Види променів фізики. Види радіоактивних випромінювань

Вам добре відомо, що основним джерелом тепла Землі є Сонце. Яким чином передається тепло від Сонця? Адже Земля перебуває від нього з відривом 15 10 7 км. Весь цей простір за межами нашої атмосфери містить дуже розріджену речовину.

Як відомо, у вакуумі перенесення енергії шляхом теплопровідності неможливе. Не може відбуватися і за рахунок конвекції. Отже, є ще один вид теплопередачі.

Вивчимо цей вид теплопередачі за допомогою досвіду.

З'єднаємо рідинний манометр за допомогою гумової трубки з теплоприймачем (рис. 12).

Якщо до темної поверхні теплоприймача піднести шматок металу, нагрітий до високої температури, рівень рідини в коліні манометра, з'єднаному з теплоприймачем, знизиться (рис. 12, а). Очевидно, повітря в теплоприймачі нагрілося і розширилося. Швидке нагрівання повітря в теплоприймачі можна пояснити лише передачею енергії від нагрітого тіла.

Мал. 12. Передача енергії шляхом випромінювання

Енергія у разі передавалася не теплопровідністю. Адже між нагрітим тілом та теплоприймачем знаходилося повітря – поганий провідник тепла. Конвекція тут також може спостерігатися, оскільки тепло-приймач перебуває поруч із нагрітим тілом, а чи не над ним. Отже, у разі передача енергії відбувається шляхомвипромінювання.

Передача енергії випромінюванням відрізняється з інших видів теплопередачі. Вона може здійснюватися у повному вакуумі.

Випромінюють енергію всі тіла: і сильно нагріті, і слабко, наприклад, тіло людини, піч, електрична лампочка та ін Але чим вище температура тіла, тим більше енергії передає воно шляхом випромінювання. У цьому енергія частково поглинається оточуючими тілами, а частково відбивається. При поглинанні енергії тіла нагріваються по-різному, залежно стану поверхні.

Якщо повернути теплоприймач до нагрітого металевого тіла, спочатку темної, а потім світлою стороною, то стовпчик рідини в коліні манометра, з'єднаному з теплоприймачем, в першому випадку (див. рис. 12 а) знизиться, а в другому (рис. 12 б) підвищиться. Це показує, що тіла з темною поверхнею краще поглинають енергію, ніж ті, що мають світлу поверхню.

У той же час тіла з темною поверхнею охолоджуються швидше шляхом випромінювання, ніж тіла зі світлою поверхнею. Наприклад, у світлому чайнику гаряча вода довше зберігає високу температуру, ніж темному.

Здатність тіл по-різному поглинати енергію випромінювання використовується практично. Так, поверхня повітряних метеозондів, крила літаків фарбують сріблястою фарбою, щоб вони не нагрівалися сонцем. Якщо ж, навпаки, необхідно використовувати сонячну енергію, наприклад, у приладах, встановлених на штучних супутникахЗемлі, ці частини приладів забарвлюють у темний колір.

Запитання

1. Як досвід показати передачу енергії випромінюванням?
2. Які тіла кращі, а які гірше поглинають енергію випромінювання?
3. Як враховує людина практично різну здатність тіл поглинати енергію випромінювання?

Вправа 5

1. Влітку повітря в будівлі нагрівається, отримуючи енергію у різний спосіб: через стіни, через відкрите вікно, в яке входить тепле повітря, через скло, що пропускає сонячну енергію. З яким видом теплопередачі ми маємо справу у кожному випадку?
2. Наведіть приклади, що свідчать, що тіла з темною поверхнею сильніше нагріваються випромінюванням, ніж зі світлою.
3. Чому можна стверджувати, що від Сонця до Землі енергія не може передаватися конвекцією та теплопровідністю? Яким чином вона передається?

Завдання

За допомогою вуличного термометра виміряйте температуру спочатку на сонячній стороні будинку, а потім на тіньовій. Поясніть, чому розрізняються показання термометра.

Це цікаво...

Термос. Часто буває необхідно зберегти їжу гарячою чи холодною. Щоб перешкодити тілу охолодитись або нагрітися, потрібно зменшити теплопередачу. У цьому прагнуть зробити те щоб енергія не передавалася жодним видом теплопередачі: теплопровідністю, конвекцією, випромінюванням. З цією метою використовують термос (рис. 13).

