§ 17. Шкала електромагнітних хвиль. Властивості електромагнітних хвиль. Електромагнітні хвилі у природі й техніці

• Назад до змісту

ПОМІРКУЙТЕ І ДАЙТЕ ВІДПОВІДЬ

1. Які електромагнітні хвилі, на вашу думку, є найбільш проникними й чому?

Найбільш проникними є гамма-промені.

Проникна здатність електромагнітного випромінювання зростає зі зменшенням довжини хвилі та збільшенням його частоти й енергії квантів. Гамма-промені мають найменшу довжину хвилі (менше $5\text{ пм}$) і найбільшу частоту (понад $6 \cdot 10^{19}\text{ Гц}$), тому вони практично не відбиваються, слабко поглинаються і здатні проходити крізь значні шари речовини.

Для захисту від гамма-випромінювання використовують масивні перепони, наприклад шар свинцю завтовшки $20\text{ см}$ або бетонне укриття товщиною в кілька метрів.

2. Чи достатньою мірою наші органи чуття здатні розшифровувати інформацію, яку переносять електромагнітні хвилі?

Ні, органи чуття людини сприймають лише мізерну частку електромагнітних хвиль із усього навколишнього середовища.

Людське око сприймає виключно діапазон видимого світла з довжиною хвилі від $380\text{ нм}$ до $780\text{ нм}$, що займає менше 1 % усієї шкали електромагнітних хвиль, а шкіра відчуває теплове інфрачервоне випромінювання.

Радіохвилі, ультрафіолетове, рентгенівське та гамма-випромінювання наші органи чуття відчути не можуть. Для прийому й розшифрування інформації цих діапазонів людство створює спеціальні технічні прилади: телевізори, смартфони, тепловізори, радари та рентгенівські апарати.

ПЕРЕВІРТЕ СЕБЕ

1. Завдяки чому Сонце гріє Землю?

Сонце гріє Землю завдяки інфрачервоному (тепловому) випромінюванню.

Це електромагнітні хвилі, які безперешкодно проходять крізь вакуум космічного простору зі швидкістю світла. Поверхня Землі та її атмосфера поглинають це випромінювання, унаслідок чого енергія хвиль перетворюється на теплову енергію.

2. Над Антарктидою є велика озонова діра. Чим небезпечна вона для наших дослідників на станції «Академік Вернадський»?

Озонова діра небезпечна надмірним рівнем жорсткого сонячного ультрафіолетового випромінювання, яке досягає поверхні Землі.

Озоновий шар у нормі затримує згубний ультрафіолет. За його відсутності або суттєвого стоншення промені проникають у відкриті ділянки шкіри, спричиняють сильні опіки, підвищують ризик онкологічних захворювань і небезпечно пошкоджують сітківку очей. Через це полярники змушені обов’язково користуватися захисними кремами, закритим одягом і спеціальними окулярами з ультрафіолетовими фільтрами.

3. З якою швидкістю поширюються рентгенівські промені?

Рентгенівські промені у вакуумі та повітрі поширюються зі швидкістю світла, яка становить приблизно $300\,000\text{ км/с}$ ($3 \cdot 10^8\text{ м/с}$).

Рентгенівські промені належать до електромагнітних хвиль, а всі хвилі електромагнітної природи у вакуумі мають однакову швидкість поширення.

4. Яка максимальна частота коливань у радіохвилі ультракороткого діапазону?

Дано:

• $\lambda_{\min} = 1\text{ мм} = 10^{-3}\text{ м}$
• $c = 3 \cdot 10^8\text{ м/с}$

Знайти:

• $\nu_{\max} - ?$

Розв’язання:
Швидкість поширення електромагнітної хвилі пов’язана з її довжиною та частотою формулою:
$c = \lambda \nu$
Максимальна частота коливань відповідає мінімальній довжині хвилі ультракороткого діапазону:
$\nu_{\max} = \dfrac{c}{\lambda_{\min}}$

Підставимо числові дані разом з одиницями вимірювання в отриману формулу:
$\nu_{\max} = \dfrac{3 \cdot 10^8\,\dfrac{\text{м}}{\text{с}}}{10^{-3}\text{ м}} = 3 \cdot 10^{11}\,\dfrac{1}{\text{с}} = 3 \cdot 10^{11}\text{ Гц} = 300\text{ ГГц}$

Відповідь: $\nu_{\max} = 300\text{ ГГц}$.

5. До яких електромагнітних хвиль належить випромінювання частотою 500 ТГц?

Дано:

• $\nu = 500\text{ ТГц} = 5 \cdot 10^{14}\text{ Гц}$
• $c = 3 \cdot 10^8\text{ м/с}$

Знайти:

• $\lambda - ?$

Розв’язання:
Довжину електромагнітної хвилі визначаємо за формулою:
$\lambda = \dfrac{c}{\nu}$

Підставимо числові значення разом з одиницями вимірювання:
$\lambda = \dfrac{3 \cdot 10^8\,\dfrac{\text{м}}{\text{с}}}{5 \cdot 10^{14}\,\dfrac{1}{\text{с}}} = 0{,}6 \cdot 10^{-6}\text{ м} = 600\text{ нм}$

За шкалою спектра видиме випромінювання лежить у діапазоні довжин від $380\text{ нм}$ до $780\text{ нм}$. Хвиля довжиною $600\text{ нм}$ відповідає помаранчевому світлу (діапазон від $590\text{ нм}$ до $625\text{ нм}$).

Відповідь: випромінювання належить до діапазону видимого світла (помаранчевий колір).