Електромагнітне випромінювання

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Спектр електромагнітного випромінювання

Електромагн́ітне випром́інювання (англ. electromagnetic radiation) — взаємопов'язані коливання електричного (Е) i магнітного (B) полів, що утворюють електромагнітне поле а також, процес утворення вільного електро-магнітного поля при нерівномірному русі та взаємодії електричних зарядів[1]. Розповсюдження випромінення здійснюється за допомогою електромагнітних хвиль. Електромагнітні хвилі, випромінюються зарядженими частинками, атомами, молекулами, антенами та іншими випромінювальними системами[2]. Електромагнітне випромінювання являє собою потік фотонів, який тільки при великій їх (фотонів) кількості можна розглядати як неперервний процес.

Розрізняють вимушені (під впливом зовнішніх джерел) і власні електромагнітні коливання. У необмеженому просторі або в системах з втратами енергії можливі електромагнітні коливання з неперервним спектром частот. Просторово обмежені системи мають дискретний спектр частот причому кожній частоті відповідає один або кілька незалежних типів коливань (мод).

Представлення коливань у вигляді суперпозиції мод з неперервним або дискретним спектром можливе для довільної складної системи провідників та діелектриків, якщо поля, струм або заряди в них зв'язані між собою лінійними співвідношеннями.

Основні характеристики електромагнітного випромінювання[ред.ред. код]

Основними характеристиками електромагнітного випромінювання прийнято вважати частоту, довжину хвилі і поляризацію.

Довжина хвилі прямо пов'язана з частотою через (групову) швидкість поширення випромінювання. Групова швидкість поширення електромагнітного випромінювання у вакуумі дорівнює швидкості світла, в інших середовищах ця швидкість є меншою. Фазова швидкість електромагнітного випромінювання у вакуумі також дорівнює швидкості світла, у різних середовищах вона може бути як меншою, так і більшою від швидкості світла[3].

У неоднорідному середовищі спостерігаються явища відбивання, заломлення, дифракції та інтерференції електромагнітних хвиль.

Наукові галузі, що займаються вивченням електромагнітного випромінювання[ред.ред. код]

Описом властивостей і параметрів електромагнітного випромінювання у цілому займається класична електродинаміка, хоча властивостями випромінювання окремих областей спектра займаються певні спеціалізовані розділи фізики (частково так склалося історично, частково обумовлено істотною конкретною специфікою, особливо щодо взаємодії випромінювання різних діапазонів з речовинами, частково також специфікою прикладних задач). До таких спеціалізованих розділів належать оптика (та її розділи) і радіофізика. Жорстким електромагнітним випромінюванням короткохвильового діапазону спектра займається фізика високих енергій.

Існують з різницею у деталях та ступені спільності різні теорії, що дозволяють змоделювати і дослідити властивості й прояви електромагнітного випромінювання. Найфундаментальнішою із завершених та перевірених теорій такого роду є квантова електродинаміка, з якої шляхом тих чи інших спрощень можна в принципі отримати усі перераховані нижче теорії, що мають широке застосування у своїх областях. Для опису низькочастотного електромагнітного випромінювання в макроскопічній області використовують, зазвичай, класичну електродинаміку, що ґрунтується на рівняннях Максвелла, причому існують її спрощення у прикладних застосуваннях. Для оптичного випромінювання (аж до рентгенівського діапазону) застосовують оптику (зокрема, фізичну оптику, коли розміри деяких частин оптичної системи близькі до довжин хвиль; квантову оптику, коли істотними є процеси поглинання, випромінювання і розсіювання фотонів; геометричну оптику — граничний випадок хвильової оптики, коли довжиною хвилі випромінювання можна знехтувати). Гамма-випромінювання найчастіше є предметом ядерної фізики, з інших — медичних і біологічних — позицій вивчається вплив електромагнітного випромінювання у радіології. Існує також низка областей — фундаментальних і прикладних — таких, як астрофізика, фотохімія, біологія фотосинтезу і зорового сприйняття, ряд областей спектрального аналізу, для яких електромагнітне випромінювання (найчастіше — певного діапазону) і його взаємодія з речовиною відіграють ключову роль. Всі ці області межують і навіть перетинаються з описаними вище розділами фізики.

Діапазони електромагнітного випромінювання[ред.ред. код]

Електромагнітне випромінювання прийнято поділяти за частотним діапазонам (див. таблицю). Між діапазонами немає чітких переходів, іноді вони перекриваються, а межі між ними є умовними. Так як швидкість поширення випромінювання (у вакуумі) є сталою, то частота його коливань жорстко пов'язана з довжиною хвилі у вакуумі.

Назва діапазону Довжини хвиль, λ Частота, ν Джерела випромінювання
Радіохвилі наддовгі понад 10 км до 30 кГц Атмосферні та магнітосферні явища. Радіозв'язок.
Довгі 10 км — 1 км 30 кГц — 300 кГц
Середні 1 км — 100 м 300 кГц — 3 МГц
Короткі 100 м — 10 м 3 МГц — 30 МГц
Ультракороткі 10 м — 1 мм 30 МГц — 300 ГГц[4]
Інфрачервоне випромінювання 1 мм — 780 нм 300 ГГц — 429 ТГц Вивчення молекул і атомів при теплових та електричних впливах.
Видиме випромінювання 780—380 нм 429 ТГц — 750 ТГц
Ультрафіолетові 380нм — 10нм 3×1014 Гц — 3×1016 Гц Випромінювання атомів під впливом прискорених електронів.
Рентгенівські 10 нм — 5 пм 3×1016Гц — 6×1019 Гц Атомні процеси при впливі прискорених заряджених частинок.
Гамма до 5 пм понад 6×1019 Гц Ядерні і космічні процеси, радіоактивний розпад.

Радіохвилі. Ультракороткі радіохвилі прийнято поділяти на метрові, дециметрові, сантиметрові, міліметрові й субміліметрові (мікрометрові). Хвилі довжиною λ < 1 м (ν > 300 МГц) прийнято також називати мікрохвилями або хвилями надвисоких частот (НВЧ).

Іонізуюче електромагнітне випромінювання. До цієї групи традиційно відносять рентгенівське і гамма-випромінювання, хоча, іонізувати атоми може ц ультрафіолетове випромінювання, і навіть видиме світло. Межі областей рентгенівського й гамма-випромінювання можуть бути визначеними лише досить умовно. Для загальної орієнтації можна прийняти, що енергія рентгенівських квантів лежить у межах 20 еВ — 0,1 МеВ, а енергія гамма-квантів — вище від 0,1 МеВ. У вузькому розуміння гамма-випромінювання здійснюється ядром, а рентгенівське — атомною електронною оболонкою при вибиванні електрона з низькорозташованих орбіт, хоча ця класифікація не є застосовна до жорсткого випромінювання, що генерується без участі атомів і ядер (наприклад, синхротронному чи гальмівному випромінюванні).

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. «Излучение» / Физическая энциклопедия. (рос.)
  2. «Електромагнітне випромінювання» / Енциклопедія сучасної України : у 30 т. / ред. кол. І. М. Дзюба [та ін.] ; Національна академія наук України, Наукове товариство імені Шевченка, Координаційне бюро енциклопедії сучасної України НАН України. — К., 2003­–2014. — ISBN 944-02-3354-X./\.
  3. Принцип максимальності швидкості світла теорії відносності при цьому не порушується, так як швидкість перенесення енергії та інформації — пов'язана з груповою, а не фазовою швидкістю — у будь-якому випадку не перевищує швидкості світла
  4. ГОСТ 24375-80 Радиосвязь Термины и определения.

Література[ред.ред. код]

  • Яворський Б. М. Довідник з фізики: для інженерів та студентів вищих навч. закладів / Б. М. Яворський, А. А. Детлаф, А. К. Лебедєв. — Т. : Навчальна книга-Богдан, 2005. — 1034 с. — ISBN 966-692-818-3.
  • Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк: Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
  • Физика. Большой энциклопедический словарь/Гл. ред. А. М. Прохоров. — 4-е изд. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. — С. 874—876. ISBN 5-85270-306-0

Посилання[ред.ред. код]


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.