На какие виды делятся электромагнитные волны: Приволжский исследовательский медицинский университет

На какие виды делятся электромагнитные волны: Приволжский исследовательский медицинский университет

Posted on

Содержание

Введение в дистанционное зондирование

Спектр электромагнитных волн

Свет и излучение представляют собой лишь небольшую часть существующих форм электромагнитной энергии. Человеческий глаз может видеть только ту часть спектра электромагнитных волн, которая содержит спектральные цвета; в то же время, наша кожа способна чувствовать разницу температур.

Электромагнитное излучение — один из видов распространения энергии. Оно определяется как энергия волны и характеризуется частотой или длиной волны. Излучение распространяется со скоростью света (дальнейшая информация о частоте, длине волны и скорости света находится в разделе Анализ спектров Земли).

Спектр электромагнитных волн может быть описан терминах частоты (в герцах) или длины волны (в микрометрах, миллиметрах или метрах), см.

рисунок ниже.

Спектр электромагнитных волн разделён на несколько диапазонов, начинающихся с очень малой длины волны и высокой частоты, т.н. рентгеновские лучи (около 0.01 µm). Далее идёт ультрафиолетовое излучение с длинами волн порядка 0.1 µm. Часть видимого света, которую воспринимает человеческий глаз, протянулась от 0.38 µm до 0.78 µm и от фиолетового, синего, зелёного, жёлтого до оранжевого и красного. После этого спектрального диапазона находятся инфракрасные длины волн, за которыми следуют ещё более длинные волны, такие как

микроволны и радиоволны. Инфракрасный диапазон делится на ближний инфракрасный, средний инфракрасный и тепловой инфракрасный диапазоны (дальнейшая информация в разделе анализ спектров Земли).

Источниками электромагнитного излучения являются Солнце и Земля, излучающие в инфракрасном диапазоне, а также активные сенсоры спутников.

Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных волн

 

4.      «Изучение нового материала»

Цель: Изучить электромагнитные волны. Их свойства, происхождение, историю открытия.Изучить  основные свойства электромагнитных волн. Рассмотреть различие и схожесть механических и электромагнитных волн. Познакомиться с областями применения электромагнитных волн.

Описание:. Учитель излагает основной материал, сопровождая рассказ демонстрацией слайдов. Ученики ведут записи в тетрадях. Затем проводят сравнительный анализ механических и электромагнитных волн

( идет эврестическая бесседа). Затем ученики делятся на 7 групп. Каждая группа получает информацию  и план,по которому они должны презентовать свои знания. Потом каждая группа презентует свою работу ввиде постера или презентации, остальные ученики записывают информацию, заполняя таблицу . «Электромагнитные волны и их сойства».

Деятельность учителя: Раздает задания, контролирует выполнние задания. Проверяет правильность выполнения и понимание, изучанного материала.

Деятельность ученика: Ученики выполняет работу в группах.Каждый заполняет в своей тетрадетаблицу «Электромагнитные волны и их сойства»

Оценивание: Оценивается верность, логичность составления постера (групповая работа), заполнение таблицы (индивидуальная работа.

 

А) Изложение нового материала

Вселенная – океан ЭМ излучений, а мы живем в этом океане. И каждый день, включая различные приборы, не замечаем, что пространство окружающее нас пронизывают разные виды волн.

На данный момент вы накопили достаточно знаний о разных видах электромагнитных излучений. И сегодня на уроке наша задача систематизировать и обобщить эти знания.

О существовании электромагнитных волн в своих работах говорили ученные уже в 17 веке н.э .Выдвигая гипотезы и описывая окружающие явленияПервые волновые теории света 1678 году Гюйгенс выпустил «Трактат о свете» — набросок волновой теории света.

В 1660—1670-е годы существенный теоретический и экспериментальный вклад в физическую теорию света внесли также Ньютон и Гук.

Существование электромагнитных волн предсказал английский физик Фарадей в 1832 году.

В 1865 году английский физик Дж. Максвелл завершил построение теории электромагнитного поля классической физики, строго оформив её математически, что позволило ему обосновать и предположение о том, что свет является электромагнитной волной.

В 1888 году немецкий физик Герц подтвердил теорию Максвелла опытным путём.

 

Длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 1013 м (низкочастотные колебания) до 10-10 м ( — 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.

Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и -излучение.  Самое коротковолновое -излучение испускает 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. В вакууме излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.

   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.

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 -излучению, сильно поглощаемым атмосферой.

По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.

Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно -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 междудлинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц

 

В)Рассмотрим каждое излучение.(работа в группах). Ученики делятся на 7 групп

1. Низкочастотное излучение

2. Радиоволны

3. Инфракрасное излучение

4. Видимое излучение

5. Ультрафиолетовое излучение

6. Рентгеновское излучение

7. g-излучение

 

Каждое излучение мы будем изучать по следующему обобщенному плану. Обобщенный план для изучения излучения:

1. Название диапазона

2. Частота или  длина волны

3. Источник

4. Основные свойства

5. Применение

 

С)Спикеры групп презентуют свои работы.

D)Делается вывод

Итак, низкочастотное излучение, радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, g-излучение представляют собой различные виды электромагнитного излучения.

Если мысленно разложить эти виды по возрастанию частоты или убыванию длины волны, то получится широкий непрерывный спектр – шкала электромагнитных излучений (учитель показывает шкалу). К опасным видам излучения относятся: гамма-излучение, рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение, остальные – безопасны.

Деление электромагнитных излучений по диапазонам условное. Четкой границы между областями нет. Названия областей сложились исторически, они лишь служат удобным средством классификации источников излучений.

Все диапазоны шкалы электромагнитных излучений имеют общие свойства:

  • физическая природа всех излучений одинакова
  • все излучения распространяются в вакууме с одинаковой скоростью, равной 3*108 м/с
  • все излучения обнаруживают общие волновые свойства (отражение, преломление, интерференцию, дифракцию, поляризацию)

The Electromagnetic Spectrum | Protocol (Translated to Russian)

7.

2: Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр состоит из всех типов электромагнитного излучения, расположенных в соответствии с их частотой и длиной волны. Каждый из цветов видимого света имеет определенные частоты и длины волн, связанные с ними, и вы можете видеть, что видимый свет составляет лишь малую часть электромагнитного спектра. Поскольку технологии, разработанные для работы в различных частях электромагнитного спектра, отличаются из соображений удобства или по историческим причинам, для различных частей спектра обычно используются разные единицы. Например, радиоволны обычно указываются как частоты (обычно в МГц), тогда как видимая область обычно указывается в длинах волн (обычно в единицах нм или ангстремы).  


Рис. 1: Части электромагнитного спектра показаны в порядке увеличения частоты и уменьшения длины волны.

К типам электромагнитных волн относятся радиоволны, микроволны, ультрафиолетовые, видимые, инфракрасные, рентгеновское излучение и гамма-излучение.

Радиоволны имеют самые длинные длины волн, самые низкие частоты и обладают наименьшим количеством энергии. Они используются в сотовых телефонах, радио- и телевещании, управлении воздушным движением и т. д.

Микроволны имеют более короткие длины волн по сравнению с радиоволнами. Они поглощаются водой и используются для нагрева и приготовления пищи.  

Далее идет инфракрасное излучение, излучаемое теплыми объектами. Например, Земля поглощает лучистую энергию от солнца и излучает инфракрасное излучение. Часть инфракрасного излучения поглощается и повторно испускается атмосферой для поддержания средней температуры Земли через парниковый эффект. Очки ночного видения распознают инфракрасные излучения, излучаемыми нашими телами.

Видимый свет — это лишь небольшая часть электромагнитных излучений, от 740 до 390 нм.  Глаза человека могут видеть только этот небольшой диапазон длин волн. Видимый свет в основном состоит из семи цветовых компонентов, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый.  

Ультрафиолетовое излучение имеет длину волны от 400 до 10 нм. Солнечный свет является наиболее известным источником ультрафиолетового излучения. Он обладает достаточной энергией, которая при чрезмерном воздействии вызывает ожоги.

Рентгеновское излучение может проходить через многие вещества, что делает его важным инструментом визуализации. Стоматологи используют рентгеновские снимки для диагностики, а служба безопасности аэропорта использует их для визуализации компонентов в чемодане.

Гамма-лучи имеют меньшие длины волн, высокие частоты и энергии. Гамма-лучи высвобождаются в результате ядерных реакций и естественных радиоактивных элементов.

Рентгеновские лучи и гамма-лучи являются наиболее энергетическими формами электромагнитного излучения. Их высокие энергии могут ионизировать атомы и молекулы. Ионизирующее излучение может вызвать постоянные изменения или повреждения биологических молекул. Они используются для уничтожения раковых клеток.   

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд. , раздел 6.1: Электромагнитная энергия.

Электромагнитное излучение диапазоны длин волн

    В заключение этого параграфа приведем частотные и энергетические характеристики электромагнитного излучения для ряда длин волн с указанием диапазона, к которому относятся эти длины волн. Для полноты картины диапазон длин волн распространен вплоть до звуковых частот. [c.149]

    В спектральном анализе используют широкий диапазон длин волн, от рентгеновских излучений до радиоволн. Однако оптическая часть спектра включает излучение с длинами волн от 0,10 нм до 50 мкм. На рис. 15.1 представлена схема электромагнитного спектра. Оптический спектр состоит из отдельных спектральных линий, которые являются изображением щели спектрального прибора. [c.645]


    Глаз человека регистрирует электромагнитное излучение в диапазоне длин волн примерно от 400 до 800 нм (при попадании света на сетчатку глаза протекают сложные физиологические процессы, в которых участвуют и производные витамина А). Поскольку наш глаз способен воспринять эту и только эту область излучения, мы называем ее видимой областью, а электромагнитное излучение этого диапазона — светом. Если на сетчатку глаза одновременно попадают с примерно одинаковой интенсивностью лучи всех длин волн из приведенной области (например, солнечные лучи или свет электрической лампочки), то мы воспринимаем их как белый свет. Если же глаз регистрирует лишь часть этого излучения, то лучи с определенной длиной волны кажутся ему окрашенными. Если же на сетчатку вообще не попадает излучение указанного диапазона, то для человека наступает темнота. Аналогично предмет кажется черным, если его поверхность поглощает падающий на нее свет всех длин волн. Человек ощущает темноту и в том случае, когда на сетчатку попадают лучи электромагнитного излучения с длинами волн вне диапазона от 400 до 800 нм (например, рентгеновское, ультрафиолетовое или инфракрасное излучение).  [c.232]

    Оптический неразрушающий контроль основан на взаимодействии светового излучения с контролируемым объектом и регистрации результатов этого взаимодействия. Методы, характерные для оптического контроля, используют электромагнитное излучение в диапазоне длин волн в вакууме от Ю до 10 мкм (зЛО —ЗХ Х10 ° Гц), и охватывают диапазоны ультрафиолетового (УФ), видимого (ВИ) и инфракрасного (ИК) света. При этом объединяются они между собой общностью применяемых методик, способов и приемов проведения контроля. В большинстве вариантов контроля длина волны света мала по сравнению с геометрическими размерами деталей, элементов и дефектов контролируемых объектов, что позволяет использовать при анализе возможности неразрушающего контроля расчет взаимодействия с ним излучения методами геометрической оптики (см. 4.6). Вместе с тем в ряде случаев (обнаружение дефектов малых размеров, контроль тонких пленок, испытания голографическими и интерференционными методами и др.) применяются методы, характерные для анализа волновых процессов. В этой части методы оптического контроля близки методам радиоволнового контроля, но при большем отношении геометрических размеров к длине волны аналогичны и величины, несущие полезную информацию (см. 4.1, 4.6). [c.222]


    Для спектроскопии многокомпонентных смесей принципиальное значение имеет, взаимодействие каждого подмножества с электромагнитным излучением, определенной длины волны. Так в ультрафиолетовом и видимом диапазонах спектров проявляет себя подсистема электронных и колебательных уровней. В радио , диапазоне спектра проявляется подсистема ядерных спиновых и электронных спиновых уровней. В приведенной работе разви- [c.4]

