Електромагнитни колебания: свойства и мащаб. От радио до рентген

Днес ще ви кажем какви са електромагнитните колебания, как са открити и защо са толкова важни в живота на хората.

Мрамор и светлина

Колкото и да е странно, историята на изследването на фотоните на светлината започва в древна Гърция. Любопитството на учени от отминали ери ги принуждава да задават въпроси:

1. Какво е въпросът?
2. Защо дървото се различава от камъка?
3. Как виждат живите същества?
4. Как се различава слънцето от луната?

Но инструментите на древния свят бяха много примитивни. Човек трябваше да разчита на собствените си чувства и да прави заключения само с помощта на абстрактни изводи. Един учен забелязал, че мраморните плочи, на които стъпват много крака, променят формата си с времето. Стъпките по всички обществени сгради, например храмове, форуми, стадиони, трябваше периодично да се променят. И така, всеки крак отнема част от камъка с него. Разбирането, че веществото се състои от малки частици, доведе до такава концепция като „електромагнитни колебания“.

Електричество и компас

През 1820 г. датският учен Oersted открил, че магнитът променя позицията на полюсите до проводника, включен в мрежата. Компас хора са използвали в продължение на векове, електричеството е скорошно откритие. Връзката между тях се превръща в сензация по онова време. Експериментите продължиха Фарадей. Този учен не само е доказал тясната връзка между магнитните и електрическите полета, но и установява: токът предизвиква и двете полета. Така се установи, че електромагнитните колебания се генерират от движещи се заряди.

Свойства на електромагнитните вълни

Дори по-късно, в началото на двадесети век, учените трябваше да признаят: електромагнитните кванти са вълни и частици едновременно. Като материални обекти те имат маса и предават инерция. Но фотоните са необичайни частици. Те нямат маса за почивка. Това означава, че фотоните съществуват изключително в движението през пространството. Веднага след като веществото ги абсорбира, те губят своята индивидуалност.

Подобно на вълните, електромагнитните вълни имат следните свойства:

• честота;
• дължина на вълната;
• амплитуда.

Най-често срещаният пример за фотони е светлината.

Светлина и цвят

Обикновено с думата "светлина" хората представляват потоци от слънчева светлина. В очите на човека те са лишени от цвят. Но дължината на вълната и периодът на електромагнитните колебания задават сянката. Защо тогава лампата или слънцето изглеждат бели? Този ефект се дължи на смесването на фотони от целия емисионен спектър на източника. Когато електромагнитната енергия се генерира от енергоспестяваща лампа, светлината на човек изглежда "топла" или "студена", но бяла. Всъщност смес от газове излъчва цял спектър от фотони с различни дължини на вълните.

Вълнова скала: от рентгенови лъчи до радио

В зависимост от това дължина на вълната Всички електромагнитни вълни са разделени на няколко области. Мащабът на електромагнитните вълни включва по ред на намаляващата дължина на вълната:

1. Радиовълни. Те ни дават звук от музика, новини и филми. Не става въпрос за интернет канали, а за традиционното радио и телевизия.
2. Terahertz (или микровълнова) радиация. Доскоро този диапазон не се отличаваше от радиовълните. Генератори на терагерцови вълни просто не съществуват. Но сега те съществуват и се възползват: скенерите на летищата и железопътните гари използват този конкретен диапазон. Такава радиация не е вредна за хората и тя отлично отличава железните предмети в торби и туристически пакети.
3. Инфрачервена (или термична) радиация. Всяка топлина се пренася от тези вълни. Кок, свещ, слънцето, хората са генератори. Някои пустинни животни имат инфрачервено зрение. По правило това са нощни хищници, способни да различават по-топлите тела на живите същества на фона на охладени камъни и пясък.
4. Видим спектър Всички цветове на дъгата, които човешкото око може да възприеме, принадлежат на тази област. По цялата скала видимият спектър заема много малка част. Не е ясно защо еволюционният механизъм ни е дал възможност да виждаме по този начин.
5. Ултравиолетови вълни. Човек получава тен поради тях. Те са полезни, защото са смъртоносни: ултравиолетовите ефекти ефективно убиват бактериите и микроорганизмите. Но липсата на ултравиолетови лъчи (например сред северните народи) може да причини сериозни здравословни проблеми.
6. Рентгенови вълни. Те се излъчват или чрез забавяне на много бързи електрони, или чрез "избиване" на електрон от вътрешната обвивка на голям атом. Полезно за изследване на структурата на материята.
7. Гама лъчи. Произвежда се чрез ядрена реакция.

Електромагнитните вълни извън ултравиолетовия обхват са вредни за хората. Въпреки това, съществува хипотеза, че без тях животът не би могъл да възникне.

Рамки и хоризонти

Не мислете, че тъй като има мащаб, всичко е ясно и разбираемо в него. Границите на диапазоните са замъглени. Например X-радиация тя се различава от гама лъчите само в източника на произход и честотите на спектрите се припокриват силно. Видимият спектър се нарича така, защото тези дължини на вълните могат да възприемат човешкото око. Но всички хора са различни. Някои виждат малко по-червено, други виждат лилаво. Видимият спектър е средната стойност. Както всички хора, тази концепция не е без грешки.

Окото има свойство на спектрална чувствителност. Максимумът лежи в зелената зона, а ръбовете на скалата се възприемат като по-лоши. Следователно ръбовете на дъгата изглеждат замъглени, размити. Капки вода по време на дъжд пречупват електромагнитното излъчване на всички дължини на вълните, които Слънцето излъчва. Но човек вижда само малък сегмент от този мащаб. Още повече, че научните знания са преодолели тези граници. Телескопи в земната орбита виждат инфрачервени, ултравиолетови, рентгенови и гама вълни, които излъчват далечни галактики, черни дупки и квазари.