Мал. 13. Влаштування термоса

Він складається із скляної посудини 4 з подвійними стінками. Внутрішня поверхня стінок покрита блискучим металевим шаром, а з простору між стінками судини викачано повітря. Позбавлений повітря простір між стінками майже проводить тепло. Металевий шар, відбиваючи, перешкоджає передачі енергії випромінюванням. Щоб захистити скло від пошкоджень, термос поміщають у спеціальний металевий або пластмасовий футляр 3. Посудину закупорюється пробкою 2, а зверху нагвинчується ковпачок 1.

Теплопередача та рослинний світ . У природі та житті людини рослинний світ грає виключно важливу роль. Життя всього живого на Землі неможливе без води та повітря.

У шарах повітря, що прилягають до Землі, та ґрунті постійно відбувається зміна температури. Грунт нагрівається вдень, тому що поглинає енергію. Вночі, навпаки, вона охолоджується – віддає енергію. На теплообмін між ґрунтом та повітрям впливає наявність рослинності, а також погода. Ґрунт, покритий рослинністю, погано прогрівається випромінюванням. Сильне охолодження ґрунту спостерігається також у ясні, безхмарні ночі. Випромінювання від ґрунту вільно йде у простір. Провесною в такі ночі спостерігаються заморозки. Під час хмарності зменшується втрата енергії ґрунту шляхом випромінювання. Хмари є екраном.

Для підвищення температури ґрунту та запобігання посадкам від заморозків використовують теплиці. Скляні рами або виготовлені із плівки добре пропускають сонячне випромінювання (видиме). Вдень ґрунт нагрівається. Вночі невидиме випромінювання ґрунту скло або плівка пропускають гірше. Ґрунт не замерзає. Теплиці перешкоджають також руху теплого повітря нагору - конвекції.

Внаслідок цього температура в теплицях вища, ніж у навколишньому просторі.

Навігація за статтею:

Радіація та види радіоактивних випромінюваньсклад радіоактивного (іонізуючого) випромінювання та його основні характеристики Дія радіації на речовину.

Що таке радіація

Для початку дамо визначення, що таке радіація:

У процесі розпаду речовини або її синтезу відбувається викид елементів атома (протонів, нейтронів, електронів, фотонів), інакше можна сказати відбувається випромінюванняцих елементів. Подібне випромінювання називають - іонізуюче випромінюванняабо що частіше зустрічається радіоактивне випромінювання, або ще простіше радіація . До іонізуючих випромінювань відноситься також рентгенівське і гамма випромінювання.

Радіація - це процес випромінювання речовиною заряджених елементарних частинок, як електронів, протонів, нейтронів, атомів гелію або фотонів і мюонів. Від того, який елемент випромінюється залежить вид радіації.

Іонізація- Це процес утворення позитивно або негативно заряджених іонів або вільних електронів з нейтрально заряджених атомів або молекул.

Радіоактивне (іонізуюче) випромінюванняможна розділити на кілька типів, залежно від виду елементів, з якого воно складається. Різні видивипромінювання викликані різними мікрочастинками і тому мають різну енергетичну дію на речовину, різну здатність проникати крізь неї і як наслідок різною біологічною дією радіації.

Альфа, бета та нейтронне випромінювання- це випромінювання, що з різних частинок атомів.

Гамма та рентгенівське випромінювання- Це випромінювання енергії.

Альфа випромінювання

• випромінюються: два протони і два нейтрони
• проникаюча здатність: низька
• опромінення від джерела: до 10 см
• швидкість випромінювання: 20 000 км/с
• іонізація: 30 000 пар іонів на 1 см пробігу
• висока

Альфа (α) випромінювання виникає при розпаді нестабільних ізотопівелементів.

Альфа випромінювання- це випромінювання важких, позитивно заряджених альфа частинок, якими є ядра атомів гелію (два нейтрони і два протони). Альфа частки випромінюються при розпаді складніших ядер, наприклад, при розпаді атомів урану, радію, торію.

Альфа частки мають велику масу і випромінюються з відносно невисокою швидкістю в середньому 20 тис. км/с, що приблизно в 15 разів менше швидкості світла. Оскільки альфа частинки дуже важкі, то при контакті з речовиною, частинки стикаються з молекулами цієї речовини, починають з ними взаємодіяти, втрачаючи свою енергію і тому здатність даних часток, що проникає, не велика і їх здатний затримати навіть простий аркуш паперу.

Проте альфа частки несуть у собі велику енергію і за взаємодії з речовиною викликають його значну іонізацію. А в клітинах живого організму, крім іонізації, альфа-випромінювання руйнує тканини, що призводить до різних пошкоджень живих клітин.