    Поскольку энергия взаимодействия увеличивается с уменьшением длины волны или с увеличением кинетической энергии заряженных частиц, в принципе можно перевести в новые электронные состояния и в конце концов ионизировать все молекулы. Величина потенциала ионизации изменяется от 4 или 5 эВ для щелочных металлов в газовой фазе до 25 эВ для гелия это соответствует диапазону длин волн от 3200 до 500 А. Химические превращения под действием электромагнитного излучения с длинами волн в несколько сотен ангстрем можно изучать только с помощью специальных методик. Большинство исследований ограничено пропусканием кварца, т. е. длинами волн примерно в 2000 А. Высококачественный кварц малой толщины может пропускать излучение до 1500 А, а фтористый литий и флюорит кальция — примерно до 1200 А и даже ниже. [c.8]

    Ниже обсуждаются только вопросы, связанные с поглощением электромагнитного излучения с длинами волн от 1000 до 10000 А, что соответствует диапазону энергий 12,4—1,24 эВ. Упоминаются и возможные реакции заряженных частиц с такой же энергией. [c.8]

    Оптические свойства полимеров определяются строением электронных оболочек атомов, из которых состоят молекулы. Оптические свойства полимеров, характеризующие их взаимодействия с электромагнитным излучением, обычно изучаются в диапазоне длин волн [c.232]

    Цвет — это результат воздействия на глаз электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 3,8 10 до 7,6-102 нрд Излучения с разной длиной волны воспринимаются глазом в виде различных цветов. Цвета и соответствующие длины волн (в нм) спектра видимого солнечного света  [c.30]

    Источниками электромагнитного излучения, существенного для промышленной практики, служат нагретые твердые и жидкие поверхности, а также газы, температура которых превышает 600-650 °С, когда вклад лучистого переноса теплоты обычно становится сравнимым с конвективным и кондуктивным переносами. Твердые и жидкие поверхности излучают электромагнитные волны во всем возможном диапазоне длин волн, тогда как газы излучают (и поглощают излучение) только в пределах конкретных интервалов (полос) длин волн, присущих каждому конкретному газу. [c.245]

    Человеческий глаз воспринимает лучи спектра электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 400 до 750 нм (от фио летового до красного цвета). Когда световой поток, содержащий излучения всех видимых длин волн (белый свет), падает на какое-либо твердое или жидкое вещество и полностью рассеивается им, то вещество кажется наблюдателю бесцветным (белым). Если вещество поглощает все лучи, то оно кажется черным. Если одна часть света поглощается, а другая отражается от объекта или происходит через него, то мы видим объект окрашенным в тот цвет, который соответствует отражению для твердых веществ и пропусканию для растворов (табл. 2.2). [c.25]

    Существуют различные способы обнаружения и генерирования электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн или частот. Эти волны в различных диапазонах частот обычно имеют специальные названия, как, например, радиоволны, видимый свет или рентгеновские лучи однако все оии представляют собой в сущности одно и то же явление и различаются только длиной волны или частотой. В уравнение (1.1) входит еще одна величина — скорость распространения электромагнитных воли, и если среда, в которой они распространяются, — вакуум, то эта скорость является одной из фундаментальных физических постоянных. Точное значение этой постоянной, называемой скоростью света в вакууме, равно [c. 10]

    Инфракрасное излучение — часть электромагнитного спектра излучения, которая лежит в диапазоне длин волн 0,75— 300 мкм. Тела, которые поглощают падающее излучение с такими длинами волн, нагреваются. [c.87]

    Рентгеноструктурный (рентгенографический) анализ основан на способности кристаллов вызывать дифракцию и интерференцию рентгеновских лучей. Рентгеновское излучение — короткие электромагнитные волны (диапазон длин волн от 0,01 до 10 нм), которые возникают в рентгеновских трубках при ударе электронов высокой [c.144]

    Ощущение цвета создается в том случае, если мы воспринимаем лучи только части видимого диапазона. Белый свет представляет собой совокупность электромагнитных излучений с диапазоном длин волн 380—750 нм. Если его разделить путем пропускания через призму, то образуется ряд полос, каждая из которых охватывает гораздо более узкий диапазон длин волн. Мы видим эти лучи как ряд цветов, в частности красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый [c. 10]


    Как известно из физики, все тела, встречающиеся в природе, могут излучать энергию различных видов. Носителями лучистой энергии являются электромагнитные колебания с длиной волн от долей микрометра (например, гамма-лучи, рентгеновские) до многих километров (например, радиоволны), распространяющиеся в вакууме со скоростью света (3-10 м/с). В общем случае интенсивность излучения зависит от природы тела, его температуры, состояния поверхности, длины волны, а у газов — также от давления и толщины слоя. Лучи с длиной волны в диапазоне 0,8— 800 мкм (инфракрасные), возникновение которых определяется температурой и оптическими свойствами излучающего тела, называются тепловыми, а явление их распространения — тепловым излучением. [c.304]

    Спектроскопические методы можно классифицировать как в соответствии со свойствами электромагнитного излучения, отличающимися для различных диапазонов длин волн и частот, так и исходя из свойств атомных систем, дающих спектры (в зависимости от природы этих систем и типов характерных для них энергетических уровней).  [c.333]

    Из других направлений применения фотохимических реакций в процессах разделения можно отметить фотохимическое восстановление платиновых металлов [142]. В этом случае монохроматичность электромагнитного излучения не является обязательным условием проведения процесса. Луч света с широким диапазоном длин волн направляется на раствор, в котором диспергированы частицы фотохимического катализатора, например диоксида титана. В результате фотовозбуждения в поверхностном слое [c.247]

    Основные закономерности излучения. Тепловое излучение — процесс распространения энергии с помощью электромагнитных колебаний. Источниками этих колебаний являются заряженные частицы — электроны и ионы, входящие в состав излучающего вещества. Помимо волновых свойств излучение обладает корпускулярными свойствами, которые проявляются в том, что энергия выделяется отдельными порциями — фотонами. Излучение характеризуется длиной волны % и частотой колебаний /. В зависимости от диапазона длин волн электромагнитное излучение делится на виды, указанные в табл. IV. 1. [c.336]

    Твердые и жидкие тела излучают электромагнитную энергию своей поверхностью во всем диапазоне длин волн, однако интенсивность излучения разных длин волн неодинакова. Аналогично поверхности тел поглощают не все излучение в одинаковой степени. Так, вода и другие жидкости (прозрачные), а также некоторые твердые тела типа стекла или кварца практически не поглощают световую часть спектра своей поверхностью. [c.211]

    По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу различают следуюш ие виды промышленной сушки 1) конвективная сушка, при которой влажный материал получает теплоту от горячего сушильного агента (обычно топочные газы или горячий воздух), непосредственно обдувающего поверхность высушиваемого материала одновременно сушильный агент выполняет роль среды, которая эвакуирует от наружной поверхности материала образующиеся пары влаги 2) контактная сушка, в процессе которой высушиваемый материал находится на горячей поверхности и получает необходимое количество теплоты непосредственно от нее 3) радиационная лучистая) сушка, при которой поверхность материала получает необходимую энергию в форме электромагнитного излучения (обычно инфракрасного диапазона длин волн) источником излучения служат нагретые поверхности 4) диэлектрическая сушка — энергию на испарение влаги материал получает от высокочастотного электромагнитного поля, генерируемого специальной электрической схемой при этом существенно, что влажный материал всегда представляет собой диэлектрик ввиду диэлектрических свойств самой воды.  [c.548]

    Синхротронное излучение и излучение Вавилова — Черенкова. Ускоренный до энергии в сотни Мэв пучок электронов, движуш,ийся по круговой орбите в синхротроне, дает в направлении, касательном к орбите, электромагнитное излучение в очень широком диапазоне длин волн. Максимум кривой распределения лежит в вакуумном ультрафиолете, но непрерывный сплошной спектр простирается на всю видимую область. [c.259]

    П.п. пропускают электромагнитные колебания в широком диапазоне длин волн (напр., ок. 80% видимого света), обладают высокой стойкостью к действию ионизирующих излучений и солнечного света. [c.22]

    Ультрафиолетовая спектроскопия (русское сокращение УФ, международное — UV) основана на аналогичных принципах, с той разницей, что используется излучение с длинами волн от 0,2-10-5 до 0,4-10-6 в этом диапазоне поглощают кратные связи, особенно сопряженные (разд. 3.4), и ароматические соединения. Световые кванты поглощенного излучения вызывают переходы я-электронов или несвязывающих электронов с низших уровней на высшие. Поэтому такие спектры называют также электронными. К ним относят и спектры, полученные при поглощении видимого света, т. е. электромагнитного излучения с длинами волн в диапазоне 0,4-10-6—0,75-10- м (впрочем, с точки зрения определения структуры соединения эта область спектра не имеет большого значения). [c.25]

    Электромагнитное излучение с длинами волн, лежащими в сантиметровом и миллиметровом диапазоне, возбуждает в молекуле вращение. Согласно законам квантовой механики, поглощается лишь излучение с определенной длиной волны, что приводит к образованию спектра с дискретными линиями. С помощью микровЬлиовой спектроскопии возможно определение расстояний между атомами, валентных углов и дипольных моментов. Идентификация соединения осуществляется путем сравнения получаемого спектра со стандартным спектром. [c.40]

    Инфракрасная (радиационная, лучистая) сушка осуществляется за счет восприятия тонким поверхностным слоем влажного материала инфракрасной (тепловой) части спектра электромагнитного излучения с длиной волны приблизительно в диапазоне 0,5-350 мкм. Поверхность материала воспринимает и излучение соседних )Д5асткоБ сплошного спектра излучения, но именно отмеченный диапазон при используемых температурах промышленных излучателей несет основную энергию общего излучения. [c.245]

    Основные принципы. Инфракрасные спектры возппкаюг при действии на вещество электромагнитного излучения с длиной волны в диапазоне 1—50 мк (большинство приборов, выпускаемых промышленностью, охватывает диапазон волн длиной от [c.595]

    В зависимости от используемого диапазона длин волн электромагнитного излучения и природы соответствующих элекгронньге переходов методы атомной спектроскопии делятся на оптические и рентгеновские. [c.224]

    Важнейшим источником естественного излучения является солнечная радиация. Основная масса падающей на Землю солнечной энергии (примерно 75%) приходится на долю видимых лучей, почти 20% — на ИК-область спектра и только приблизительно 5% — на УФ с длиной волны 300—380 нм. Нижний предел длин волн солнечной радиации,, падающей на земную поверхность, определяется плотностью так называемого озонового экрана. Излучение с длиной волны до 220 нм вызывает ионизацию молекул кислорода верхних частей атмосферы,, приводя к образованию слоя озона (Оз) с максимальной концентрацией на высоте около 25 км от поверхности Земли. Озоновый слой эффективно поглощает электромагнитное излучение с длинами волн в области 220—300 нм, выполняя функцию экрана. Таким образом,. УФ с длиной волны до 220 нм полностью поглощается молекулами кислорода атмосферы, а в области 220—300 нм эффективно задерживается озоновым экраном. Важной частью солнечного спектра является область, примыкающая с обеих сторон к 300 нм. Начиная с 300 нм и дальше, излучение индуцирует фотосинтетические и фототак-сические реакции, при этом у прокариот диапазон длин волн, в котором возможны оба процесса, значительно шире, чем у эукариот (рис. 30). [c.100]

    В данном разделе приведены результаты исследований гш использованию электромагнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона (длина волны излучения 13см) в химической технологии. Описано проведение гетерофазных кaтaJ итичe киx реакций в СВЧ-поле на примере реакций дегидрирования углеводородов, исследован процесс и особенности разложения углекислого кальция с получением оксида кальция и углекислого газа, когда энергоносителем является электромагнитное из-тучение. Дано описание технологии сушки сред химической технологии в электромагнитном поле и установки по определению активности катализаторов. Представлены результаты экспериментальных исследований по обезвреживанию твердых сред, содержащих оксиды металлов. Все представленные разработки защищены патентами РФ. [c.5]

