линзы
где D — оптическая сила (измеряется в диоптриях), F — фокусное расстояние линзы, d и f — расстояния от оптического центра линзы до предмета и изображения соответственно.
Правила знаков:
· Фокусное расстояние F собирающей линзы положительно, рассеивающей — отрицательно.
· Если предмет действительный, то расстояние до него d положительно, если мнимый — отрицательно.
· Если изображение действительное, то расстояние до него f положительно, если мнимое — отрицательно.
Дифракционная решетка — экран с параллельными щелями равной ширины, разделенными одинаковыми непрозрачными промежутками. Период решетки d — расстояние между серединами соседних щелей.
Если дифракционную решетку осветить пучком монохроматического света, то на расположенном в фокальной плоскости линзы экране возникает дифракционная картина: центральный максимум нулевого порядка и симметричные относительно него максимумы ±1, ±2. порядков.
Направления на максимумы дифракционной картины от решетки даются условием:
Так как при любом k , за исключением k = 0, угол зависит от длины волны , то при освещении дифракционной решетки белым светом наблюдается белый центральный максимум и спектры ±1, ±2. порядков.
Дифракционные спектры тем шире, чем меньше период решетки, и тем качественнее, чем больше щелей содержит решетка.
Пример. Определите положение изображения предмета, находящегося на расстоянии 15 см от собирающей линзы с оптической силой 5 дптр.
Фокусное расстояние линзы F = 1/D = 1/5 = 0,2 м больше, чем расстояние d от предмета до линзы, поэтому линза дает мнимое, увеличенное и прямое изображение действительного предмета. Из формулы тонкой линзы:
Знак «-» перед обусловлен тем, что изображение мнимое. Отсюда
Ответ: предмет расположен на расстоянии 8,6 см от линзы.
Частота́ — физическая величина , характеристика периодического процесса , равна количеству повторений или возникновения событий (процессов) в единицу времени. Рассчитывается, как отношение количества повторений или возникновения событий (процессов) к промежутку времени, за которое они совершены [1] . Стандартные обозначения в формулах — ν , f или F .
Единицей измерения частоты в Международной системе единиц (СИ) является герц (русское обозначение: Гц; международное: Hz), названный в честь немецкого физика Генриха Герца .
Частота обратно пропорциональна периоду колебаний : ν = 1/T .
Частота, как и время , является одной из наиболее точно измеряемых физических величин: до относительной точности 10 −17 [2] .
В природе известны периодические процессы с частотами от ~10 −16 Гц (частота обращения Солнца вокруг центра Галактики ) до ~10 35 Гц (частота колебаний поля, характерная для наиболее высокоэнергичных космических лучей ).
В квантовой механике частота колебаний волновой функции квантовомеханического состояния имеет физический смысл энергии этого состояния, в связи с чем система единиц часто выбирается таким образом, что частота и энергия выражаются в одних и тех же единицах (иными словами, переводный коэффициент между частотой и энергией — постоянная Планка в формуле E = hν — выбирается равным 1).
Глаз человека чувствителен к электромагнитным волнам с частотами от 4 ⋅ 10 14 до 8 ⋅ 10 14 Гц ( видимый свет ); частота колебаний определяет цвет наблюдаемого света. Слуховой анализатор человека воспринимает акустические волны с частотами от 20 Гц до 20 кГц. У различных животных частотные диапазоны чувствительности к оптическим и акустическим колебаниям различны.
Отношения частот звуковых колебаний выражаются с помощью музыкальных интервалов , таких как октава , квинта , терция и т. п. Интервал в одну октаву между частотами звуков означает, что эти частоты отличаются в 2 раза, интервал в чистую квинту означает отношение частот 3 ⁄ 2 . Кроме того, для описания частотных интервалов используется декада — интервал между частотами, отличающимися в 10 раз. Так, диапазон звуковой чувствительности человека составляет 3 декады (20 Гц — 20 000 Гц). Для измерения отношения очень близких звуковых частот используются такие единицы, как цент (отношение частот, равное 2 1/1200 ) и миллиоктава (отношение частот 2 1/1000 ).
Решение задач
1. Видимый свет — это небольшой диапазон электромагнитных волн. Длина волны соответствует красному свету и равна 7,5 ∙ 10 -7 м. Определите частоту красного света. Скорость света с = 3 • 10 8 м/с.
2. Видимый свет — это небольшой диапазон электромагнитных волн. Длина волны соответствует фиолетовому свету и равна 3,8 • 10 -7 м. Определите по этим данным длину частоту фиолетового света. Скорость света с = 3 • 10 8 м/с.
3. Чему равна энергия фотона, соответствующая световой волне частотой 6,3 • 10 14 Гц? Постоянная Планка 6,6 • 10 -34 Дж • с.
4. Чему равна энергия фотона, соответствующая световой волне частотой 5,1 • 10 14 Гц? Постоянная Планка 6,6 • 10 -34 Дж • с.
5. Угол падения на границу двух прозрачных сред составляет 45°, а угол преломления 30°. Определите относительный показатель преломления.
6. Угол падения на границу двух прозрачных сред составляет 60°, а угол преломления 45°. Определите относительный показатель преломления.
7. Абсолютный показатель преломления алмаза 2,42. Какова скорость света в алмазе? Скорость света в воздухе с = 3 • 10 8 м/с.
8. Абсолютный показатель преломления воды 1,33. Какова скорость и длина волны света в воде, если его частота Гц? Скорость света в воздухе с = 3 • 10 8 м/с.
Свет как электромагнитная волна
В начале XIX в. считалось, что свет – это механическая упругая волна, распространяющаяся в особой среде – светоносном эфире , но доказать, что эфир существует, не удалось.
В середине XIX в. Дж. Максвелл предположил, что свет является частным проявлением электромагнитных волн.
Видимый свет – это небольшой диапазон электромагнитных волн с длиной волны от 0,38 до 0,76 мкм, который граничит с ультрафиолетовым и инфракрасным излучением.
Воздействие электромагнитных излучений на организм человека
Как электромагнитные излучения влияют на организм людей и какие существуют способы защиты от ЭМП.
Влияние на организм человека электромагнитных полей (ЭМП) определенной силы не может пройти незамечено. Ведь и в самом человеке заложены принципы функционирования органов и систем, основанные на электрических явлениях. Головной мозг, центральная и периферическая нервная система – вот первые объекты, которые могут подвергнуться воздействию внешних полей, не говоря о нежелательных эффектах в других частях организма и об изменениях, происходящих на клеточном уровне. Как установили специалисты в области научной гигиены, электромагнитное поле достаточной интенсивности может изменять картину высшей нервной деятельности человеческого мозга. Исследователи выявили отклонения в сигналах электроэнцефалограммы: десинхронизацию и изменение частоты основных ритмов.
Люди, подвергающиеся облучению электромагнитных полей, отмечают в себе изменение эмоционального состояния, часто жалуются на раздражительность и гневливость, вспыльчивость и плаксивость. Реакции человеческого организма на воздействие разного рода магнитных и электрических полей проявляются также в виде притупления внимания, ухудшения свойств памяти, повышения утомляемости, сонливости и уменьшения эффективности сна. При этом хроническое облучение в течение длительного периода усугубляет вышеприведенные реакции и увеличивает риски нежелательных последствий, которые приводят к функциональным расстройствам различного характера. Здесь следует отметить изменение биохимических показателей крови, появление головной боли различной локализации, шума в ушах и головокружения, а также возникновение чувства зуда, болей в мышцах, костях и суставах. В последнее время появились данные об участии электромагнитных полей в формировании злокачественных новообразований.
Электромагнитное воздействие оказывает влияние не только на людей и другие живые организмы, но и на растительный мир. Известны факты, что растения, произрастающие вблизи высоковольтных подземных кабелей, испытывают дезориентацию в пространстве. Стволы деревьев не тянутся вверх, как это должно происходить с нормальными растениями, а изгибаются в сторону и даже вниз причудливым образом. Также зафиксированы случаи, когда вблизи GSM базовых станций сотовой связи деревья сохнут, а мощные передатчики телекоммуникационной системы Wi-Fi подавляют рост и уничтожают растительность в зоне с радиусом 100–150 метров.
Факторы влияния электромагнитных полей на человека
Общий характер воздействия ЭМП на организм человека можно выразить следующими факторами:
-
Опасность усиливается по мере возрастания частоты электромагнитных колебаний, поэтому предельно-допустимые уровни (ПДУ), рекомендованные санитарными службами и прописанные в нормативных документах, снижаются. В полуметре от корпуса потребительских бытовых изделий ПДУ напряженности электрической составляющей ЭМП не должны превышать значений: 500 В/м для частоты 50 Гц, 25 В/м для частот 0,3–300 кГц, а в более высокочастотном диапазоне 30–300 МГц – всего 3 В/м.
Средства контроля электромагнитных излучений
Профессиональные средства контроля ЭМП используются на промышленных предприятиях, а также на местах эксплуатации всевозможных технических устройств. Лаборатории промсанитарии оснащены современными измерительными приборами, позволяющими определять ЭМП в широком диапазоне частот и мощностей непосредственно на рабочих местах и в зонах скопления людей. Профессиональный измеритель электрического поля ИЭП-05 работает в двух полосах частот: 5–2000 Гц и 2–400 кГц. Для измерения магнитного поля предназначено устройство ИМП-05, охватывающее те же диапазоны. Существуют и универсальные измерители ЭМП, например, П3-41 – измеритель уровней электромагнитных излучений, определяющий магнитную составляющую в полосе частот 0,01–50 МГц. Спектр электрической части излучения ЭМП находится в диапазоне 0,01–40000 МГц. Шесть сменных антенн определяют режимы работы изделия. Широко известен измеритель электромагнитного поля П3-70/1, работающий на промышленной частоте 50 Гц и покрывающий спектры в районе 5–2000 Гц, 2–400 кГц и 10–30 кГц.
Как правило, профессиональные средства измерения зарегистрированы в Государственном реестре. Для бытовых измерений разработаны и поступили в продажу приборы, не требующие регистрации. Одним из таких устройств является индикатор напряженности электромагнитных излучений ИМПУЛЬС. Область частот, которые охватывает прибор, лежит в пределах 20–2000 Гц. Этого вполне достаточно, чтобы оценить опасность, исходящую от бытовых электроприборов, компьютеров и другой электроники.
Для измерения уровней ЭМП от электрической проводки, бытовой техники в домашних условиях, а также на территории частных владений, расположенных вблизи воздушных или подземных высоковольтных линий электропередач, можно воспользоваться услугами аккредитованных лабораторий. Для самостоятельной оценки уровней излучения служит прибор РАДЭКС ЭМИ 50 – индикатор ЭМП промышленной частоты, работающий в диапазоне 47–53 Гц. Магнитную и электрическую составляющую поля устройство измеряет раздельно.
Хотя частотный диапазон ЭМП, присутствующих в жилище человека или на его рабочем месте простирается до десятков гигагерц, стоит обратить внимание на ЭМП промышленной частоты, так как вся стационарная бытовая техника подключается к сети 220 В / 50 Гц либо 380 В / 50 Гц (по трехфазной системе питания). Во многих таких устройствах (телевизор, компьютер, музыкальный центр) имеется блок питания, состоящий из трансформатора, выпрямителя, стабилизатора, излучающие электрические и магнитные поля на частоте 50 Гц. В других бытовых и промышленных устройствах (стиральная машина, пылесос, фен, кухонный комбайн, электродрель) силовые элементы – электромоторы, пускатели, реле – специально рассчитаны на питание непосредственно от напряжения сети 50 Гц и являются мощными генераторами низкочастотных полей.
Основные способы защиты от электромагнитных полей
Чтобы правильно организовать защиту от ЭМП нужно знать источники их происхождения. Мощные поля промышленной частоты могут генерировать высоковольтные линии электропередачи, оборудование на трансформаторных подстанциях, другие промышленные электроустановки. Доступ людей в опасные места должен ограничиваться санитарными зонами. В условиях дома или квартиры излучения, превышающие ПДУ, могут исходить из точек подвода квартирной электросети к системе энергообеспечения (электрощитки, автоматические выключатели, электросчетчики).
Бытовые электроприборы, включающие в свой состав электродвигатели, электронагреватели (ТЭН), имеющие значительную мощность, также являются предметами повышенного риска. Среди них пылесос и стиральная машина, холодильник и кухонный комбайн, электроплита и электрочайник, кондиционер и электроинструмент. Одеяло с электрообогревом, система теплого пола с электронагревателями, а также электробритва являются источниками опасного излучения промышленной частоты ввиду близкого (сантиметры) расположения их от тела человека.
В высокочастотной области спектра потенциальный вред здоровью могут нанести персональный компьютер, микроволновая печь, сотовый телефон, телекоммуникационные устройства достаточно большой мощности (Bluetooth, Wi-Fi, радиостанция). Следует отметить, что действие стационарных приборов, подключаемых к сети, многократно усиливается при неисправном заземляющем проводе, либо когда электрическая вилка евро стандарта бытового прибора с заземляющим контактом включается в розетку советского стандарта, не имеющего заземляющей шины.
В целом для эффективной защиты от ЭМП следует придерживаться следующих правил:
- Ограничивать время воздействия ЭМП.
- Удаляться от источника излучения на максимальное расстояние.
- Использовать режимы работы с наименьшей мощностью.
- Минимизировать эксплуатацию высокочастотной техники.
- Не использовать устройства с широкой полосой частот.
- Уменьшать количество одновременно работающей бытовой техники.
- Применять при подключении приборов к электросети заземляющую шину.
- Устанавливать защитные экраны, металлические щиты, фольгу и пленку.
Места отдыха и длительного нахождения людей – кровати в спальне, диваны и кресла в зале, школьный письменный стол, а также детская комната – должны подвергаться наименьшему электрическому и магнитному воздействию. Для этого перед устройством таких мест необходимо провести мониторинг уровней излучения ЭМП. Время от времени измерения следует повторять, так как электромагнитная обстановка в доме имеет тенденцию изменяться.
Защита населения от вредного воздействия магнитных и электрических полей сегодня актуальна, как никогда. Статистика показывает, что парк бытовых электроприборов и изделий электронной техники из года в год растет, усложняя экологию и условия выживания человека. Соблюдение простых правил совместно с систематическим мониторингом среды обитания позволит не допустить превышения норм ПДУ излучений и не получить неприятных проблем, связанных со здоровьем.