З усіх видів радіаційного випромінювання, альфа випромінювання має найменшу проникаючу здатність, але наслідки опромінення живих тканин даним видом радіації найбільш важкі та значні в порівнянні з іншими видами випромінювання.

Опромінення радіацією у вигляді альфа-випромінювання може статися при попаданні радіоактивних елементів усередину організму, наприклад, з повітрям, водою або їжею, а також через порізи або поранення. Потрапляючи в організм, дані радіоактивні елементи розносяться струмом крові організмом, накопичуються в тканинах і органах, надаючи на них потужний енергетичний вплив. Оскільки деякі види радіоактивних ізотопів, що випромінюють альфа-радіацію, мають тривалий термін життя, то потрапляючи всередину організму, вони здатні викликати в клітинах серйозні зміни і призвести до переродження тканин та мутацій.

Радіоактивні ізотопи фактично не виводяться з організму самостійно, тому потрапляючи всередину організму, вони опромінюватимуть тканини зсередини протягом багатьох років, поки не призведуть до серйозних змін. Організм людини не здатний нейтралізувати, переробити, засвоїти або утилізувати більшість радіоактивних ізотопів, що потрапили всередину організму.

Нейтронне випромінювання

• випромінюються: нейтрони
• проникаюча здатність: висока
• опромінення від джерела: кілометри
• швидкість випромінювання: 40 000 км/с
• іонізація: від 3000 до 5000 пар іонів на 1 см пробігу
• біологічна дія радіації: висока

Нейтронне випромінювання- це техногенне випромінювання, що виникають у різних ядерних реакторахта при атомних вибухах. Також нейтронна радіація випромінюється зірками, у яких йдуть активні термоядерні реакції.

Не володіючи зарядом, нейтронне випромінювання зіштовхуючись з речовиною, слабко взаємодіє з елементами атомів на атомному рівні, тому має високу проникаючу здатність. Зупинити нейтронне випромінювання можна за допомогою матеріалів з високим вмістом водню, наприклад ємністю з водою. Також нейтронне випромінювання погано проникає через поліетилен.

Нейтронне випромінювання при проходженні через біологічні тканини, завдає клітинам серйозної шкоди, оскільки має значну масу і вищу швидкість ніж альфа випромінювання.

Бета випромінювання

• випромінюються: електрони чи позитрони
• проникаюча здатність: середня
• опромінення від джерела: до 20 м
• швидкість випромінювання: 300 000 км/с
• іонізація: від 40 до 150 пар іонів на 1 см пробігу
• біологічна дія радіації: середня

Бета (β) випромінюваннявиникає при перетворенні одного елемента на інший, при цьому процеси відбуваються в самому ядрі атома речовини зі зміною властивостей протонів і нейтронів.

При бета-випромінюванні відбувається перетворення нейтрона в протон або протона в нейтрон, при цьому перетворенні відбувається випромінювання електрона або позитрона (античастка електрона), залежно від виду перетворення. Швидкість випромінюваних елементів наближається до швидкості світла і дорівнює 300 000 км/с. Елементи, що випромінюються при цьому, називаються бета частинки.

Маючи спочатку високу швидкість випромінювання і малі розміри випромінюваних елементів, бета випромінювання має більш високу проникаючу здатність ніж альфа випромінювання, але має в сотні разів меншу здатність іонізувати речовину в порівнянні з альфа випромінюванням.

Бета радіація з легкістю проникає крізь одяг і частково крізь живі тканини, але при проходженні через щільніші структури речовини, наприклад, через метал, починає з ним інтенсивніше взаємодіяти і втрачає більшу частину своєї енергії передаючи її елементам речовини. Металевий лист в кілька міліметрів може повністю зупинити випромінювання бета.

Якщо альфа-радіація становить небезпеку тільки при безпосередньому контакті з радіоактивним ізотопом, то бета-випромінювання залежно від його інтенсивності, вже може завдати істотної шкоди живому організму на відстані кілька десятків метрів від джерела радіації.

Якщо радіоактивний ізотоп, що випромінює бета-випромінювання, потрапляє всередину живого організму, він накопичується в тканинах і органах, надаючи на них енергетичний вплив, призводячи до змін у структурі тканин і з часом спричиняючи суттєві ушкодження.

Деякі радіоактивні ізотопи з бета-випромінюванням мають довготривалий періодрозпаду, тобто потрапляючи в організм, вони опромінюватимуть його роками, поки не призведуть до переродження тканин і як наслідок до раку.