    СПЕКТРОСКОПИЯ (спектр + греч. вкорео — смотрю) — область науки, изучающая спектры электромагнитного излучения, испускаемого, поглощаемого или рассеиваемого веществом. По диапазонам длин волн (А,) электромагнитного излучения различают радиоспектроскопию, оптическую С., инфракрасную С., видимую С., ультрафиолетовую С., рентгеновскую С., гамма-спектроскопию. Каждый атом или молекула имеют свой характерный спектр, благодаря чему можно изучать строение вещества.  [c.234]

    Если излучение проходит через вещество (раствор или твердый образец), которое его не по1 лощает, то практически интенсивность прошедшего пучка света не меняется. Веществ, пропускающих излучение во всем рассматриваемом нами диапазоне электромагнитного спектра, не существует. Каждое вещество поглощает, по крайней мере, в одном или нескольких участках спектра. При графическом изображении зависимост н величины пропущенного веществом излучения от длины волны или волнового числа существуют участки, на которых величина поглощения не изменяется или только монотонно возрастает или падает. Такое поглощение называют непрерывным (сплошным) погло-н .еписм. Па других участках спектр изображается ))ядом максимумов и минимумов. В этих случаях поглощение называют избирательным. Область спектра, в которой поглощение проходит через максимум, называют полосой поглощения. [c.193]

    Тепловое излучение свойственно всякому телу, имеющему температуру, отличную от абсолютного нуля. Тепловая энергия нагретого тела на его поверхности превращается в энергию электромагнитных колебаний с длиной волны от 0,4 до 40 мкм и распространяется со скоростью света. Диапазон длин волн 0,4—0,8 мкм соответствует видимым (световым) лучам длины волн 0,8— 40 мкм имеет инфра1фасное излучение. [c.11]

    Сегодня квантовая химия позволяет с высокой точностью вычислять равновесные межъядерные расстояния и валентные углы, барьеры внутреннего вращения, энергии образования и энергии диссоциации, частоты и вероятности переходов под влиянием электромагнитного излучения в весьма широком диапазоне длин волн (от рентгеноэлектронных спектров до спектров ЯМР), энергии активации, сечения и константы скорости простейших химических реакций. В ходе квантовохимических расчетов для многих молекул было обнаружено, с одной стороны, существование значительного числа минимумов на потенциальных поверхностях, разделенных часто невысокими барьерами (нежесткие молекулы), была установлена высокая чувствительность электронного распределения к изменениям ядерной конфигурации, а с другой стороны, были подтверждены и постулируемые классической теорией возможности переноса локальных характеристик отдельных фрагментов молекул в рядах родственных соединений и т.п. Квантовая химия значительно облегчает интерпретацию различных экспериментальных спектров. [c.5]

    Спектроскопия полимеров — это раздел физики, изучающий энергетические уровни макромолекул и переходы между ними (энергетический спектр). В основе методов спектроскопии лежит взаимодействие полимера с полем электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от многих километров до долей нанометров. Основная задача спектроскопии — установление количественной связи между энергетическим спектром исследуемого мак-ромолекулярного образца и его химическим составом и строением, физическими свойствами, а также характером протекающих во времени превращений. [c.26]

    Диапазон длин волн лазерного излучения, пригодного для селективного фотовозбуждения веществ в ионном, атомарном или молекулярном состоянии, охватывает области спектра от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной [139]. Кроме того, известны способы разделения изотопов при использовании различия в колебательновращательных спектрах радиочастотной области [140]. Радиочастотный вариант метода основан на известном явлении парамагнитного резонанса — избирательном поглощении электромагнитных волн парамагнитным веществом, находящемся в магнитном поле. Под действием магнитного поля уровни энергии молекул расщепляются на магнитные поду ровни (эффект Зеемана). При облучении молекул электромагнитным излучением радиочастотного диапазона с энергией, равной щагу магнитного расщепления для молекул с определенным изотопным составом, происходит резонансное поглощение излучения, вызывающее изменение их угловых моментов. При попадании далее смеси веществ в разделяющее магнитное поле наблюдается пространственное разделение молекул, соответствующих различным изотопам. Переход к более длинноволновому диапазону (радиочастотному и микроволновому) позволяет увеличить разрешающую способность благодаря большему различию в спектрах изотопов в этой области по сравнению с видимой или инфракрасной областями. [c.247]

    Все рассмотренные ранее виды контроля основаны на применении электромагнитного излучения. Частота колебаний повышалась от метода к методу. При контроле магнитными и электрическими методами использовались постоянные или медленно меняюищеся поля. В вихретоковом контроле частоты достигали мегагерцевого диапазона. Далее частота увеличивалась при использовании СВЧ, инфракрасного, оптического излучения. Рентгеновское и гамма-излучения являются наиболее коротковолновыми из всех, рассмотренных ранее гамма-излучение имеет длину волны 10- —10- м (частоту 3-10 —3-10 Гц). [c.16]

    Инфракрасная спектроскопия (ИК-спектроскопия) — раздел молекулярной оптической спектроскопии, охватывающий диапазон длин волн 10 —10 м и изучающий спектры поглощения и отражения электромагнитного излучения. По ИК-спектрам можно охарактеризовать состояние молекулы, в первую очередь касающееся колебательных и вращательных энергий конкретных атомов (или атомных фупп) в конкретной молекуле. ИК-спекфы характеризуются высокой индивидуальностью, и поэтому метод находит широкое применение для структурного анализа. См. Энергия колебательная и вращательная. [c.129]

    Радиоволновой неразрушающий контроль основан на анализе взаимодействия электромагнитного излучения радиоволнового диапазона с объектами контроля. На практике наибольшее распространение получили сверхвысокочастотные (СВЧ) методы, использующие диапазон длин волн от I до 100 мм. Взаимодействие радиоволн может носить характер взаимодействия только падающей волны (процессы поглощения, дифракции, отражения, преломления, относящиеся к классу радиооп-тических процессов) или взаимодействия падающей и отраженной волн (интерференционные процессы, относящиеся к области радиоголографии). Кроме того, в радиодефектоскопии могут использоваться специфические резонансные эффекты взаимодействия радиоволнового излучения (электронный парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс и др.). Использование радиоволн перспективно по двум причинам достигается расширение области применения неразрушающего контроля, так как для контроля диэлектрических, полупроводниковых, ферритовых и композитных материалов радиоволновые методы наиболее эффективны во вторых-п -является возможность использования радиоволн СВч диапазона. [c.420]

    Спектральный диапазон, изучаемый оптикой, охватывает УФ-область в диапазоне длин волн X от 3-.10 до 4-10 см, видимую (воспринимаемую глазом человека) область в диапазоне А от 4-10 до 8-10 см, и ИК-область в диапазоне от 8-10 до 10 2 см. Частоты оптич. диапазона спектра электромагнитных волн лежат в интервале от 10 до Ю гц. С коротковолновой стороны этот диапазон граничит с рентгеновским излучением (X > 5-10 см), а с длинноволновой стороны — с микроволновым диапазоном (к область спектра принято разделять на диапазон вакуумного ультрафиолета (к = 5-10 —1,7-10 см) и нормального УФ-излучения (к= 1,7-10 —4-10 сл). ИК-диапазон также разделяют на близкую область (к 25Л0 см). [c.245]

    Неорганический синтез широко использует такие факторы, как температура, давление (в том числе за счет взрыва), концентрация компонентов, скорость гомогенизации реагирующих масс, инициирование и ускорение реакций за счет катализа, воздействие электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн и энергий и т. п. Следует отметить широкое распространение таких методов, как синтез при высоких и сверхвысоких давлениях и температурах, приведший к получению искусственного алмаза и боразопа, осуществление процесса под воздействием ударных волн, синтез в неводпых средах, в том числе в расплавленных солях. Эффективно проходит синтез в низкотемпературной плазме (например, получение окислов тугоплавких металлов). Электрические разряды в газах часто нримепяются для получения соединений, которые вследствие высокой эпдотермичности их образования не могут быть получены другим путем. [c.59]

Системы передачи информации

Системы передачи информации

5.3. Волоконно-оптические линии связи

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с линиями связи на основе металлических кабелей. К ним относятся: большая пропускная способность, малое затухание, малые масса и габариты, высокая помехозащищенность, надежная техника безопасности, практически отсутствующие взаимные влияния, малая стоимость из-за отсутствия в конструкции цветных металлов.

В ВОЛС применяют электромагнитные волны оптического диапазона. Напомним, что видимое оптическое излучение лежит в диапазоне длин волн 380…760 нм. Практическое применение в ВОЛС получил инфракрасный диапазон, т.е. излучение с длиной волны более 760 нм.

Принцип распространения оптического излучения вдоль оптического волокна (ОВ) основан на отражении от границы сред с разными показателями преломления (Рис. 5.7). Оптическое волокно изготавливается из кварцевого стекла в виде цилиндров с совмещенными осями и различными коэффициентами преломления. Внутренний цилиндр называется сердцевиной ОВ, а внешний слой — оболочкой ОВ.

Рис. 5.7. Принцип распространения оптического излучения

Угол полного внутреннего отражения, при котором падающее на границу двух сред излучение полностью отражается без проникновения во внешнюю среду, определяется соотношением , где n1 — показатель преломления сердечника ОВ, n2 — показатель преломления оболочки ОВ, причем n1 > n2. Излучение должно вводится в волокно под углом к оси меньшим q КР.

В зависимости от вида профиля показателя преломления сердцевины различают ступенчатые и градиентные ОВ. У ступенчатых ОВ показатель преломления сердцевины постоянен (Рис. 5.8, а). У градиентных ОВ показатель преломления сердцевины плавно меняется вдоль радиуса от максимального значения на оси до значения показателя преломления оболочки (Рис. 5.8, б).

Рис. 5.8. Профиль показателя преломления ступенчатого (а) и градиентного (б) ОВ

В ОВ может одновременно существовать несколько типов волн (мод). В зависимости от модовых характеристик ОВ со ступенчатым профилем преломления делятся на два вида: многомодовые и одномодовые.

Количество мод зависит от значения нормированной частоты , где D — диаметр сердцевины ОВ, l — рабочая длина волны. Одномодовый режим реализуется при V d n=n1-n2. Обычно ОВ изготавливают с величиной d n=0.003…0.05. Поэтому диаметр сердцевины одномодовых волокон также является малой величиной и составляет 5…15 (обычно 9 или 10) мкм.

Для многомодовых волокон диаметр сердцевины составляет около 50 (обычно 50 или 62,5) мкм. Диаметр оболочки у всех типов ОВ 125 мкм. Диаметр защитного покрытия — 500 мкм. Наружный диаметр кабеля с числом ОВ от 2..32 с учетом всех защитных оболочек и элементов обычно составляет 5..17 мм.

На Рис. 5.9 приведен пример конструкции оптического кабеля.

Рис. 5.9. Конструкция оптического кабеля: 1 — ОВ, 2 — полиэтиленовая трубка, 3 — силовой элемент, 4 и 5 — соответственно внутренняя и внешняя полиэтиленовые оболочки

Затухание ОВ неоднородно для разных длин волн. Зависимость коэффициента затухания ОВ от рабочей длины волны приведена на Рис. 5.10. Данная зависимость имеет три минимума, называемые окнами прозрачности. Исторически первым было освоено первое окно прозрачности на рабочей длине волны 0.85 мкм.

Рис. 5.10. Спектральная характеристика коэффициента затухания ОВ

Первые полупроводниковые излучатели (лазеры и светодиоды) и фотоприемники были разработаны именно для данной длины волны. Коэффициент затухания в первом окне значителен и составляет единицы дБ/км. Позднее были созданы излучатели и фотоприемники, способные работать на больших длинах волн (1,3 и 1,55 мкм). Современные системы связи обычно используют второе или третье окно с малыми коэффициентами затухания. Современная технология позволяет получить ОВ с коэффициентом затухания порядка сотых долей дБ/км.

Назад Содержание Вперед

Кунегин С.В.
http://kunegin.narod.ru


В рубрику «Защита информации и каналов связи» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Общие вопросы электромагнитной совместимости в кабельных линиях передачи данных

И.В. Дорофеев, главный инженер ООО «АйКорд»

В данной статье рассматриваются вопросы электромагнитного влияния на кабельные линии передачи информационных или голосовых данных. В качестве наиболее распространенных кабелей, применяемых для прокладки в пределах зданий, в настоящее время используются волоконно-оптические и кабели типа «витая пара». Вследствие диэлектрического характера первых электромагнитное влияние на волоконно-оптические линии существенно не отразится на распространении сигнала. Однако этого нельзя сказать о медных кабелях, для которых может быть использовано понятие электромагнитной совместимости (ЭМС).

Применительно к нашему случаю под ЭМС понимают способность нормального функционирования кабельных линий передачи данных в условиях воздействия на них электрических, магнитных и электромагнитных полей, существующих в окружающей обстановке, а также возможность не создавать недопустимые помехи другим объектам.

Физические принципы передачи сигналов

Рассмотрим основные физические принципы передачи, наведения или излучения электромагнитных волн в кабелях типа «витая пара». Передача полезного сигнала по паре витых проводников осуществляется в широком диапазоне частот как посредством тока, протекающего в проводниках, так и посредством поперечной электромагнитной волны, образованной данным током (так называемой TEM-волны).

Сигнал, распространяющийся в проводниках, имеет одинаковую амплитуду. Кроме того, сигналы в каждом из проводников противофазны. Такой вид сигнала называется сбалансированным, полезный же сигнал в этом случае является разностью напряжений между двумя проводниками.

В том случае, когда проводники в кабеле свиты симметрично друг другу, излучаемые проводниками электромагнитные поля взаимно компенсируются, тем самым сводя к минимуму излучение кабеля во внешнее пространство. Симметричный кабель также называют сбалансированным. В сбалансированном кабеле внешние электромагнитные наводки влияют на амплитуды, но не на разность сигналов в проводниках.

В реальной ситуации кабели типа «витая пара» не могут быть идеально сбалансированы. Чем больше кабель разбалансирован, тем больше величина нескомпенсированного тока, излучаемого в пространство (эффект контурной антенны), а соответственно и тока, возникающего в проводниках в результате внешнего электромагнитного воздействия. Наводка дополнительного несбалансированного тока в кабеле приводит к ухудшению распознавания сигнала или снижению скорости передачи информации.

Источники электромагнитного излучения

В первую очередь источники электромагнитного излучения следует разделить на функциональные и нефункциональные. К функциональным можно отнести источники помех, которые возникают в результате работы устройства (например, излучающего передатчика) по прямому назначению. Нефункциональные источники создают электромагнитное излучение вследствие неидеальности конструкции -например, дроссельные катушки люминесцентных ламп. С излучением от вторых можно и нужно бороться, при возникновении помех от функциональных источников следует искать компромиссное решение, определив, что важнее: работа источника излучения или окружающего его оборудования.

Следующим критерием является разделение по естественному или искусственному происхождению. Также помехи могут быть узкополосными или широкополосными. Узкополосные источники могут создавать узкие полосы излучения на нескольких кратных частотах, широкополосные помехи могут занимать от 10-15% полосы полезного сигнала вплоть до генерации «белого шума» во всем спектре. Следует заметить, что естественных узкополосных источников в природе не наблюдается. Искусственные широкополосные источники могут иметь характерное излучение, вызванное импульсными или переходными процессами.

В зависимости от типа источника помехи решение задачи ЭМС может быть разделено на две части: уменьшение электромагнитной интерференции (Electro Magnetic Interference, EMI) и уменьшение радиочастотной интерференции (Radio Frequency Interference, RFI). Для первого влияния характерны низкие частоты (десятки-сотни герц) и большие амплитуды, для второго — небольшие амплитуды и высокие частоты (десятки-сотни мегагерц).

Наиболее наглядно классификация источников электромагнитных помех представлена в табл. 1.

Защита кабельных линий от внешних электромагнитных воздействий

В данном разделе приводятся некоторые рекомендации, которых следует придерживаться при проектировании кабельных линий или при решении уже возникших проблем ЭМС.

При решении задач ЭМС следует, пользуясь табл. 1, определить возможные источники помех и их характер, а затем выработать методы снижения электромагнитной нагрузки. В общем случае все методы, приведенные ниже, будут способствовать улучшению ЭМС. Задача специалиста — на основе данных обследований объекта, особенностей и параметров помехи и общих рекомендаций расположить методы по ранжиру в соответствии с технической и экономической эффективностью и целесообразностью внедрения возможных изменений.

Из экономических рекомендаций можно отметить использование продукции известных производителей с хорошей репутацией, качество производства которых позволяет гарантировать хороший баланс проводников в кабеле. Заметим, что применение качественной продукции не отменяет требований правильного монтажа, хотя хорошо сбалансированный кабель позволяет создать достаточный запас по сигнальным параметрам и уменьшить влияние человеческого фактора.

Из технических рекомендаций укажем следующие решения:

а) разнесение кабельных линий и источников помех в пространстве;
б) экранирование слаботочных кабельных линий;
в) экранирование силовых кабельных линий или источников помех;
г) ограничение длины параллельного пробега слаботочных и силовых кабелей;
д) корректное использование системы заземления силовых и слаботочных кабелей;
е) снижение излучения источников электромагнитных помех.

Рассмотрим каждый из пунктов более подробно.

А. Пространственное разнесение

Разнесение кабелей и источников помех в пространстве является наиболее простым и эффективным способом снижения электромагнитной нагрузки. Электромагнитное излучение затухает обратно пропорционально степени расстояния. Степень затухания зависит от реальных условий и может изменяться от 1/л/г до 1/r3, где r — расстояние между точкой излучения и точкой наблюдения, в зависимости от:

  • частот, на которых осуществляется взаимная связь;
  • расстояния между объектами ЭМС, то есть от их нахождения в ближней, резонансной или дальних зонах;
  • типа излучаемой электромагнитной волны или положения векторов электромагнитного поля;
  • потерь в среде.

Б. Экранирование слаботочных кабельных линий

Еще одним способом уменьшения влияния внешних источников на кабель является экранирование. Экранирование может осуществляться двумя способами:

  • использованием кабеля в экране или металлической оплетке;
  • размещением кабеля в металлическом кабельном канале.

В обоих случаях металлические экраны должны быть надежно заземлены. Особенно внимательно следует относиться к заземлению экранированных кабелей: возможны случаи, когда при нарушении топологии заземления или качества его монтажа электромагнитное влияние не улучшается, а ухудшается.

В. Экранирование силовых линий или источников помех

Альтернативным вариантом экранирования является экранирование силовых линий или источников электромагнитных помех. Применение металлических экранов достаточной толщины позволяет эффективно уменьшать электрическую составляющую электромагнитного поля. К сожалению, эффективно уменьшить магнитную составляющую можно только путем применения магнитоди-электрических материалов с высоким показателем магнитной диэлектрической проницаемости, имеющих крайне высокую стоимость.

Из наиболее распространенных методов реализации данного пункта можно отметить использование электрических кабелей в металлических оплетках или каналах либо, например, экранирование специализированных помещений металлическими проводниками или листами. Во втором случае, то есть при экранировании помещений, так называемая «сетка Фарадея» также выполняет функции системы уравнивания потенциалов.

Г. Ограничение длины параллельного пробега слаботочных и силовых кабелей

В табл. 2 приведены величины разноса слаботочных и силовых кабелей при параллельной прокладке. Данные значения носят общий характер, и зачастую параметры разноса можно снизить. Распространенной ошибкой является прокладка слаботочных и силовых кабелей в одном пучке. Это не только противоречит нормам на ЭМС, но и является нарушением требований п. 2.1.16 Правил устройства электроустановок (ПУЭ).

Д. Корректное заземление силовых и слаботочных кабелей

Как говорилось в пункте Б, корректное использование системы заземления позволяет улучшить электромагнитную обстановку. Между тем ошибки в топологии или реализации заземления могут привести к тому, что заземляющий проводник или экран кабеля станет дополнительным источником электромагнитных помех.

Для заземления проводников целесообразно использовать телекоммуникационное заземление, которое соединено с главной заземляющей шиной (ГЗШ) здания или контуром повторного заземления здания только в одной точке. Все элементы пассивного оборудования и оплеток кабелей должны быть заземлены с использованием промышленных специализированных решений. В качестве примера на рисунке показаны варианты правильного и неправильного заземления оплетки кабеля.

С точки зрения заземления экрана кабеля идеальным является случай, когда параллельно кабелю прокладывается заземляющий проводник, выполняющий функцию уравнивания потенциалов и существенно снижающий паразитные токи на оплетке.

В реальной ситуации такая возможность существует на магистральных линиях связи здания, на обоих концах которых есть телекоммуникационное заземление. Если же кабель прокладывается до абонентского устройства, то монтаж такого проводника, как правило, не осуществляется. В этом случае нужно обеспечить заземление оплетки кабеля с одного конца и исключить возможность объединения защитного электрического и телекоммуникационного заземления.

Таким образом, следует учесть, что применение неэкранированных решений зачастую более оправдано, чем использование некорректно выполненных экранированных систем.

Е. Снижение излучения источников электромагнитных помех

Не всегда есть возможность изменить параметры электромагнитного излучения источника помех, особенно внешнего происхождения. Тем не менее для некоторых видов оборудования уменьшение уровня излучения не только возможно, но и необходимо, так как приводит к более эффективному функционированию источника помехи.

В первую очередь это относится к силовым кабелям, в которых нарушен порядок чередования фаз. Появление тока на нейтральном проводнике силового кабеля приводит к увеличению излучения кабеля на основной частоте 50 Гц и на частоте третьей гармоники 150 Гц. Ситуация усугубляется, если в цепи существуют множественные объединения нейтрального и заземляющего проводника, в результате которых несбалансированный ток появляется в петлях, образованных этими двумя проводниками.

Для снижения электромагнитного излучения и устранения описанных выше проблем необходимо внести изменения в схему электроснабжения. Для потребителей электрической мощности, которые представляют собой нелинейную нагрузку (например, импульсные источники питания), целесообразно увеличивать сечение нейтрального проводника относительно фазного для уменьшения излучения на частоте третьей гармоники. Данное требование в большей мере относится не к распределенным, а к сосредоточенным в одном месте потребителям, например к источникам бесперебойного питания, кабельные трассы которых могут проходить в непосредственной близости от слаботочных кабелей.

Еще одним объектом, на котором возможно уменьшение электромагнитного излучения, являются люминесцентные лампы. Замена электромагнитной пускорегулирующей аппаратуры на электронную позволяет уменьшить излучения как при переходных процессах при включении лампы, так и при стационарной работе светильника.

Защита кабельных линий от несанкционированного доступа

Задача защиты кабельных линий от несанкционированного доступа (НСД) имеет несколько другую логику, нежели подход, изложенный в предыдущем пункте, где кабельная линия рассматривалась как приемник. Здесь же следует рассматривать кабель как источник излучения, то есть передатчик.

С точки зрения российских норм и правил защита кабельных линий подпадает под действие стандартов по защите информации. Стандарты делятся на открытые, например ГОСТ Р 50739-95 «Средства вычислительной техники. Защита от несанкционированного доступа к информации. Общие технические требования», и на закрытые, разработанные Федеральной службой по техническому и экспортному контролю (ФСТЭК России). Создание информационных систем, которые обрабатывают и передают сведения, составляющие государственную тайну, строго регламентируется закрытыми нормами. При защите коммерческой тайны, как правило, применяются те же самые принципы.

Из классической электродинамики известно, что характеристики источников электромагнитных волн, например антенн, идентичны на прием и на передачу (принцип взаимности). Таким образом, большинство рекомендаций, связанных с уменьшением влияния внешних источников, будут способствовать уменьшению излучения самих информационных кабелей. Дополнительно для защиты информации могут применяться различного рода фильтры и широкополосные генераторы шума.