Гамма випромінювання

• випромінюються: енергія у вигляді фотонів
• проникаюча здатність: висока
• опромінення від джерела: до сотень метрів
• швидкість випромінювання: 300 000 км/с
• іонізація:
• біологічна дія радіації: низька

Гамма (γ) випромінювання- це енергетичне електромагнітне випромінювання як фотонів.

Гама радіація супроводжує процес розпаду атомів речовини і проявляється у вигляді випромінюваної електромагнітної енергії у вигляді фотонів, що вивільняються при зміні енергетичного стануядра атома. Гамма промені випромінюються ядром зі швидкістю світла.

Коли відбувається радіоактивний розпад атома, з одних речовин утворюються інші. Атом новостворених речовин перебувають у енергетично нестабільному (збудженому) стані. Впливають один на одного, нейтрони і протони в ядрі приходять до стану, коли сили взаємодії врівноважуються, а надлишки енергії викидаються атомом у вигляді гама випромінювання

Гамма випромінювання має високу проникаючу здатність і легко проникає крізь одяг, живі тканини, трохи складніше через щільні структури речовини типу металу. Щоб зупинити гамма випромінювання, знадобиться значна товщина сталі або бетону. Але при цьому гамма випромінювання в сто разів слабше впливає на речовину, ніж бета-випромінювання і десятки тисяч разів слабше, ніж альфа-випромінювання.

Основна небезпека гама випромінювання - це його здатність долати значні відстані та впливати на живі організми за кілька сотень метрів від джерела гама випромінювання.

Рентгенівське випромінювання

• випромінюються: енергія у вигляді фотонів
• проникаюча здатність: висока
• опромінення від джерела: до сотень метрів
• швидкість випромінювання: 300 000 км/с
• іонізація: від 3 до 5 пар іонів на 1 см пробігу
• біологічна дія радіації: низька

Рентгенівське випромінювання- це енергетичне електромагнітне випромінювання як фотонів, що виникають під час переходу електрона всередині атома з однієї орбіти в іншу.

Рентгенівське випромінювання подібне до дії з гамма випромінюванням, але має меншу проникаючу здатність, тому що має більшу довжину хвилі.

Розглянувши різні види радіоактивного випромінювання, видно, що поняття радіація включає в себе зовсім різні види випромінювання, які різний вплив на речовину і живі тканини, від прямої бомбардування елементарними частинками(альфа, бета та нейтронне випромінювання) до енергетичного впливу у вигляді гама та рентгенівського лікування.

Кожне із розглянутих випромінювань небезпечне!

Порівняльна таблиця з характеристиками різних видів радіації

Як видно з таблиці, залежно від виду радіації, випромінювання при одній і тій же інтенсивності, наприклад в 0.1 Рентген, буде мати різну руйнівну дію на клітини живого організму. Для врахування цієї відмінності був введений коефіцієнт k, що відображає ступінь впливу радіоактивного випромінювання на живі об'єкти.

Чим вищий "коефіцієнт k" тим небезпечніша дія певного виду радиції для тканин живого організму.

Відео:

Для тих, хто не знайомий з фізикою або тільки починає її вивчати, питання, що таке випромінювання є складним. Але з цим фізичним явищемми зустрічаємося практично щодня. Якщо сказати просто, то випромінювання - це процес поширення енергії у вигляді електромагнітних хвиль і частинок або, іншими словами, це енергетичні хвилі, що розповсюджуються довкола.

Джерело випромінювання та його види

Джерело електромагнітних хвиль може бути як штучне, так і природне. Наприклад, до штучного випромінювання відносять рентгенівські промені.

Відчути випромінювання можна, навіть не виходячи з дому: варто лише потримати руку над свічкою, що горить, і відразу ж ви відчуєте випромінювання тепла. Його можна назвати тепловим, але, крім нього, у фізиці є ще кілька видів випромінювань. Ось деякі з них:

• Ультрафіолетове – це випромінювання людина може відчувати на собі під час загоряння на сонці.
• Рентгенівське випромінювання має найкоротші хвилі, вони називаються рентгенівськими променями.
• Інфрачервоні промені може бачити навіть людина, приклад цього – звичайний дитячий лазер. Цей вид випромінювання утворюється при збігу мікрохвильових радіовипромінювань та видимого світла. Часто інфрачервоне випромінювання застосовується у фізіотерапії.
• Радіоактивне випромінювання утворюється під час розпаду радіоактивних хімічних елементів. Дізнатися докладніше про радіацію можна із статті.
• Оптичне випромінювання - це нічим іншим, як світлове випромінювання, світло у сенсі слова.
• Гамма-випромінювання – вид електромагнітного випромінювання з малою довжиною хвилі. Використовується, наприклад, променевої терапії.

Вчені вже давно знають, що деякі випромінювання згубно впливають на організм людини. Наскільки сильним буде цей вплив, залежить від тривалості та потужності випромінювання. Якщо піддавати себе довгий часвипромінювання, це може призвести до змін на клітинному рівні. Вся електронна техніка, яка нас оточує, чи то мобільний телефон, комп'ютер чи мікрохвильова піч – все це впливає на здоров'я. Тому потрібно стежити за тим, щоб не піддавати себе зайвому випромінюванню.

Людина постійно перебуває під впливом різноманітних зовнішніх чинників. Одні з них є видимими, наприклад, погодні умови, і рівень їх впливу можна контролювати. Інші ж не видно людському оку і звуться випромінювань. Кожен повинен знати види випромінювання, їх роль та сфери застосування.

Деякі види випромінювання може зустріти повсюдно. Яскравим прикладом є радіохвилі. Вони є коливання електромагнітної природи, які здатні розподілятися у просторі зі швидкістю світла. Такі хвилі несуть у собі енергію від генераторів.

Джерела радіохвиль можна розділити на дві групи.

1. Природні, до них відносяться блискавки та астрономічні одиниці.
2. Штучні, тобто створені людиною. Вони включають випромінювачі зі змінним струмом. Це можуть бути прилади радіозв'язку, мовлення, комп'ютери та навігаційні системи.

Шкіра людини здатна брати в облогу на своїй поверхні цей вид хвиль, тому є ряд негативних наслідків їх впливу на людину. Радіохвильове випромінювання здатне уповільнити діяльність мозкових структур, а також викликати мутації генетично.

Для осіб, у яких встановлений кардіостимулятор, така дія смертельно небезпечна. У цих приладів є чіткий максимально допустимий рівень випромінювання, підйом вище вносить дисбаланс в роботу системи стимулятора і веде до його поломки.

Всі впливи радіохвиль на організм були вивчені тільки на тваринах, прямого доказу їх негативного впливу на людину немає, але способи захисту вчені все ж таки шукають. Як таких ефективних способівпоки немає. Єдине, що можна порадити, то це триматися подалі від небезпечних приладів. Оскільки побутові прилади, включені в мережу, теж створюють навколо себе радіохвильове поле, просто необхідно відключати живлення пристроїв, якими людина не користується в даний момент.

Випромінювання інфрачервоного спектру

Усі види випромінювання тим чи іншим чином пов'язані між собою. Деякі їх видно людському оку. Інфрачервоне випромінювання примикає до частини спектру, яку око людини може вловити. Воно не тільки освітлює поверхню, а й здатне її нагрівати.

Основним природним джерелом ІЧ-променів є сонце.Людиною створені штучні випромінювачі, за допомогою яких досягається необхідний тепловий ефект.

Тепер потрібно розібратися, наскільки корисним чи шкідливим є такий вид випромінювання для людини. Практично все довгохвильове випромінювання інфрачервоного спектра поглинається верхніми шарами шкіри, тому не тільки безпечно, але й здатне підвищити імунітет та посилити відновлювальні процеси у тканинах.

Що стосується коротких хвиль, то вони можуть глибоко йти в тканини і викликати перегрів органів. Так званий тепловий удар є наслідком дії коротких інфрачервоних хвиль. Симптоми цієї патології відомі майже всім:

• поява кружляння в голові;
• почуття нудоти;
• зростання пульсу;
• порушення зору, що характеризуються потемнінням в очах.

Як уберегти себе від небезпечного впливу? Потрібно дотримуватися техніки безпеки, користуючись теплозахисним одягом і екранами. Застосування короткохвильових обігрівачів має бути чітко дозовано, нагрівальний елемент повинен бути прикритий теплоізолюючим матеріалом, за допомогою якого досягається випромінювання м'яких. довгих хвиль.

Якщо замислитись, всі види випромінювання здатні проникати в тканини. Але саме рентгенівське випромінювання дало можливість використовувати цю властивість на практиці в медицині.

Якщо порівняти промені рентгенівського походження з променями світла, перші мають дуже велику довжину, що дозволяє їм проникати навіть через непрозорі матеріали. Такі промені не здатні відбиватися та заломлюватись. Даний вид спектру має м'яку та жорстку складову. М'яка складається з довгих хвиль, здатних повністю поглинатися тканинами людини.Таким чином, постійна дія довгих хвиль призводить до пошкодження клітин та мутації ДНК.

Є низка структур, які здатні пропустити через себе рентгенівські промені. До них відноситься, наприклад, кісткова тканина та метали. Виходячи з цього і виробляються знімки кісток людини з метою діагностики їхньої цілісності.

В даний час створені прилади, що дозволяють не тільки робити фіксований знімок, наприклад, кінцівки, а й спостерігати за змінами «онлайн», що відбуваються з нею. Ці пристрої допомагають лікарю виконати оперативне втручання на кістках під контролем зору, не виробляючи широких травматичних розрізів. За допомогою таких пристроїв можна досліджувати біомеханіку суглобів.

Що стосується негативного впливу рентгенівських променів, То тривалий контакт з ними може призвести до розвитку променевої хвороби, яка проявляється рядом ознак:

• порушення неврологічного характеру;
• дерматити;
• зниження імунітету;
• пригнічення нормального кровотворення;
• розвиток онкологічної патології;
• безпліддя.

Щоб захистити себе від страшних наслідків, при контакті з цим видом випромінювання потрібно використовувати щити, що екранують, і накладки з матеріалів, що не пропускають промені.

Цей вид променів люди звикли називати просто - світло. Цей вид випромінювання здатний поглинатися об'єктом впливу, частково проходячи через нього і відбиваючись частково. Такі властивості широко застосовуються в науці та техніці, особливо при виготовленні оптичних приладів.

Усі джерела оптичного випромінювання поділяються кілька груп.

1. Теплові, що мають суцільний спектр. Тепло в них виділяється за рахунок струму чи процесу горіння. Це можуть бути електричні та галогенні лампи розжарювання, а також піротехнічні вироби та електроосвітлювальні прилади.
2. Люмінесцентні гази, що містять потоки фотонів. Такими джерелами є енергозберігаючі прилади та катодолюмінесцентні пристрої. Що стосується радіо- та хемілюмінесцентних джерел, то в них потоки збуджуються за рахунок продуктів радіоактивного розпаду та хімічних реакційвідповідно.
3. Плазмові, чиї характеристики залежать від температури та тиску плазми, що утворюється в них. Це можуть бути газорозрядні, ртутні трубчасті та ксенонові лампи. Не винятком є ​​і спектральні джерела, і навіть прилади імпульсного характеру.

Оптичне випромінювання на організм людини діє в комплексі з ультрафіолетовим, що провокує вироблення меланіну в шкірі. Таким чином, позитивний ефект триває доти, доки не буде досягнуто граничного значення впливу, за межами якого знаходиться ризик опіків та шкірної онкопатології.

Найвідомішим і найширше застосовуваним випромінюванням, вплив якого можна зустріти повсюдно, є ультрафіолетове випромінювання. Дане випромінювання має два спектри, один із яких доходить до землі та бере участь у всіх процесах на землі. Другий затримується шаром озону та не проходить через нього. Шар озону знешкоджує цей спектр, виконуючи тим самим захисну роль.Руйнування озонового шару небезпечне проникненням шкідливих променів на поверхню землі.

Природне джерело цього виду випромінювання – Сонце. Штучних джерел придумано безліч:

• Еритемні лампи, що активізують вироблення вітаміну Д у шарах шкіри та допомагають лікуванню рахіту.
• Солярії, які дозволяють позасмагати, а й мають лікувальний ефект людей із патологіями, викликаними недоліком сонячного світла.
• Лазерні випромінювачі, що використовуються в біотехнологіях, медицині та електроніці.

Що стосується впливу на організм людини, то воно подвійне. З одного боку, нестача ультрафіолету може спричинити різні хвороби. Дозоване навантаження таким випромінюванням допомагає імунітету, роботі м'язів та легень, а також запобігає гіпоксії.

Усі види впливів поділяються на чотири групи:

• здатність вбивати бактерій;
• зняття запалення;
• відновлення ушкоджених тканин;
• зменшення болю.

До негативних впливів ультрафіолету можна віднести здатність провокувати рак шкіри при тривалому впливі. Меланома шкіри украй злоякісний вид пухлини. Такий діагноз майже на 100 відсотків означає майбутню смерть.

Що стосується органу зору, то надмірна дія променів ультрафіолетового спектру пошкоджує сітківку, рогівку та оболонки ока. Таким чином, використовувати цей вид випромінювання потрібно в міру.Якщо за певних обставин доводиться довго контактувати з джерелом ультрафіолетових променів, необхідно захистити очі окулярами, а шкіру спеціальними кремами або одягом.

Це так звані космічні промені, що несуть у собі ядра атомів радіоактивних речовин та елементів. Потік гамма-випромінювання має дуже велику енергію і здатний швидко проникати у клітини організму, іонізуючи їх вміст. Зруйновані клітинні елементи діють як отрути, розкладаючись та отруюючи весь організм. До процесу обов'язково залучається ядро ​​клітин, що веде до мутацій у геномі. Здорові клітини руйнуються, але в їх місці утворюються мутантні, не здатні повною мірою забезпечити організм усім необхідним.

Це випромінювання небезпечне тим, що людина його не відчуває. Наслідки впливу виявляються не відразу, а мають віддалену дію. Насамперед страждають клітини кровотворної системи, волосся, статевих органів та лімфоїдної системи.

Радіація дуже небезпечна розвитком променевої хвороби, але навіть такому спектру знайшли корисне застосування:

• за його допомогою стерилізують продукти, обладнання та інструменти медичного призначення;
• вимір глибини підземних свердловин;
• вимір довжини шляху космічних апаратів;
• вплив на рослини для виявлення продуктивних сортів;
• у медицині таке випромінювання застосовується щодо променевої терапії у лікуванні онкології.

На закінчення слід сказати, що це види променів з успіхом застосовуються людиною і є необхідними.Завдяки їм існують рослини, тварини та люди. Захист від надмірного впливу має бути пріоритетним правилом під час роботи.

§ 1. Теплове випромінювання

У процесі дослідження випромінювання нагрітих тіл було встановлено, що нагріте тіло випромінює електромагнітні хвилі (світло) в широкому діапазоні частот. Отже, теплове випромінювання – це випромінювання електромагнітних хвиль з допомогою внутрішньої енергії тіла.

Теплове випромінювання має місце за будь-якої температури. Однак за невисоких температур випромінюються практично лише довгі (інфрачервоні) електромагнітні хвилі.

Ведемо такі величини, що характеризують випромінювання та поглинання енергії тілами:

енергетична світністьR(T) - це енергія W, що випускається 1 м 2 поверхні тіла, що світиться за 1 с.

Вт/м2.

випускна здатність тіла r(λ, Т) (або спектральна щільність енергетичної світності)- Це енергія в одиничному інтервалі довжин хвиль, що випускається 1 м 2 поверхні тіла, що світиться за 1 с.

.
.

Тут
– це енергія випромінювання з довжинами хвиль від λ до
.

Зв'язок між інтегральною енергетичною світністю та спектральною щільністю енергетичної світності задається наступним співвідношенням:

.

.

Експериментально було встановлено, що відношення випромінювальної та поглинаючої здібностей не залежить від природи тіла. Це означає, що воно для всіх тіл однієї й тієї ж (універсальної) функцією довжини хвилі (частоти) і температури. Цей емпіричний закон відкритий Кірхгофом і має його ім'я.

Закон Кірхгофа: відношення випускальної та поглинальної здібностей не залежить від природи тіла, воно є для всіх тіл однією і тією ж (універсальною) функцією довжини хвилі (частоти) та температури:

.

Тіло, яке за будь-якої температури повністю поглинає все випромінювання, що падає на нього, називається абсолютно чорним тілом а.ч.т.

Поглинальна здатність абсолютно чорного тіла а а.ч.т. (λ, Т) дорівнює одиниці. Це означає, що універсальна функція Кірхгофа
тотожна випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла
. Таким чином, для вирішення задачі теплового випромінювання необхідно було встановити вид функції Кірхгофа або випромінювання абсолютно чорного тіла.

Аналізуючи експериментальні дані та застосовуючи методи термодинамікиавстрійські фізики Йозеф Стефан(1835 – 1893) та Людвіг Больцман(1844-1906) у 1879 році частково вирішили завдання випромінювання а.ч.т. Вони отримали формулу визначення енергетичної світності а.ч.т. – R чт (T). Відповідно до закону Стефана-Больцмана

,
.

У
1896 року німецькі фізики на чолі з Вільгельмом Вином створили суперсучасну на той час експериментальну установку для дослідження розподілу інтенсивності випромінювання по довжинах хвиль (частот) у спектрі теплового випромінювання абсолютно чорного тіла. Експерименти, виконані на цій установці: по-перше, підтвердили результат, отриманий австрійськими фізиками Й.Стефаном та Л.Больцманом; по-друге, було отримано графіки розподілу інтенсивності теплового випромінювання за довжинами хвиль. Вони були напрочуд схожі на отримані раніше Дж. Максвеллом криві розподілу молекул газу, що знаходиться в закритому обсязі, за величинами швидкостей.

Теоретичне пояснення отриманих графіків стало центральною проблемою кінця 90-х 19-го століття.

Англійські класичні фізики лорд Релей(1842-1919) та сер Джеймс Джинс(1877-1946) застосували до теплового випромінювання методи статистичної фізики(скористалися класичним законом про рівнорозподіл енергії за ступенями свободи). Релей і Джинс застосували метод статистичної фізики до хвиль подібно до того, як Максвелл застосував його до рівноважного ансамблю частинок, що хаотично рухаються в замкнутій порожнині. Вони припустили, що кожне електромагнітне коливання припадає у середньому енергія рівна kT ( на електричну енергію та на магнітну енергію). Виходячи з цих міркувань, вони отримали таку формулу для випускної здатності а.ч.т.

.

Е
та формула добре описувала перебіг експериментальної залежності при великих довжинах хвиль (на низьких частотах). Але для малих довжин хвиль (високих частот або в ультрафіолетовій області спектру) класична теорія Релея та Джинса передбачала нескінченне зростання інтенсивності випромінювання. Цей ефект отримав назву ультрафіолетової катастрофи.

Припустивши, що стоячої електромагнітної хвилі будь-якої частоти відповідає одна і та ж енергія, Релей і Джинс і при цьому знехтували тим, що при підвищенні температури внесок у випромінювання дають все більші і більш високі частоти. Природно, що прийнята ними модель мала призвести до нескінченного зростання енергії випромінювання на високих частотах. Ультрафіолетова катастрофа стала серйозним феноменом класичної фізики.

З
наслідуючу спробу отримання формули залежності випускальної здатності а.ч.т. від довжин хвиль зробив Він. За допомогою методів класичної термодинаміки та електродинаміки Провинувдалося вивести співвідношення, графічне зображення якого задовільно збігалося з короткохвильовою (високочастотною) частиною отриманих в експерименті даних, але абсолютно розходилося з результатами дослідів для великих довжин хвиль (низьких частот).

.

З цієї формули було отримано співвідношення, що зв'язує ту довжину хвилі
, якій відповідає максимум інтенсивності випромінювання, та абсолютну температуру тіла Т (закон усунення Вина):

,
.

Це відповідало отриманим Вином експериментальним результатам, з яких випливало, що зі зростанням температури максимум інтенсивності випромінювання зміщується у бік більш коротких хвиль.

Але формули, що описує всю криву, був.

Тоді за вирішення проблеми взявся Макс Планк (1858-1947), який у цей час працював у департаменті фізики в Берлінському інституті Кайзера Вільгельма. Планк був дуже консервативним членом Прусської Академії, повністю поглиненим методами класичної фізики. Він був пристрасно захоплений термодинамікою. Практично, починаючи з моменту захисту дисертації в 1879 році, і майже до кінця століття цілих двадцять років поспіль Планк займався вивченням проблем, пов'язаних із законами термодинаміки. Планк розумів, що класична електродинаміка неспроможна дати відповіді питання, як розподілена енергія рівноважного випромінювання по довжинах хвиль (частотам). Виникла проблема ставилася до сфери термодинаміки. Планк досліджував незворотний процес встановлення рівноваги між речовиною та випромінюванням (світлом). Щоб досягти узгодження теорії з досвідом, Планк відступив від класичної теорії лише одному пункті: він прийняв гіпотезу у тому, що випромінювання світла відбувається порціями (квантами). Прийнята Планком гіпотеза дозволила отримати для теплового випромінювання такий розподіл енергії за спектром, який відповідав експерименту.

.

14 грудня 1900 року Планк представив свої результати Берлінському фізичному суспільству. Так народилася квантова фізика.

Квант енергії випромінювання, введений Планком у фізику, виявився пропорційним частоті випромінювання (і назад пропорційний довжині хвилі):

.

- Універсальна постійна, звана тепер постійною Планка. Вона дорівнює:
.

Світло є складним матеріальним об'єктом, який має як хвильовими, так і корпускулярними властивостями.

Хвильові параметри- довжина хвилі , частота світла і хвильове число .

Корпускулярні характеристики- Енергія та імпульс .

Хвильові параметри світла пов'язані з його корпускулярними характеристиками за допомогою постійної планки.

.

Тут
і
- хвильове число.

Постійною планкою належить фундаментальна роль у фізиці. Ця розмірна константа дозволяє кількісно оцінити, наскільки під час опису кожної конкретної фізичної системи суттєві квантові ефекти.

Коли за умовами фізичного завданняПостійну Планку можна вважати дуже малою величиною, досить класичного (не квантового) опису.