Выводы

При выполнении элементарных требований в большинстве случаев создания кабельных систем задача ЭМС решается «по умолчанию». Поскольку кабели типа «витая пара» обладают достаточной устойчивостью к электромагнитным воздействиям, то для обычных офисных приложений достаточно использовать неэкранированные решения, избегая прокладки кабельных линий в непосредственной близости от источников электромагнитных помех. Также следует заметить, что очень редко неблагоприятная электромагнитная обстановка приводит к полному нарушению связи; как правило, снижается скорость передачи данных, которую трудно оценить без отдельного, специально проведенного анализа.

Для решения специальных задач или размещения кабельных трасс в условиях сложной электромагнитной обстановки следует принимать решения, пользуясь рекомендациями, изложенными в данной статье.

Опубликовано: Журнал «Технологии и средства связи» #3, 2006
Посещений: 22798

Статьи по теме

В рубрику «Защита информации и каналов связи» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

7 основных регионов электромагнитного спектра — видео и стенограмма урока

Радио, микроволновое и инфракрасное излучение

Волны самой низкой частоты в нашем электромагнитном спектре — это радиоволны . Это волны, которые теле- и радиостанции используют для передачи данных. Возбуждая электроны на проводящей антенне, эти станции создают радиоволны, которые могут быть приняты другими устройствами. Данные создаются путем модуляции параметров колебаний; например, изменяя амплитуду и длину волны.Радиоволны имеют самые длинные волны, от одного миллиметра до сотен метров.

После радиоволн идут микроволны . Это, конечно же, волны, которые используются для разогрева пищи в микроволновой печи. Они делают это, вращая молекулы внутри вашей пищи, что увеличивает ее тепловую энергию. В отличие от обычных духовок, микроволновые печи на самом деле не передают тепло вашей еде. Они нагревают пищу напрямую, возбуждая молекулы. Микроволны также используются в технологии Wi-Fi, но только с низкой интенсивностью.

Инфракрасное излучение — это следующая область в электромагнитном спектре. Мы называем это инфракрасным, потому что он находится чуть ниже красной части видимого спектра. Диапазон частот составляет от 300 гигагерц до 400 терагерц. Это то же самое, что и диапазон длин волн от одного миллиметра до 750 нанометров. Инфракрасное излучение излучается теплыми или горячими предметами, включая животных и людей. Увидеть излучение в инфракрасном диапазоне можно только с помощью специальной технологии.

Инфракрасное излучение можно увидеть только при наличии технического оборудования.

Мы часто используем инфракрасную фотографию для получения тепловых изображений в темноте. Некоторые животные могут видеть в инфракрасном диапазоне, что позволяет им точно определять местонахождение своей добычи. Например, змея может использовать инфракрасное зрение, чтобы найти теплую мышь, прячущуюся в травянистом поле. Комары могут буквально видеть теплые участки вашей кожи. Это поможет им выбрать лучшие места для питья вашей крови!

Видимый свет и перекрытие областей

Область видимого света волн довольно мала по сравнению с большинством других регионов.Эта часть спектра определяется как диапазон световых частот, к которым человеческий глаз наиболее чувствителен. Диапазон видимого света составляет от 760 до 380 нанометров. В низкочастотном диапазоне мы воспринимаем свет как красный. Полный спектр видимых цветов охватывает этот диапазон, пока мы не дойдем до другого конца, который мы видим как фиолетовый. Мы собираемся больше поговорить о цветах в свете в другом уроке, поэтому сейчас мы не будем беспокоиться о точных параметрах.

Вероятно, сейчас самое время отметить, что области электромагнитного спектра немного перекрываются.Например, некоторые из низкочастотных инфракрасных волн также можно рассматривать как микроволны, в то время как некоторые из более высоких инфракрасных волн перекрываются с диапазоном видимого света. Так же, как зеленый и синий цвета смешиваются друг с другом в спектре видимого света, диапазоны для каждого типа волн смешиваются друг с другом в электромагнитном спектре.

Газы земной атмосферы поглощают наиболее вредные ультрафиолетовые лучи.

Ученые обычно классифицируют волны в зависимости от того, как их излучение влияет на материю.Например, микроволны заставляют молекулы вращаться, а инфракрасное излучение заставляет молекулы вибрировать. В наложении микроволн и инфракрасного излучения вы можете увидеть свойства обоих. Но давайте не будем сейчас беспокоиться о молекулярных эффектах электромагнитных волн. Сначала нам нужно убедиться, что мы знаем остальную часть электромагнитного спектра.

Ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение

После диапазона видимого света идет ультрафиолетовый свет . Ультрафиолет также называют УФ-излучением. Вероятно, вы больше всего знакомы с УФ-лучами как с источником солнечных ожогов и других повреждений кожи, возникающих в результате пребывания на солнце.Большая часть вредных ультрафиолетовых лучей солнца поглощается газами земной атмосферы. Но проникающее УФ-излучение может проникнуть в клетки нашей кожи и разорвать химические связи в ДНК. Повреждение ДНК часто приводит к мутациям, которые могут привести к серьезным проблемам, таким как рак кожи.

Рентгеновское излучение происходит после УФ-излучения. Рентгеновские лучи действительно интересны, потому что они могут проходить через вещества таким образом, что это позволяет нам использовать их для диагностической визуализации. Если вам когда-либо делали «рентген» в кабинете врача, то вы знаете, как это выглядит.Рентгеновские снимки, на которые смотрят врачи, на самом деле называют рентгенограммами. Мы не можем видеть рентгеновские лучи своими глазами, но мы можем использовать их для создания изображений внутренней части структур. Рентгеновские лучи довольно легко проходят через мягкие ткани, но не так хорошо через кости. Глядя на то, как рентгеновские лучи проходят через различные ткани вашего тела, ваш врач может понять, что происходит внутри, и, надеюсь, сообщить вам, если у вас сломана кость.

Несмотря на то, что гамма-лучи вредны, их можно сдерживать и использовать для лечения.

Последней областью электромагнитного спектра является гамма-лучей . Волны, которые живут в секции гамма-лучей, имеют самые высокие частоты и самые маленькие длины волн среди всех электромагнитных волн. Фактически, не существует нижнего предела длины волны гамма-излучения. У некоторых длина волны меньше атома! Гамма-лучи излучаются естественным образом объектами, подвергающимися радиоактивному распаду. Поскольку гамма-лучи вызывают повреждение клеток и ДНК, ученые должны быть очень осторожны с их получением.Но мы действительно используем гамма-лучи для стерилизации продуктов питания и медицинского оборудования с помощью процесса, называемого «облучение». Мы также используем гамма-лучи для получения изображений с помощью ПЭТ для диагностической визуализации и лучевой терапии при лечении рака.

Краткое содержание урока

Гамма-лучи, видимый свет и радиоволны — это все формы электромагнитных волн. Электромагнитный спектр начинается с радиоволн самой низкой частоты, затем движется вверх по частоте и вниз по длине волны. За радиоволнами идут микроволны, за которыми следуют инфракрасное излучение и видимый свет.Диапазон видимого света находится прямо посередине электромагнитного спектра.

Двигаясь к противоположному концу, у нас есть ультрафиолетовые волны и рентгеновские лучи, и мы заканчиваем гамма-лучами самой высокой частоты. Хотя ученые действительно разбивают спектр на группы, которые мы описали, имейте в виду, что группы перекрываются, так что все области спектра сливаются вместе на своих границах.

Результаты обучения

После просмотра этого урока вы должны уметь:

  • Составить список семи областей волн в электромагнитном спектре в порядке от самой низкой до самой высокой частоты
  • Опишите свойства каждого типа волны

16.6. Электромагнитный спектр — Physics LibreTexts

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните, как электромагнитные волны делятся на разные диапазоны в зависимости от длины волны и соответствующей частоты
  • Опишите, как создаются электромагнитные волны различных категорий
  • Опишите некоторые из множества практических повседневных применений электромагнитных волн

Электромагнитные волны имеют широкий спектр практических повседневных применений, включая такие разнообразные применения, как связь по сотовому телефону и радиовещание, Wi-Fi, приготовление пищи, зрение, медицинская визуализация и лечение рака.В этом модуле мы обсуждаем, как электромагнитные волны классифицируются по таким категориям, как радио, инфракрасное, ультрафиолетовое и т. Д. Мы также резюмируем некоторые из основных приложений для каждого диапазона.

Различные категории электромагнитных волн различаются диапазоном длин волн или, что эквивалентно, соответствующими диапазонами частот. Их свойства плавно меняются от одного частотного диапазона к другому, с разными приложениями в каждом диапазоне. Краткий обзор производства и использования электромагнитных волн можно найти в Таблице \ (\ PageIndex {1} \).

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Электромагнитные волны
Тип волны Производство Приложения Выпуски
Радио Ускоряющие заряды Связь, Дистанционное управление, MRI Требуется контроль для использования ленты
Микроволны Ускоряющие заряды и тепловое перемешивание Связь, духовки, радары, использование сотовых телефонов
Инфракрасный Тепловое перемешивание и электронные переходы Тепловизионное отопление Поглощается атмосферой, парниковый эффект
Видимый свет Тепловое перемешивание и электронные переходы Человеческое зрение, Фотосинтез
Ультрафиолет Тепловое перемешивание и электронные переходы Стерилизация, производство витамина D Разрушение озона, вызывающее рак
Рентгеновские снимки Внутренние электронные переходы и быстрые столкновения Безопасность, Медицинская диагностика, Лечение рака Рак, вызывающий рак
Гамма-лучи Ядерный распад Ядерная медицина, Безопасность, Медицинская диагностика, Лечение рака Раковые заболевания, радиационный ущерб

Связь \ (c = f \ lambda \) между частотой f и длиной волны \ (\ lambda \) применяется ко всем волнам и гарантирует, что большая частота означает меньшую длину волны.На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показано, как различные типы электромагнитных волн классифицируются в соответствии с их длиной волны и частотой, то есть он показывает электромагнитный спектр.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): электромагнитный спектр, показывающий основные категории электромагнитных волн.

Радиоволны

Термин радиоволны относится к электромагнитному излучению с длиной волны более 0,1 м. Радиоволны обычно используются для аудиосвязи (т.е., для радиоприемников), но этот термин используется для электромагнитных волн в этом диапазоне независимо от их применения. Радиоволны обычно возникают из-за переменного тока в проводах антенны вещания. Они охватывают очень широкий диапазон длин волн и делятся на множество поддиапазонов, включая микроволны, электромагнитные волны, используемые для AM и FM-радио, сотовые телефоны и телевизионные сигналы.

Нет самой низкой частоты радиоволн, но волны СНЧ или «чрезвычайно низкая частота» относятся к наиболее часто встречающимся самым низким частотам, от 3 Гц до 3 кГц.Ускоряющий заряд в переменном токе линий электропередачи производит электромагнитные волны в этом диапазоне. КНЧ-волны способны проникать в морскую воду, которая сильно поглощает электромагнитные волны более высокой частоты, и поэтому полезны для подводной связи.

Чтобы использовать электромагнитную волну для передачи информации, амплитуда, частота или фаза волны модулируется , или изменяется контролируемым образом, который кодирует намеченную информацию в волну.При радиопередаче AM амплитуда волны модулируется, чтобы имитировать колебания передаваемого звука. Теорема Фурье подразумевает, что модулированная AM-волна представляет собой суперпозицию волн, охватывающих некоторый узкий частотный диапазон. Каждой AM-станции назначается определенная несущая частота, которая по международному соглашению может изменяться на \ (\ pm 5 \, kHz \). В FM-радиопередаче частота волны модулируется для передачи этой информации, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {2} \), и для частоты каждой станции разрешено использовать 100 кГц с каждой стороны от ее несущей частоты. .Электромагнитная волна создает ток в приемной антенне, а радио или телевидение обрабатывает сигнал, чтобы произвести звук и любое изображение. Чем выше частота радиоволны, используемой для передачи данных, тем большее детальное изменение волны может передаваться путем модуляции в каждой единице времени, и тем больше данных может быть передано за единицу времени. Назначенные частоты для AM-вещания — от 540 до 1600 кГц, а для FM — от 88 до 108 МГц.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Электромагнитные волны используются для передачи сигналов связи путем изменения амплитуды волны (AM), ее частоты (FM) или фазы.

Сотовый телефон разговоров и телевидение голосовые и видеоизображения обычно передаются в виде цифровых данных путем преобразования сигнала в последовательность двоичных единиц и нулей. Это обеспечивает более четкую передачу данных при слабом сигнале и позволяет использовать компьютерные алгоритмы для сжатия цифровых данных для передачи большего количества данных в каждом частотном диапазоне. Компьютерные данные также передаются как последовательность двоичных единиц и нулей, каждая единица или ноль составляют один бит данных.{12} Гц \). Их высокие частоты соответствуют коротким длинам волн по сравнению с другими радиоволнами — отсюда и название «микроволновые». Микроволны также возникают естественным образом как космическое фоновое излучение, оставшееся от происхождения Вселенной. Наряду с другими диапазонами электромагнитных волн они являются частью излучения, которое излучает и поглощает любой объект с температурой выше абсолютного нуля из-за теплового возбуждения , то есть из-за теплового движения его атомов и молекул.

Большая часть информации, передаваемой через спутник, передается с помощью микроволн . Radar — это обычное применение микроволн. Обнаруживая и синхронизируя микроволновые эхо-сигналы, радарные системы могут определять расстояние до таких разнообразных объектов, как облака, самолет или даже поверхность Венеры.

Микроволны 2,45 ГГц обычно используются в микроволновых печах. Электроны в молекуле воды стремятся оставаться ближе к ядру кислорода, чем ядра водорода (рис. \ (\ PageIndex {3} \)). Это создает два отдельных центра с равными и противоположными зарядами, что дает молекуле дипольный момент.Осциллирующее электрическое поле микроволн внутри печи создает крутящий момент, который стремится выровнять каждую молекулу сначала в одном направлении, а затем в другом, с движением каждой молекулы, связанной с другими вокруг нее. Это закачивает энергию в непрерывное тепловое движение воды, чтобы нагреть пищу. Тарелка под едой не содержит воды и остается относительно неотогретой.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Осциллирующее электрическое поле в микроволновой печи оказывает крутящий момент на молекулы воды из-за их дипольного момента, и крутящий момент меняет направление \ (4.- \) обозначают распределение заряда на молекулах.

Микроволны в микроволновой печи отражаются от стенок духовки, так что суперпозиция волн создает стоячие волны, подобные стоячим волнам вибрирующей гитары или скрипичной струны (нормальные режимы стоячей звуковой волны). Вращающийся вентилятор действует как мешалка, отражая микроволны в разных направлениях, а поворотные столики для еды помогают разложить горячие точки.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): Почему микроволновые печи нагревают неравномерно

Насколько далеко друг от друга находятся горячие точки в 2.9 \, Гц)} \\ [4pt] & = 6.02 \, см. \ end {align} \]

Значение

Расстояние между горячими точками в микроволновой печи определяется длиной волны микроволн.

Сотовый телефон имеет радиоприемник и слабый радиопередатчик, оба из которых могут быстро настраиваться на сотни специально назначенных микроволновых частот. Низкая интенсивность передаваемого сигнала дает намеренно ограниченный диапазон. Наземная система связывает телефон только с широковещательной вышкой, назначенной для определенной небольшой области или соты, и плавно переключает свое соединение на следующую соту, когда там принимается более сильный сигнал.Это позволяет использовать сотовый телефон при смене местоположения.

Микроволны

также обеспечивают WiFi , который позволяет владельцам сотовых телефонов, портативных компьютеров и аналогичных устройств подключаться к Интернету по беспроводной сети дома, в кафе и аэропортах. Беспроводной маршрутизатор Wi-Fi — это устройство, которое обменивается данными через Интернет через кабель или другое соединение и использует микроволны для беспроводного обмена данными с такими устройствами, как сотовые телефоны и компьютеры. Сам термин Wi-Fi относится к стандартам, которым следуют при модуляции и анализе микроволн, чтобы беспроводные маршрутизаторы и устройства от разных производителей совместимы друг с другом.Компьютерные данные в каждом направлении состоят из последовательностей двоичных нулей и единиц, каждая из которых соответствует двоичному биту. Микроволны работают в диапазоне от 2,4 ГГц до 5,0 ГГц.

В других беспроводных технологиях также используются микроволны для обеспечения повседневной связи между устройствами. Bluetooth разработан вместе с WiFi в качестве стандарта для радиосвязи в диапазоне 2,4 ГГц между соседними устройствами, например, для подключения наушников и наушников к таким устройствам, как радио, или сотового телефона водителя к устройству громкой связи, чтобы позволяют отвечать на телефонные звонки, не возясь непосредственно с мобильным телефоном.

Микроволны находят применение также в радиометке с использованием технологии RFID (радиочастотной идентификации). Примерами являются RFID-метки, прикрепляемые к магазинам, транспондер для пунктов взимания платы за проезд, прикрепленный к лобовому стеклу автомобиля, или даже чип, встроенный в кожу домашнего животного. Устройство реагирует на микроволновый сигнал, испуская собственный сигнал с закодированной информацией, позволяя магазинам быстро вызывать товары на свои кассовые аппараты, водителям без остановки взимать плату за проезд со своего счета, а потерявшимся домашним животным воссоединяться со своими владельцами.NFC (связь ближнего радиуса действия) работает аналогично, за исключением того, что это гораздо более короткий диапазон. Его механизм взаимодействия — индуцированное магнитное поле на сверхвысоких частотах между двумя катушками. Сотовые телефоны, поддерживающие NFC и соответствующее программное обеспечение, могут предоставлять информацию для покупок с использованием мобильного телефона вместо физической кредитной карты. В этом случае желаемой мерой безопасности является очень короткий диапазон передачи данных.

Инфракрасное излучение

Граница между микроволновой и инфракрасной областями электромагнитного спектра четко не определена (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Инфракрасное излучение обычно возникает в результате теплового движения, а также колебаний и вращения атомов и молекул. Электронные переходы в атомах и молекулах могут также производить инфракрасное излучение . Около половины солнечной энергии, поступающей на Землю, находится в инфракрасной области, а большая часть остальной энергии — в видимой части спектра. Около 23% солнечной энергии поглощается атмосферой, около 48% поглощается поверхностью Земли и около 29% отражается обратно в космос.

Диапазон инфракрасных частот простирается до нижней границы видимого света, чуть ниже красного. Фактически, инфракрасный означает «ниже красного». Молекулы воды особенно хорошо вращаются и вибрируют на инфракрасных частотах. Спутники-разведчики могут обнаруживать здания, транспортные средства и даже отдельных людей по их инфракрасному излучению, мощность излучения которого пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. Проще говоря, мы используем инфракрасные лампы, в том числе те, что называются кварцевыми обогревателями , чтобы согревать нас, потому что мы поглощаем инфракрасное излучение лучше, чем наше окружение.

Знакомые портативные «пульты» для переключения каналов и настроек телевизора часто передают свой сигнал, модулируя инфракрасный луч. Если вы попытаетесь использовать пульт от телевизора, когда инфракрасный излучатель не находится в прямой видимости с инфракрасным детектором, вы можете обнаружить, что телевизор не отвечает. Некоторые пульты дистанционного управления вместо этого используют Bluetooth, что уменьшает это раздражение.

Видимый свет

Видимый свет — это узкий сегмент электромагнитного спектра между примерно 400 нм и примерно 750 нм, на который реагирует нормальный человеческий глаз.Видимый свет создается колебаниями и вращениями атомов и молекул, а также электронными переходами внутри атомов и молекул. Приемники или детекторы света в основном используют электронные переходы.

Красный свет имеет самые низкие частоты и самые длинные волны, тогда как фиолетовый имеет самые высокие частоты и самые короткие длины волн (Рисунок \ (\ PageIndex {4} \)). Излучение Черного тела от Солнца достигает пика в видимой части спектра, но более интенсивно в красном, чем в фиолетовом, что делает Солнце желтоватым.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \). Небольшая часть электромагнитного спектра, включающая его видимые компоненты. Разделение между инфракрасным, видимым и ультрафиолетовым светом не совсем различно, равно как и различия между семью цветами радуги.

Живые существа — растения и животные — эволюционировали, чтобы использовать части электромагнитного спектра, в которые они встроены, и реагировать на них. Мы наслаждаемся красотой природы через видимый свет. Растения более избирательны. Фотосинтез использует части видимого спектра для производства сахаров.

Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолет означает «выше фиолетового». Электромагнитные частоты ультрафиолетового излучения (УФ) простираются вверх от фиолетового, самого высокочастотного видимого света. Ультрафиолетовые лучи самых высоких частот перекрываются с рентгеновскими лучами самых низких частот. Длины волн ультрафиолета простираются от 400 нм до примерно 10 нм на самых высоких частотах. Ультрафиолет создается атомными и молекулярными движениями и электронными переходами.

УФ-излучение Солнца подразделяется на три диапазона длин волн: УФ-А (320–400 нм) — самая низкая частота, затем УФ-В (290–320 нм) и УФ-С (220–290 нм).Большинство УФ-В и все УФ-С поглощаются молекулами озона (\ (O_3) \) в верхних слоях атмосферы. Следовательно, 99% солнечного УФ-излучения, достигающего поверхности Земли, составляет УФ-А.

Солнечный ожог вызывается сильным воздействием УФ-В и УФ-С, и повторное воздействие может увеличить вероятность рака кожи. Реакция загара — это защитный механизм, при котором тело производит пигменты в инертных слоях кожи, чтобы уменьшить воздействие на живые клетки, расположенные ниже.

Как будет показано в следующей главе, чем короче длина волны света, тем больше изменение энергии атома или молекулы, которые поглощают свет при электронном переходе.Это делает коротковолновый ультрафиолетовый свет вредным для живых клеток. Это также объясняет, почему ультрафиолетовое излучение лучше, чем видимый свет, может вызывать свечение некоторых материалов или флуоресцировать .

Помимо неблагоприятного воздействия ультрафиолетового излучения, существуют также преимущества воздействия в природе и использования в технике. Выработка витамина D в коже происходит в результате воздействия УФ-В излучения, как правило, солнечного света. Несколько исследований показывают, что дефицит витамина D связан с развитием ряда видов рака (простаты, груди, толстой кишки), а также с остеопорозом.{-12} м \). У них более короткие длины волн и более высокие частоты, чем у ультрафиолета, поэтому энергия, которую они передают на атомном уровне, больше. В результате рентгеновские лучи оказывают неблагоприятное воздействие на живые клетки, подобное воздействию ультрафиолетового излучения, но они более проникающие. Рак и генетические дефекты могут быть вызваны рентгеновскими лучами. Из-за своего воздействия на быстро делящиеся клетки рентгеновские лучи также могут использоваться для лечения и даже лечения рака.

Наиболее широко рентгеновские лучи используются для визуализации объектов, непрозрачных для видимого света, таких как человеческое тело или части самолета.У людей риск повреждения клеток тщательно взвешивается с пользой полученной диагностической информации.

Гамма-лучи

Вскоре после того, как в 1896 году была впервые обнаружена ядерная радиоактивность, было обнаружено, что испускаются по крайней мере три различных типа излучения, которые были обозначены как альфа, бета и гамма-лучи. Наиболее проникающее ядерное излучение, гамма-лучей \ (\ gamma \) -лучей), было позже обнаружено, как чрезвычайно высокочастотная электромагнитная волна.

Нижний предел диапазона частот \ (\ gamma \) — лучей перекрывает верхний предел диапазона рентгеновских лучей. Гамма-лучи имеют характеристики, идентичные рентгеновским лучам той же частоты — они отличаются только источником. Название «гамма-лучи» обычно используется для обозначения электромагнитного излучения, испускаемого ядром, в то время как рентгеновские лучи обычно образуются при бомбардировке мишени энергичными электронами в рентгеновской трубке. На более высоких частотах \ (\ gamma \) — лучи более проникающие и более опасные для живых тканей.Они используются во многом так же, как и рентгеновские лучи, включая лечение рака. Гамма-излучение радиоактивных материалов используется в ядерной медицине.

Используйте это моделирование, чтобы изучить, как свет взаимодействует с молекулами в нашей атмосфере.

  • Узнайте, как свет взаимодействует с молекулами в нашей атмосфере.
  • Определите, что поглощение света зависит от молекулы и типа света.
  • Соотнесите энергию света с результирующим движением.
  • Определите, что энергия увеличивается от микроволнового до ультрафиолетового.
  • Предскажите движение молекулы в зависимости от типа поглощаемого ею света.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Чем отличаются электромагнитные волны для разных видов электромагнитного излучения?

Ответ

Они попадают в разные диапазоны длин волн и, следовательно, также в разные соответствующие диапазоны частот.

Авторы и авторство

  • Сэмюэл Дж.Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Электромагнитные волны — обзор

7.2.1.1 Радиовещание (бесплатное) телевидение

«Радиовещание» обычно охватывает распространение как радио-, так и телевизионных сигналов с помощью электромагнитных волн, но я сосредоточен на телевизионной части этого описания. 6 Вещательное телевидение в США началось в 1930-х годах, но получило широкую популярность и проникновение в домашние хозяйства в 1950-х годах. 7 Хотя специфика различается в зависимости от страны, распространение в Западной Европе шло по аналогичной схеме: в Африке и некоторых частях Азии, начавшихся примерно 10 лет спустя. Телевизионные станции обычно лицензируются национальным регулирующим органом, поскольку электромагнитный спектр, используемый вещательными компаниями, является национальным ресурсом, и требуется лицензирование для предотвращения помех между вещательными компаниями.В США вещательные станции лицензированы Федеральной комиссией по связи (FCC).

В США существует большое разнообразие типов станций (с аналогичными схемами во всем мире), но наиболее важные различия существуют между коммерческими и некоммерческими станциями, станциями полной и малой мощности, а также аналоговыми и цифровыми станциями. Подавляющее большинство коммерческих станций поддерживают себя продажей рекламы, в то время как некоммерческие станции полагаются на пожертвования от зрителей или аналогичные источники финансирования, помимо рекламы (FCC, 2008). 8 Количество вещательных телевизионных станций в США стабильно с течением времени и составляет примерно 1400 станций с полной мощностью, 28 на штат и чуть менее 7 на телевизионный рынок (FCC, 2013a).

Маломощные станции меньше по размеру, местные и часто ориентированы на сообщества. Они считаются вторичной службой, им не разрешается создавать помехи для вещательных компаний, работающих на полную мощность, и они могут создавать помехи. Аналоговые станции передают программы, используя непрерывную модуляцию непрерывной звуковой волны, с разными каналами, выделенными для разных частей электромагнитного спектра, в то время как цифровые сигналы обрабатывают цифровую обработку и мультиплексное программирование.Цифровое радиовещание более эффективно использует спектр, освобождая спектр, ранее использовавшийся для аналогового радиовещания, для других, более ценных видов использования.

В США часто существует разделение прав собственности между поставщиками контента (вещательными сетями) и дистрибьюторами (вещательными станциями). С первых дней развития индустрии производство программ коммерческого вещания организовывалось и управлялось «телевизионными сетями», крупнейшими из которых являются ABC, NBC, CBS и Fox. 9 Левая часть левой панели рисунка 7.1 показана вертикальная структура, связанная с индустрией телевещания.

Рисунок 7.1. Двусторонний ТВ-рынок. Примечания : Изображена двусторонняя природа телевизионных рынков. На левой панели представлен рынок бесплатного эфирного вещания, а на правой панели — рынок платного телевидения. На обоих рынках существует оптовый рынок программирования, на котором поставщики контента (сети вещания, сети платного ТВ) ведут переговоры с дистрибьюторами (вещательными станциями, дистрибьюторами платного ТВ) о праве на распространение своего контента, а также розничный рынок для распространение, при котором дистрибьюторы либо транслируют, либо устанавливают цены на доступ к этому контенту для домашних хозяйств.Большинство коммерческих вещателей зарабатывают деньги только на продаже аудитории рекламодателям. Финансирование общественных вещателей (ОВО) осуществляется за счет обязательных лицензионных сборов для домохозяйств, продажи рекламы и / или пожертвований зрителей. Финансирование каналов платного телевидения и дистрибьюторов осуществляется за счет продажи рекламы и абонентской платы (см. Таблицы 7.1–7.3).

В таблице 7.1 представлена ​​совокупная статистика вещательных сетей США за 2012 год. Приведены показатели сетевых затрат (расходы на программы), количества (количество просмотров), цены (затраты на рекламу на тысячу зрителей или CPM) и доходов от рекламы.Я делю вещательные сети США на две группы: так называемые вещательные сети «большой четверки», упомянутые выше, и «второстепенные» вещательные сети. Сети вещания получают доход только от рекламы, а «большая четверка» получает от 83% до 89% от общего количества просмотров (рейтингов) и доходов.

Таблица 7.1. Сети вещания в США, 2012 г.

Расходы на программу (млн долларов) Средний рейтинг в прайм-тайм Средний 24-часовой рейтинг Стоимость за тысячу показов (CPM) (долларов США) Чистый доход от рекламы (млн долларов США) )
B / C сети Big-4
ABC 2763 3.9 2,4 17,6 3177
CBS 3303 5,2 2,8 16,2 4124
NBC 4041 4,7 2,6 18,5 3955
Fox 2120 3,5 3,8 33,8 2634
Всего Big-4 12,226 17.4 11,6 21,5 13891
Второстепенные сети B / C
CW 439 0,7 0,6 44,1 418
Univision 234 1,7 0,7 — 641
Telemundo 204 0,6 0,3 — 374
UniMás 83 0.3 0,2 — 160
Всего несовершеннолетних 1129 3,6 2,0 — 1752
Всего сетей B / C 13,355 21,0 13,6 — 15,642
Средневзвешенные сети B / C — — — 21,6 —
Акция Big-4 91.5% 83,0% 85,5% — 88,8%

Примечания : Приведены агрегированные статистические данные по вещательным сетям США в 2012 году (SNL Kagan, 2014a). Приведены показатели сетевых затрат (расходы на программирование), количества (количество просмотров), цены (стоимость рекламы за тысячу показов или CPM) и чистого дохода от рекламы. «Рейтинг» — это средний процент домохозяйств в США, смотрящих этот канал в течение заданного промежутка времени. Вещательные сети США делятся на две группы: вещательные сети «большой четверки» (ABC, NBC, CBS и Fox) и «второстепенные» вещательные сети.Средневзвешенные вещательные сети взвешиваются по среднему суточному рейтингу. Доля Big-4 — это доля колонки, которую потратили / посмотрели / заработали вещательные сети Big-4.

В США правила FCC ограничивают количество станций, которыми могут владеть телевизионные сети; остальные станции принадлежат независимым фирмам (которые обычно владеют многими станциями), которые ведут переговоры с телевизионными сетями, чтобы быть эксклюзивным поставщиком программ этой сети на телевизионном рынке. Телевизионные рынки основаны на географическом расположении: компания Nielsen разделила США на 210 взаимоисключающих и исчерпывающих рынков, называемых определенными рыночными зонами, которые широко используются при продаже рекламы.Большинство сетевых программ отображается в «прайм-тайм» (с 19:00 до 23:00). Местные новости для основного сообщества радиостанции производятся отдельными станциями, а программы в другие части дня либо предоставляются сетью, либо программируются независимо с синдикаторами или независимыми производителями программ.

7.2.1.1.1 Общественные вещательные компании

Во многих странах некоторая часть услуг вещательного телевидения предоставляется «Общественными вещательными компаниями» (ОВО). ОВО конкурируют с коммерческими вещательными компаниями в предоставлении бесплатного контента в эфир.В США «миссия общественного вещания заключается в развитии хорошо образованного, хорошо информированного общества, способного к самоуправлению величайшей демократией мира» (CPB, 2012). В Великобритании миссия Британской радиовещательной корпорации (BBC) известна как «информировать, обучать и развлекать». В самом широком смысле это отражает роль общественного вещания во многих странах; Трудно дать более точное определение. 10 На практике общие цели политики общественного вещания заключаются в обеспечении предоставления разнообразных и высококачественных программ, отвечающих всем интересам и сообществам.Кроме того, следует поощрять программы, которые приносят образовательные и другие социальные выгоды, в том числе программы, которые могут сделать население более терпимым, а также более осведомленным об их региональной и национальной идентичности. И в аналогичном ключе, часто предпринимаются меры для обеспечения доступности достаточного количества местного контента и защиты внутренней «экологии» производства программ. 11 Эти значения и примеры типов и поставщиков программ, которые поддерживают эти значения в Великобритании, показаны на рисунке 7.2. 12

Рисунок 7.2. Основные цели ОВО Великобритании. Примечания : Изображены основные цели государственных вещательных компаний Великобритании, включая BBC, и примеры типов программ, которые поддерживают эти цели, как указано британским регулятором СМИ, Ofcom (2004, стр. 26).

Финансирование ОВО поступает из различных источников, которые различаются в зависимости от страны и от ОВО внутри страны, включая обязательные сборы за лицензию для домохозяйств, продажу рекламы и / или пожертвования зрителей.В правой части левой панели рисунка 7.1 показана вертикальная структура и потоки платежей, связанные с ОВО. В Великобритании старейшая и крупнейшая служба общественного вещания, BBC, получает годовой лицензионный сбор в размере 145,50 фунтов стерлингов (примерно 20 долларов США в месяц) и не продает рекламу, в то время как другие коммерческие службы общественного вещания на рынке — ITV, Channel 4, и Канал 5 — не получают лицензионных сборов и продают только рекламу. В США общественное вещание обеспечивается государственными (некоммерческими) телевизионными станциями, которые транслируют программы как местного, так и национального производства.Большая часть национальных программ предоставляется Общественной вещательной службой, некоммерческой общественной вещательной компанией, которой совместно владеют более 350 телевизионных станций-членов. Финансирование общественного вещания поступает из различных источников, наиболее важными из которых являются взносы отдельных лиц (в среднем 22% по государственным телевизионным станциям), за которыми следуют поддержка федерального правительства (18%), поддержка правительства штата и местных властей (17%), университет и поддержка фонда (15%) и андеррайтинг со стороны бизнеса (13%) (CPB, 2012).

На рис. 7.3 показан совокупный объем государственного (государственного) финансирования телевидения вместе с ежемесячной оплатой ТВ-лицензий в расчете на одно домохозяйство для ряда крупных стран мира. 13 Это показывает, что правительства большинства развитых стран выделяют от 6 до 15 долларов на семью в месяц на государственную поддержку телевидения. Несмотря на то, что США являются крупнейшим телевизионным рынком в мире, государственная поддержка ОВО составляет всего 0,40 доллара на семью в месяц.

Рисунок 7.3. Государственное финансирование телевидения, 2011 г. Примечания : Указывается объем государственного (государственного) финансирования телевидения в ряде стран в 2011 году. В верхней панели представлены данные о совокупном финансировании (в миллиардах долларов) и на семью финансирование (в долларах на семью в месяц). Суммы были конвертированы в доллары США по среднему обменному курсу Всемирного банка за 2011 год. Ofcom (2012), рисунок 3.1, расчеты автора.

Веб-сайт класса физики

Что из следующего не является примерами электромагнитных волн? Перечислите все подходящие варианты в алфавитном порядке без запятых и пробелов между буквами.

Определение Механических волн и Электромагнитных волн :

Есть множество способов классифицировать волны. Один из способов классифицировать волны — сказать, что это либо механические волны, либо электромагнитные волны.

Механическая волна — это тип волны, которой требуется среда для передачи энергии из одного места в другое.

Электромагнитная волна — это тип волны, которая может переносить свою энергию через область пространства, лишенного материи. Электромагнитные волны могут распространяться в вакууме.

Электромагнитный спектр:

Электромагнитные волны существуют в широком диапазоне частот. Диапазон частот обозначается как электромагнитный спектр .Спектр электромагнитных волн подразделяется на области, каждая из которых имеет свое название. Многие из областей электромагнитного спектра имеют знакомые названия, такие как микроволновое, рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное, радио и гамма-излучение.

Звуковые волны распространяются от источника к наблюдателю посредством межчастичного взаимодействия. Источник мешает первой частице среды — возможно, толкая ее вперед.Эта частица, в свою очередь, толкает вторую частицу среды, толкая ее также вперед. Вторая частица толкает третью частицу вперед, которая, в свою очередь, толкает …. В результате этого взаимодействия между частицами звуковая волна распространяется через среду из одного места в другое. Но не дайте себя обмануть! Если бы не было частиц в области пространства, окружающей источник, то не было бы звуковой волны, проходящей через эту область пространства. Звуковые волны не могут проходить через вакуум.Это не электромагнитные волны.

Какие примеры электромагнитных волн?

Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр
Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр — это распределение электромагнитных излучения по энергии (или, что то же самое, в силу соотношений в предыдущий раздел, в зависимости от частоты или длины волны).

Области электромагнитного спектра

В следующей таблице приведены приблизительные длины волн, частоты и энергии. для выбранных областей электромагнитного спектра.
Спектр электромагнитных Радиация
Регион Длина волны
(Ангстрем) 		Длина волны
(сантиметры) 		Частота
(Гц) 		Энергия
(эВ)
Радио> 10 9 > 10 <3 x 10 9 <10 -5
Микроволновая печь 10 9 -10 6 10-0.01 3 x 10 9 — 3 x 10 12 10 -5 — 0,01
Инфракрасный 10 6 -7000 0,01 — 7 x 10 -5 3 x 10 12 — 4,3 x 10 14 0,01 — 2
видимый 7000–4000 7 x 10 -5 -4 x 10 -5 4,3 x 10 14 — 7,5 x 10 14 2–3
Ультрафиолет 4000–10 4 x 10 -5 -10 -7 7.5 x 10 14 — 3 x 10 17 3–10 3
Рентгеновские снимки 10 — 0,1 10 -7 -10 -9 3 x 10 17 — 3 x 10 19 10 3 -10 5
Гамма-лучи <0,1 <10 -9 > 3 x 10 19 > 10 5

Обозначение «эВ» означает электрон-вольт, обычную единицу измерения энергии в атомная физика.Графическое представление электромагнитного спектра: показано на рисунке ниже.

Электромагнитный спектр

Таким образом, мы видим, что видимый свет, гамма-лучи и микроволны на самом деле одно и то же. вещи. Все они представляют собой электромагнитное излучение; они просто отличаются своими длины волн.

Спектр видимого света

Точно так же, как мы воспринимаем частоту звука как высоту тона, мы воспринимаем частоту света как цвет.Обратите внимание, насколько мал видимый спектр во всем диапазоне электромагнитный спектр.

Видимая часть спектра может быть разделена по цвету, с красным на длинноволновом конце и фиолетовым на коротковолновом конце, так как проиллюстрировано (схематично) на следующем рисунке.

Видимый спектр

Как Рой Г. Б. потерял гласную

Последовательность красного, оранжевого, желтого, зеленого, синего и фиолетового цветов может быть запомнил, запомнив имя того молодца «РОЙ Г.BV «. Изначально это был» ROY G. BIV «, потому что раньше было принято называть область между синим и фиолетовым «индиго». В современном обиходе индиго обычно не выделяют как отдельный цвет в видимом спектре; таким образом, у Роя больше нет гласных в последнем имя.

Инфракрасное излучение

За пределами красного конца видимого спектра инфракрасное излучение. Диапазон составляет от 700 нм до 0,1 см. Мы чувствуем такое излучение от тепловой лампы, но не видим этого радиация.

Радиоволны

Мы знакомы с радиоволнами в диапазонах UHF, VHF, FM и AM.У них очень длинные волны. Радиоволны AM имеют самую длинную длины волн в этой группе и, следовательно, самые маленькие частоты.

УФ, рентгеновские лучи, гамма-лучи

Эти лучи с более короткой длиной волны и более высокой энергией в значительной степени заблокирован атмосферой Земли. (Мы позже узнать больше о том, почему блокируются определенные длины волн по сравнению с другими. (см. следующий слайд). Таким образом, «рентгеновское зрение» Супермена в принципе бесполезно. на земле.

Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр

Разновидности электромагнитного излучения образуют континуум, известный как электромагнитный спектр.Его широкие категории называются

  • Радиоволны
  • микроволны
  • инфракрасный свет
  • видимый свет
  • ультрафиолетовый свет
  • Рентген
  • гамма-лучи
Единственное различие между этими проявлениями электромагнитного излучения связано с различиями в частота и длина волны колебаний. Эти две величины связаны формулой
& nbsp & nbsp (скорость) = (частота) x (длина волны), что в данном случае читается как c = f л.

Типы электромагнитного излучения перечислены выше в порядке убывания длины волны. и, следовательно, возрастающий порядок частоты. (Когда мы позже немного изучим квантовую механику конечно, мы узнаем, что это тоже порядок увеличения энергии для индивидуума фотонов.)

Комментарии к областям электромагнитного спектра — адаптировано из http://calspace.ucsd.edu/ames144a/ch7/ch7.html

Область Длина волны диапазон (прибл.) Частота диапазон (прибл.) Комментарии
Длинноволновый радио
> 10 м		 <3x10 7 Гц Включает традиционный регион AM-радио. Эти частоты могут преодолевать большие расстояния на несколько отражения между поверхностью Земли и ее ионосферой.
Коротковолновый радио 10 см — 10 м 3х10 7 — 3х10 9 Используется для ТВ, FM и других коммуникационных целей.Обычно путешествует только на относительно короткие расстояния потому что ионосфера для него прозрачна.
Микроволновая печь 1 мм — 10 см 3х10 9 — 3х10 11 Настоящее время предел радиотехники для большинства целей.
Дальний инфракрасный порт 30 мм — 1 мм 3х10 11 — 10 13 3 К радиация наполняет вселенную.
Тепловой инфракрасный 3 мм — 30 мм 10 13 — 10 14 Тепловой выброс Земли и планет.
Ближний инфракрасный порт 700 нм — 3 мм 10 14 — 4х10 14 Солнечная и звездное излучение.
Видимый 400 нм — 700 нм
(1,7 — 3 эВ)		 4х10 14 -7×10 14 Пик солнечная радиация. Видимый человеческим глазом, стандартная фотопленка и видеодетекторы CCD.
Ультрафиолет 200 нм — 400 нм
(3-6 эВ)		 7×10 14 —
1.5х10 15 		Разделенный на 300 нм атмосферным (озоновым) отсечкой. Заметный солнечный поток вызывает солнечные ожоги.
Вакуум УФ (EUV) 10 нм — 200 нм
(6 — 120 эВ)		 1,5х10 15 — 3х10 16 Очень сильный поглощение в веществе, поэтому его очень трудно наблюдать.
Рентгеновские снимки 120 эВ- 100 кэВ 3х10 16 — 3х10 19 Произведено электронными пучками в рентгеновских трубках и внутренними атомными переходами.Постепенно более проникающая при увеличении Е, до многих сантиметров в воде.
g-лучи 100 кэВ 3х10 19 Произведено ядерными и другими процессами с высокой энергией. Может проникать на расстояние до метров в воде.

Электромагнитный индекс волн Примеры Указатель лекций

ESA — Электромагнитный спектр

Science & Exploration

19276 Просмотры 49 классов

Свет или электромагнитное излучение бывает разных форм.Существуют радиоволны, микроволны, инфракрасный свет, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи, которые образуют так называемый «электромагнитный спектр»

.

Электромагнитный спектр подразделяется на семь областей в зависимости от длины волны. Каждая часть спектра взаимодействует с веществом по-своему, и ей дано другое название. От самой длинной до самой короткой длины волны семь делений:

Радио (длины волн больше 0.3 метра)

Атмосфера Земли скрывает от космоса большую часть электромагнитного излучения, за исключением видимого света, некоторых инфракрасных частот и радиоволн. По этой причине мы можем размещать радиотелескопы на поверхности Земли, и радиоастрономия была первым неоптическим исследованием излучения из космоса. Было обнаружено, что ряд самых массивных галактик являются чрезвычайно мощными источниками радиоволн. Радиоастрономия привела к открытию пульсаров, которые излучают регулярные радиоизлучения.

Микроволны (длины волн от 1 миллиметра до 0.3 метра)

Атмосфера Земли начинает экранировать от нас радиацию. Самая важная форма микроволнового излучения в астрономии называется космическим микроволновым фоном (CMB). Обнаруженное в 1965 году, реликтовое излучение исходит из всех частей Вселенной с одинаковой интенсивностью. Реликтовое излучение стало твердым доказательством теории «большого взрыва», которая предсказывала, что ударная волна первобытного взрыва все еще будет обнаруживаться. Миссия ЕКА Planck изучит реликтовое излучение и, таким образом, увидит Вселенную такой, какой она была почти в ее начале.

Инфракрасный (длины волн от 700 нанометров до 1 миллиметра)

Основным источником инфракрасного излучения является тепло. Чем выше температура, тем быстрее движутся атомы и молекулы в объекте и тем сильнее инфракрасное излучение. Первой космической миссией в инфракрасном диапазоне был IRAS (инфракрасный астрономический спутник), который обнаружил около 350 000 источников инфракрасного излучения. Позже Инфракрасная космическая обсерватория (ISO) ЕКА провела важные исследования пыльных регионов Вселенной.Миссия ESA Herschel будет основываться на этой работе.

Видимый (длины волн от 400 до 700 нанометров)

До 1945 года большая часть астрономии была оптической. Это означало изучение очень небольшого диапазона длин волн. Именно на этих длинах оптических волн большинство людей строят свои представления о Вселенной, в которой преобладают яркие звезды и галактики. Видимый свет в основном излучается объектами при температуре от 2000 до 10 000 ° C. Космический телескоп Хаббл НАСА / ЕКА имеет на борту мощный оптический телескоп, который позволяет делать потрясающие фотографии в реальном цвете.

Ультрафиолет (длины волн от 10 до 400 нанометров)

Как только стали возможны наблюдения над атмосферой, классические методы оптической астрономии распространились на ультрафиолет. Солнце и другие горячие объекты являются источниками ультрафиолетового излучения. В 1978 году был запущен International Ultraviolet Explorer (IUE). IUE доминировал в ультрафиолетовой космической астрономии почти два десятилетия. Он генерировал спектры, показывающие интенсивности на разных длинах волн от выбранных объектов в небе.Температуру, движение, магнетизм и химический состав можно различить в ультрафиолетовых спектрах.

Рентгеновские лучи (длины волн от 0,01 до 10 нанометров)

Большая часть наблюдаемого вещества во Вселенной сегодня находится в горячем состоянии и излучает коротковолновое излучение и рентгеновские лучи. Массивные облака газа с очень высокой температурой заполняют пространства между галактиками. Когда образуется новая звезда, коллапсирующее облако газа достигает температуры, достаточной для начала ядерных реакций, питающих звезду.Условия в первобытной Вселенной были очень разными — только несколько ранее существовавших молекул и отсутствие пыли, доступной для охлаждения, могли коллапсировать только самые массивные облака. Из них получатся не звезды, а черные дыры. Теоретики подозревают, что гигантские черные дыры, возможно, были одними из самых ранних объектов, созданных во Вселенной, и могли производить рентгеновские лучи. Две миссии ESA, XMM-Newton и XEUS, предназначены для наблюдения за этими рентгеновскими лучами.

Гамма-лучи (длины волн менее 0,01 нм)

Гамма-лучи из космоса блокируются атмосферой Земли — к счастью для нас, потому что это мощное излучение смертельно.Гамма-телескопы в космосе свидетельствуют о процессах, которые сделали Вселенную пригодной для жизни. Когда массивная звезда израсходует водородное топливо, она заканчивается взрывом сверхновой, испускающей гамма-лучи. Во время этого взрыва радиоактивные элементы образуются и выбрасываются в космос, распадаются или объединяются, образуя другие элементы. Спутник ЕКА COS-B (1975-1982) создал каталог источников гамма-излучения. Космический аппарат ЕКА Integral, запущенный в 2002 году, продвигает эту работу вперед, изучая явление, известное как «гамма-всплески».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *