Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Elektromagnetické vlny a záření Elektromagnetické záření (Učebnice strana 86 – 95) Mnoho přírodních jevů a technických vymožeností souvisí s vlastnostmi.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Elektromagnetické vlny a záření Elektromagnetické záření (Učebnice strana 86 – 95) Mnoho přírodních jevů a technických vymožeností souvisí s vlastnostmi."— Transkript prezentace:

1 Elektromagnetické vlny a záření Elektromagnetické záření (Učebnice strana 86 – 95) Mnoho přírodních jevů a technických vymožeností souvisí s vlastnostmi elektromagnetického záření. Zapneme rozhlasový nebo televizní přijímač a vyladíme nějakou stanici. Ohříváme si jídlo v mikrovlnné troubě. V létě se opalujeme. Podstoupíme lékařské vyšetření na rentgenu. Používáme mobilní telefon. Pozorujeme laserovou show. Využíváme laserové ukazovátko. Rozsvítíme žárovku – vlákno žárovky se zahřeje, změní barvu a svítí. Zapneme televizi dálkovým ovladačem a sledujeme televizní vysílání. Mnoho přírodních jevů a technických vymožeností souvisí s vlastnostmi elektromagnetického záření.

2 Nejdůležitějším druhem záření je pro nás světlo. Umožňuje nám vidění, poznávání a orientaci v okolním světě. Bez světla by nebyl možný život. Tyto vlny pak byly skutečně objeveny německým fyzikem Heinrichem Hertzem a staly se základem pro rozvoj radiotechniky, televize a celé bezdrátové techniky spojů. Dlouho však nebylo známo, co je vlastně podstatou světla. Teprve v 19. století James Clerk Maxwell dokázal, že světlo souvisí s elektřinou a magnetismem a že jsou to vlastně elektromagnetické vlny. Zároveň předpověděl, že kromě světla musí existovat i jiné, neviditelné, elektromagnetické vlny. S vlnami různého druhu se setkáváme na každém kroku (na moři, rybníku,...). Vlnu obyčejně znázorňujeme křivkou,která pravidelně stoupá a klesá a nazývá se sinusoida ( viz střídavý proud). Vlnová délka je vzdálenost mezi sousedními vrcholy vlny. Značí se řeckým písmenem lambda -. Vlnění může být mechanické (zvláštní druh pohybu, kdy částice kmitají kolem rovnovážných poloh a vzájemně si předávají energii, např. zvuk, vodní hladina, když do ní hodíme kámen) nebo elektromagnetické.

3 Mechanické vlnění vzniká v látkách všech skupenství a jeho příčinou je existence vazebných sil mezi částicemi (atomy, molekulami) prostředí, kterým se vlnění šíří, může vzniknout jen v pružném prostředí, kde je dostatečný počet částic na jednotku délky. Proto se zvuk šíří lépe ve vodě (kapalina) než ve vzduchu (plyn), a ještě lépe v oceli (pevná látka). Pro jednoduchost z tohoto prostředí vybereme řadu částic, které leží na jedné přímce. Jednotlivé částice jsou mechanické oscilátory navzájem spojené vazbou. Jestliže první kyvadlo vychýlíme a necháme jej volně kmitat, začnou postupně kmitat i ostatní kyvadla. Kmitání konstantní rychlostí v postupuje ve směru osy x. Vzniká postupné vlnění a rychlost v je rychlost šíření postupného vlnění. Je to vzdálenost, kterou vlnění urazí za 1 s. První kyvadlo vykonalo jeden kmit za dobu rovnou periodě kmitání T. Za tuto dobu se vlnění rozšířilo do vzdálenosti, kterou nazýváme vlnová délka. Vlnová délka je vzdálenost, kterou vlnění urazí za jednu periodu. Veličina f je frekvence kmitání kyvadel.

4 Postupné vlnění rozdělujeme podle způsobu šíření. Vlnění, kdy částice kmitají kolmo na směr šíření vlnění, se nazývá postupné vlnění příčné. Větší fyzikální význam má však vlnění, při němž částice pružného tělesa kmitají ve směru, kterým vlnění postupuje. Takové vlnění nazýváme postupné vlnění podélné. Vzniká v tělesech všech skupenství, tedy i v kapalinách a plynech. Postupným vlněním podélným se v pružných látkách šíří např. zvuk. Toto vlnění charakterizuje zhušťování a zřeďování kmitajících bodů okolo míst, v nichž jsou okamžité výchylky kmitajících bodů nulové. Zhuštění, popř. zředění postupuje opět rychlostí v ve směru osy x. Jednotlivá zhuštění nebo zředění jsou navzájem vzdálená o vlnovou délku. Je charakteristické pro pružná pevná tělesa ve tvaru tyčí, vláken; pro vodní hladinu … Příčné vlnění snadno vytvoříme na hadici, kterou volně položíme na podlahu a jeden její konec rozkmitáme.

5 Podmínkou vzniku mechanického vlnění je zdroj kmitání (kyvadlo, závaží na pružině, kmitající struna, blána, …) a pružné prostředí (musí mít dostatečný počet částic na jednotku délky, které kmity přenáší). Ve vakuu nejsou molekuly a atomy, proto se např. zvuk vakuem nešíří. Vlnu znázorňujeme křivkou, která pravidelně stoupá a klesá, nazývá se sinusoida (viz střídavý proud). výchylka vzdálenost 1 Vlnová délka je vzdálenost mezi sousedními vrcholy vlny, jednotkou je metr). Doba, za kterou se opakuje časový průběh výchylky, se nazývá perioda, značí se T, jednotkou je sekunda. Frekvence (kmitočet) f udává počet period za jednu sekundu. Souvisí s vlnovou délkou – čím je vlnová délka kratší, tím je vyšší její kmitočet. Pro rychlost vlnění v platí:

6 Zvuk je mechanické vlnění v látkovém prostředí, které je schopno vyvolat sluchový vjem. Zdroj zvuku rozkmitává molekuly prostředí ve svém nejbližším okolí. Tyto molekuly pak rozkmitávají další molekuly. Zvuk se šíří jako vlnění, které se projevuje se jako střídání míst, kde jsou molekuly zhuštěny a míst, kde jsou naopak zředěny. V místech „zhuštěnin“ molekul pak bude také vyšší tlak. Frekvence (kmitočet) – udává, kolikrát se za dobu jedné sekundy vystřídá v určitém místě zhuštěnina molekul se zředěninou. Je to tedy počet zhuštěnin nebo zředěnin v určitém místě za jednu sekundu. Značí se f. Jednotkou frekvence je hertz (Hz) Perioda je doba, která uběhne mezi dvěma zhuštěninami nebo dvěma zředěninami, značí se T. Jednotkou je sekunda (s). Mezi frekvencí a periodou platí: Vzdálenost mezi dvěma zhuštěninami nebo dvěma zředěninami je vlnová délka, značí se (řecké písmeno lambda), jednotkou je metr (m).

7 Podstatou mechanického vlnění je přenos kmitání látkovým prostředím. Šíření vln není spojeno s přenosem látky. Vlněním se však přenáší energie. Příkladem mechanického vlnění je vznik kruhových vln na vodní hladině, na kterou dopadl kámen. V místě dopadu kamene vznikl kmitavý rozruch, který se v podobě vln šíří všemi směry. Plovoucí předměty v určité vzdálenosti od místa dopadu se v okamžiku, kdy je dostihne vlna, rozkmitají. To znamená, že kmitavý rozruch se z jednoho místa přenesl na jiné místo a tam vzniklo kmitání. Plovoucí předměty však setrvávají na svém místě a nejsou vlněním unášeny. Vlna na vodě se projevuje tak, že částice na hladině vody střídavě stoupají a klesají a tento rozruch se šíří po hladině určitou rychlostí v. Platí: Vlna na povrchu vody, kam jsme hodili kámen, se brzy rozplyne. Aby vznikaly nové vlny, museli bychom povrch vody neustále rozkmitávat.

8 Elektromagnetickou vlnou nazýváme děj, při němž se prostorem šíří příčné vlnění elektrického a magnetického pole. Existenci těchto vln předpověděl v roce 1832 anglický fyzik Michael Faraday a skotský fyzik James Clerk Maxwell je v roce 1865 teoreticky dokázal pomocí svých slavných matematických rovnic - nyní známých jako Maxwellovy rovnice. Pole magnetické budí pole elektrické a naopak. Elektromagnetické záření má dvě navzájem neoddělitelné složky – elektrickou a magnetickou, které jsou navzájem kolmé a jejich kmity probíhají napříč ke směru, kterým se vlnění šíří. elektrická složka magnetická složka Jakýkoli elektrický náboj pohybující se s nenulovým zrychlením vyzařuje elektromagnetické vlnění. Když vodičem (nebo jiným objektem, např. anténou) prochází střídavý elektrický proud, vyzařuje elektromagnetické záření o frekvenci proudu. Na elektromagnetické záření se dá nahlížet jako na vlnu nebo proud částic. Jako vlnu je charakterizuje rychlost šíření rovná rychlosti světla ve vakuu, vlnová délka a frekvence.

9 V elektromagnetické vlně se navzájem propojují elektrické a magnetické pole, v čase se neustále pravidelně mění a šíří se rychlostí světla (rychlost světla ve vzduchoprázdnu c = km/s ). Frekvence (kmitočet) f udává počet kmitů (period) za 1 sekundu, jednotkou je 1 Hz (hertz). Vypočítá se Frekvence souvisí nepřímo úměrně s vlnovou délkou, čím kratší je vlnová délka, tím větší je frekvence. Zdrojem elektromagnetického vlnění je elektromagnetický oscilátor (kmity molekul, změny elektromagnetického pole uvnitř atomů), pro šíření elektromagnetického vlnění jsou nutné jen změny elektrického a magnetického pole, proto se může šířit i vakuem. Prvním využitím uměle vytvořených elektromagnetických vln byl přenos informace (bezdrátový telegraf).

10 Aby se z daného místa šířily stále nové a nové vlny, museli bychom je budit. A to tak, že necháme pravidelně kmitat částice s elektrickým nábojem. To znamená, že necháme vodičem protékat střídavé proudy o vysokém kmitočtu. Takový vodič bude vysílat elektromagnetické vlny a nazývá se anténa. V atomech a molekulách jsou přítomny elektricky nabité částice např. elektrony, které mohou pravidelně kmitat, chovat se jako malé antény a vysílat vlny o velmi krátkých vlnových délkách. Částicí elektromagnetického vlnění je foton. Elektromagnetické pole může ve vodiči indukovat napětí a naopak, toho se využívá v anténách. Elektromagnetické vlnění mohou pohlcovat molekuly, přijatá energie se bude přeměňovat na teplo. Toho se využívá v mikrovlnné troubě. Vlastním přenašečem elektrické energie je právě elektromagnetické pole jako takové. Nikoliv napětí ani proud, což jsou pouze vnější projevy tohoto pole. Elektromagnetické záření se šíří ve všech prostředích (zvuk pouze v látkovém prostředí), ve vakuu rychlostí světla c = km/s, v látkovém prostředí se šíří menší rychlostí. Pro frekvenci f elektromagnetického záření o vlnové délce platí vztah:

11 Elektromagnetické spektrum (někdy zvané Maxwellova duha) zahrnuje elektromagnetické záření všech možných vlnových délek. Elektromagnetické záření o vlnové délce (ve vakuu) má frekvenci f Elektromagnetické spektrum dělíme podle vlnové délky: gama záření rentgenové záření ultrafialové záření viditelné světlo infračervené záření mikrovlny rádiové vlny frekvence kHzMHzGHz ionizující zářeníneionizující záření vlnová délka <300 pm1 pm – 10 nm– 400 nm– 750 nm–0 3 mm–1 m –2 000 m mobil 300 GHz – 3 kHz

12 Je-li vlnová délka velká, elektromagnetické vlny snadno pronikají za překážky – např. rádiové vlny. rozhlasový vysílač Čím má elektromagnetická vlna menší délku (větší frekvenci), tím hůře proniká za překážky, za překážkou se vytváří stín. televizní vysílač

13 Atmosféra je propustná jen pro část elektromagnetického spektra, propouští rádiové záření a záření v oblasti viditelného světla, ostatní vlnové délky více či méně pohlcuje. Elektromagnetické vlny velmi malých délek (vysoké frekvence) se šíří jako paprsek a nazýváme je elektromagnetické záření. Za překážkou vzniká ostrý stín. světlomet pohlcení UVRTGIRrádiové vlnymikrovlny viditelné světlo

14 Faradayova klec je pojem známý již od 19. století. Její princip je založen na tom, že elektrický náboj je soustředěn pouze na povrchu vodiče, nikoli v jeho objemu. Tudíž uvnitř vodiče nepůsobí žádné elektromagnetické pole nebo elektrické pole. Pro lepší pochopení si představme izolovanou dutou kovovou krychli. Do této krychle vložme elektroskop a na vnější stranu krychle pak přiveďme elektrické napětí. Pohledem na elektroskop zjistíme, že uvnitř krychle nepůsobí žádné elektrostatické pole. Když za stejných podmínek necháme elektroskop vně krychle, bude na něj působit náboj v jakémkoliv směru i vzdálenosti. Faradayovy klece se využívá zejména tam, kde je třeba chránit zařízení či osoby před škodlivým elektromagnetickým polem, rádiovými vlnami apod. Pro tyto účely jsou stavěny specializované Faradayovy klece. Faradayovou klecí je do určité míry i automobil. Může proto posádku chránit například před účinky blesku (náboj a tedy i proud je veden karosérií, nikoliv těly posádky). Faradayovou klecí bývá také kovová skříň elektro-akustických přístrojů nebo stínění kabelů.

15 Rádiové vlny 2000 m – 1000 m – dlouhé 600 m – 150 m – střední 50 m - 15 m – krátké 15 m – 1 m – velmi krátké Jsou to vlny o velkých vlnových délkách, dobře postačí pro přenos zvuku. Používají se k přenosu informací a obrazu při rozhlasovém a televizním vysílání. Aby elektromagnetická vlna mohla přenášet informaci, musí být příslušným způsobem upravena – modulována. Musí kopírovat časový průběh kmitů hlasivek či zvuku hudebního nástroje. Takto modulovaná nosná vlna je vysílána anténou, postupuje k našemu přijímači, kde se z ní přenesený zvuk opět snímá a rozechvívá membránu reproduktoru. Čím je vyšší kmitočet vlny, tím více informací do ní můžeme vložit.

16 Příjem televizního obrazu Modulovaný svazek elektronů postupně dopadá na různá místa televizní obrazovky a rozsvěcuje je s různou intenzitou. U barevné televize se rozsvěcují body tří různých barev: červené, zelené a modré. Princip obrazovky: Svazek elektronů vyletujících z rozžhavené elektrody je magnetickým polem dvou párů cívek vychylován ve svislém a vodorovném směru tak, že postupuje podél jednoho řádku, pak se rychle vrátí na začátek dalšího, a tak postupně proběhne všech 625 řádků obrazovky.

17 Aby vznikl jeden obraz trvající zlomek sekundy, musí nosná vlna barevné televize přenést údaje o jasnosti kolem jednoho milionu bodů. Navíc je třeba zajistit současný přenos mnoha televizních stanic. Proto televize vysílá na VKV o vlnové délce asi jeden metr. Nevýhodu je, že krátké vlny pronikají nesnadno za překážku. Proto se staví síť retranslačních stanic na vyvýšených místech nebo se využívá satelitní televize. U satelitní televize je TV signál vysílán z družice, která obíhá v rovině rovníku stejnou rychlostí jako Země.

18 Mikrovlny (1 m – 0,3 mm ) Elektromagnetické vlny o délkách menších než jeden metr (dm,cm,mm..) se odrážejí od kovových předmětů a využívají se při radiolokaci, při sledování letadel, lodí... Výzkum mikrovln nejvíce pokročil za 2. světové války, kdy byly použity v zařízení zvaném radar (Radio Detecting and Ranging) – který umožnil odhalovat polohu lodí, letadel..

19 Radary dnes slouží spíše k navigaci, měřeni rychlosti aut a při předpovědi počasí.

20 Mikrovlny mohou přenášet obrovské množství informací a umožnily vybudovat celé sítě mobilních telefonů. Jde o vlny o kmitočtech kolem 900 MHz, tedy vlnové délce asi 30 cm. Nesou zakódovaná čísla jednotlivých přijímačů a umožňují současné použití obrovského množství telefonních přístrojů. Vedle mobilních telefonů byla vybudována i satelitní síť 28 družic, které se koordinovaně pohybují kolem Země ve výšce km a oběžnou dobou 1/2 dne, vysílají kódované signály na frekvencích 1227 MHz a 1575 MHz a umožňují pomocí malého přijímače určit jeho polohu na zemském povrchu. Systém má zkratku GPS- globální poziční systém a určuje polohu s přesností několika metrů.

21 Ještě kratší elektromagnetické vlny nabývají podoby záření, paprsků. Přitom se pohlcují v látkách, ohřívají je a mohou přenášet teplo. Mikrovlny o vlnové délce 12 cm slouží například k ohřívání pokrmů v mikrovlnných troubách a grilech. Výhodou je, že pronikají dovnitř potravin a prohřívají je rovnoměrně v celém objemu, nejen na povrchu. Základním prvkem mikrovlnné trouby je magnetron, zdroj mikrovlnného záření. Na některé látky (sklo, plasty) mikrovlny vůbec nepůsobí a prochází jimi. Z těchto materiálů je nádobí. Od kovových stěn trouby a kovové mřížky ve dvířkách se mikrovlny odráží podobně jako světlo. V některých látkách (např. voda) se mikrovlny pohlcují a jejich energie se mění na teplo. Mikrovlny se vedou vlnovodem do prostoru trouby a v něm se rozptýlí. Uvnitř mohou nastat tři případy:

22 Právě pohlcování mikrovln je podstatou vaření v mikrovlnce. Většina potravin obsahuje velké množství vody, která pohlcuje mikrovlnné záření a potravina se rychle zahřívá. Oproti klasickému vaření je zde jeden podstatný rozdíl. V tlakovém hrnci nebo v elektrické troubě se jídlo zahřívá postupně směrem od povrchu dovnitř. V mikrovlnné troubě se potravina prohřívá současně v celém svém objemu. Molekuly vody H 2 O tvoří dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku. Jejich zvláštností je nesymetrické rozmístění elektrických nábojů – záporný náboj je poblíž atomu kyslíku a kladný na straně vodíkových atomů. Říkáme, že molekuly vody jsou polární Působením silného elektromagnetického pole (jeho elektrické složky) se začnou molekuly „vrtět“ sem a tam v rytmu změn elektrického pole. Vlnění v mikrovlnné troubě má obrovskou frekvenci Hz (2,45 GHz) a sestejnou frekvencí se rozkmitají i molekuly vody. Přitom na sebe vzájemně naráží a jejich energie se třením mění na teplo.

23 Mikrovlny se dají použít nejen k vaření, ale i k vysušování vlhkých materiálů v průmyslu (textil, kůže, dřevo, chemikálie) a vlhkého zdiva ve stavebnictví. Hlavní podmínkou je, podobně jako při vaření v mikrovlnné troubě, aby vysušované materiály neobsahovaly kovové součásti. Ty by se působením mikrovln zahřály a mohly by poškodit vysušovaný předmět. Při sušením běžným zahříváním teplo zvolna postupuje z povrchu dovnitř a vlhkost naopak zevnitř na povrch. Mikrovlny působí současně v celém objemu a proto je uvolňování vlhkosti rychlejší. Na fotografii je sušicí mikrovlnná komora pro průmyslové použití. V roce 2002 postihly naši zemi velké záplavy, při nichž byly zaplaveny i archivy a knihovny. K sušení tak velkého množství knih a dokumentů se začaly používat i mikrovlny. Problém však nastal u knih, které měly například kovové sponky – ty by se běžným postupem rozžhavily a poškodily by papír. Řešení nalezli vědci z pražského Ústavu chemických procesů: vytvořili zvláštní filtry, které propustily ke knihám jen nezbytně nutné množství mikrovln. V jejich sušicí komoře byly mikrovlnami zachráněny tisíce knih. Mikrovlnami se může zahřát i živý organismus a tak se vysokou teplotou dají likvidovat plísně, dřevokazné houby, červotoče nebo desinfikovat. Tato metoda úspěšně slouží například restaurátorům a archivářům.

24 Infračervené záření (0,3 mm – 750 nm ) Zdrojem je každé těleso, které má teplotu vyšší než je absolutní nula Proniká mlhou a znečištěným ovzduším (vidění v mlze – infralokátory) Je vyzařováno rozžhavenými tělesy. Záření je pro nás neviditelné a vnímáme ho jako tepelné záření (sálání) tepelných zdrojů. Infračervené záření je i součástí slunečního záření. Někdy označováno jako IR (infrared) Tepelné účinky má pak zejména infračervené záření, které vydávají zahřátá tělesa - je to tepelné záření. Při pohlcováni infračerveného zářeni probíhá tepelná výměna a ozářené těleso se zahřívá – princip infrazářiče (topné těleso, které hřeje, ale nesviti!). Infračervené zářeni vyzařuji prakticky všechna tělesa – proto můžeme použit infračervený dalekohled nebo kameru pro pozorováni ve tmě či brýle na noční vidění.

25 Základní součástí každého takového zařízení je zesilovací trubice převádějící světelnou energii na energii elektrickou, tj. svazek elektronů, které jsou pak dále zesilovány a měněny na obraz viditelný lidským okem. V absolutní tmě je možné použít přísvit infračerveným paprskem, který je lidským okem neviditelný. Noční vidění funguje na principu zesilování stávajícího světla. K tomu aby se světlo dalo zesílit postačí měsíc nebo hvězdy.

26 Ovladač obsahuje generátor impulzů, které nesou zakódovaný pokyn k příslušné činnosti (např. změna hlasitosti, otevření zámku...). Úzký směrovaný paprsek infračerveného záření může být kódován a používá se např. v dálkových ovládačích. Impulzy jsou vysílány do prostoru polovodičovou diodou, která vyzařuje infračervené zářeni. Signál je přijímán čidlem zabudovaným v ovládaném spotřebiči. Snímky objektů v oblasti infračerveného záření slouží také k posuzování stavu tepelné izolace objektů. Infračervené záření se využívá pro přenos informací na krátkou vzdálenost.

27 Infračervenými zdroji jsou všechny vesmírné objekty (i ty velmi chladné): planety a jejich měsíce, planetky, komety, meziplanetární prach, Slunce, hvězdy, mezihvězdný prach, mlhoviny, naše Galaxie, jiné galaxie.

28 Viditelné světlo je omezeno vlnovými délkami = 7,6.10 –7 – 3,9.10 –7 m, tj. 760 nm – 390 nm. Světlo vyvolává v lidském oku světelný vjem. Pomocí světla získáváme informace o světě kolem nás. U světla rozeznáváme jeho intenzitu – jiná je v poledne a jiná při stmívání – a barvu – závisí na vlnových délkách obsažených ve světle. Světelné spektrum je část elektromagnetického spektra, ve kterém je zobrazena závislost barev světla na vlnových délkách: Bílé světlo je ze všech těchto barev složeno a dá se hranolem do barevného spektra rozložit. BarvaVlnová délkaFrekvence fialová380 až 430 nm790 až 700 THz modrá430 až 500 nm700 až 600 THz azurová500 až 520 nm600 až 580 THz zelená520 až 565 nm580 až 530 THz žlutá565 až 590 nm530 až 510 THz oranžová590 až 625 nm510 až 480 THz červená625 až 740 nm480 až 405 THz

29 Ultrafialové záření (UV) je vymezeno vlnovými délkami = 3,9.10 –7 – 10 –8 m, tj. 390 nm – 10 nm. Je to tedy elektromagnetické záření o vlnové délce kratší, než má světlo fialové barvy. Jeho nejkratší vlnové délky zasahují do oblasti rentgenového záření. Zdrojem jsou tělesa zahřátá na velmi vysokou teplotu: hvězdy (Slunce), elektrický oblouk (sváření), a dále rtuťové výbojky (horské slunce). Při dopadu na určité látky se mění na viditelné světlo (ochranné prvky bankovek). Vyvolává luminiscenci.

30 Způsobuje v menších dávkách zhnědnutí kůže a produkci vitamínu D, ve vyšších dávkách rakovinu kůže (fotony UV záření mohou poškodit DNA, což může způsobit jak odumření buňky, tak i její nekontrolovanou reprodukci – rakovinu); způsobuje zánět spojivek (proto je nutné chránit oči před účinky ultrafialového záření brýlemi se skly, popř. plastem a filtrem). UV záření působí jako desinfekce – ničí mikroorganismy (sterilizace).

31 UV zření je pohlcováno obyčejným sklem; křemenné sklo UV záření nepohlcuje (baňky výbojek). Jako přirozená ochrana proti UV záření slouží ozónová vrstva. Vrstva atmosféry s velkou koncentrací ozonu O 3 (ozónosféra) se nachází ve výšce 22 km až 25 km a zamezuje pronikání ultrafialového záření k zemskému povrchu. Tím umožňuje existenci života na Zemi. Některé plynné sloučeniny fluoru (tzv. freony), které unikají do ovzduší při určitých výrobních postupech nebo při používání sprejů, se s ozonem v atmosféře slučují. Tím se zmenšuje koncentrace ozonu v ozónosféře a snižuje se její schopnost pohlcovat ultrafialové záření. V atmosféře vznikají ozónové díry, jimiž v některých oblastech ultrafialové záření proniká ve větší míře až k povrchu Země. Podobný účinek na ozónosféru mají i oxidy dusíku obsažené v plynech, které se do ovzduší dostávají při činnosti spalovacích motorů dopravních prostředků.

32 Rentgenové záření objevil v roce 1895 Wilhelm Conrad Röntgen a nazval je paprsky X. Rentgenové záření má ještě kratší vlnovou délku než ultrafialové záření a zaujímá poměrně širokou oblast spektra (λ = – 10 –12 m, tj. 10 nm – 1 pm). Rentgenové záření vzniká ve speciálních elektronkách – rentgenových trubicích (rentgenkách). Při průchodu látkou se rentgenové záření pohlcuje a jeho energie se mění ve vnitřní energii látky. Pohlcování záření značně závisí na protonovém čísle Z chemického prvku v periodické soustavě. Prvky s vyšším číslem Z pohlcují rentgenové záření více. Tento poznatek se široce využívá v lékařství.

33 Rentgenové záření je pro lidský organizmus velmi nebezpečné. Proto musejí být při práci s rentgenovými diagnostickými přístroji dodržována velmi přísná bezpečnostní opatření (stínění materiály, kterými rentgenové záření nepronikne, např. olověnými plechy) a doba ozařování musí být co nejkratší. Toho se dosahuje hlavně tím, že se na minimum zkracuje doba ozáření při získávání rentgenového snímku nebo jeho počítačového záznamu.

34 RTG záření je pohlcováno v závislosti na tloušťce látky – tak je možno zjistit výskyt trhlin nebo vzduchových bublin v kovových odlitcích (defektoskopie). Rentgenové záření se uplatňuje i při práci restaurátorů uměleckých děl. Tam je použití rentgenu založeno na tom, že malíři jako barvy používali různé sloučeniny olova, které také různým způsobem rentgenové záření pohlcují. Pomocí rentgenových snímků tak lze nejen zjistit přemalování některých detailů obrazu, ale třeba i kopii nebo padělek výtvarného díla.

35 Rentgenová astronomie se zabývá studiem zdrojů rentgenového záření ve vesmíru, jejichž existence souvisí s různými stadii vývoje hvězd. Rentgenové záření vysílají např. zbytky po výbuchu supernov (neutronové hvězdy). Německý fysik Max von Laue (1879–1960) prokázal v roce 1912 interferenci rentgenového záření při jeho průchodu krystalem. Rentgenové záření bylo dvěma štěrbinami soustředěno do úzkého svazku, který procházel krystalem. Na fotografické desce umístěné za krystalem se po vyvolání objevil interferenční obrazec rentgenového záření, tzv. laueogram. V padesátých letech 20. století byl sestrojen rentgenový mikroskop.

36 Záření gama (  ) zčásti zasahuje vlnovou délkou do oblasti rentgenového záření ( < 3 ·10 –12 m, tj. < 300 pm) a na krátkovlnném konci elektromagnetické spektrum uzavírá. Na rozdíl od rentgenového záření, které vzniká při energetických přeměnách v elektronovém obalu atomu, jsou zdrojem záření gama radioaktivní přeměny v jádrech atomů. V magnetickém a elektrickém poli se neodchyluje – to je důkazem, že se jedná o druh elektromagnetického vlnění. Přichází k nám z kosmu, především od Slunce. Před nebezpečnými druhy záření ze Slunce (slunečním větrem) nás chrání magnetické pole Země.

37 Podobně jako rentgenové záření je pohlcováno podle struktury – používá se v defektoskopii (zjišťování vad v součástkách; záření je pronikavější než rentgenové záření, takže stačí menší dávky; pro získání tohoto záření stačí radioaktivní látka, proto je γ záření pro defektoskopii výhodnější než rentgenové záření). Záření prozáří materiál a odhalí v něm dutiny, vady, slabá místa, zobrazí části jinak neviditelné. Prozařováním se kontroluje kvalita svarů potrubí, kvalita strojních dílů, konstrukcí atd. Záření spolehlivě a včas odhalí netěsnosti a závady. Vysokoenergetická povaha záření gama z něj činí účinný prostředek hubení bakterií, čehož se využívá například při sterilizaci lékařských nástrojů. Záření proniká do hloubky materiálu, takže materiál může být s výhodou ozařován v balení, ve kterém je dodáván zákazníkům. V neporušeném obalu je sterilita zaručena dlouhodobě. Metoda je vhodná zejména pro výrobky z plastů a produkty určené k jednorázovému použití (např. injekční stříkačky).

38 Gama záření se využívá také ke sterilizaci potravin. Nedochází k patrnému zvýšení teploty ozařované potraviny a působí zejména na nukleové kyseliny v bakteriální buňce. Tento typ sterilace se však uplatňuje zejména u koření, ovoce a zeleniny. Všechny potraviny ošetřené ionizujícím zářením, nebo potraviny vyrobené z takto ošetřených surovin, musejí být označeny údajem „ionizováno” nebo „ošetřeno ionizací”. Potraviny takto ozářené nejsou samy radioaktivní, tedy ani jejich konzumenti nejsou ohroženi zářením. Ozářené potraviny jsou označeny, aby spotřebitel byl ujištěn o jejich nezávadnosti a mohl se rozhodnout, zda je chce koupit. Ozáření semen rostlin může vyvolat mutaci, v důsledku níž se změní důležité vlastnosti kulturních plodin, nebo vznikne nová odrůda s vyšším výnosem, vyšším obsahem výživných látek, odolnější proti chorobám a nepřízni počasí, proti polehnutí, s výhodnější dobou zralosti apod. Záření se ve šlechtitelství používá již více než 50 let.

39 Gama záření způsobuje genetické změny, nemoci z ozáření (po genetických změnách buněk může dojít k rakovinnému bujení). Přestože může samo způsobovat rakovinu, používá se při jejím léčení. Přístroj gama nůž využívá několika paprsků záření zaměřených na místo nádoru, aby zničil zhoubným bujením zasažené buňky.

40 Ultrafialové, rentgenové a gama – záření má významné využití v lékařství, ale může také poškozovat živé organismy a způsobovat rakovinu. Elektromagnetické vlny o vlnových délkách kratších, než má fialové světlo, představují neviditelné ultrafialové záření, při ještě kratších vlnových délkách záření rentgenové a záření gama. Elektromagnetické vlny o vlnových délkách delších, než má červené světlo, představují neviditelné infračervené záření, které má tepelné účinky. Při delších vlnových délkách dostaneme mikrovlny, krátké, střední a dlouhé rádiové vlny. Viditelné světlo je jen malou částí spektra elektromagnetických vln. Červené světlo má ze světelného záření nejdelší vlnové délky, fialové nejkratší. Světlo jsou elektromagnetické vlny o velmi krátkých vlnových délkách. Čím kratší je vlnová délka elektromagnetických vln, tím se tato vlna šíří přímočařeji, jako paprsek. Pak ji zpravidla nazýváme záření.

41 Elektromagnetické spektrum Vlnová délkaVlnyPoužití, výskyt Rádiové vlny ke komunikaci (ponorky, doly, navigace) časové signály radiové vysílání televizní vysílání m – mdlouhé vlny 600 m – 150 mstřední vlny 50 m – 15 mkrátké vlny 15 m – 1 mvelmi krátké vlny 1 m – 0,3 mmMikrovlny mobilní telefony WiFi, GPS k ohřevu, k sušení 0,3 mm – 750 nmInfračervené záření dalekohledy pro noční pozorování, termovize meteorologiie vojenská technika (tepelně naváděné řízené střely, přístroje pro noční létání) dálková ovládání

42 Vlnová délkaVlnyPoužití, výskyt 750 nm – 400 nm Světlo vidění červené oranžové žluté zelené modré fialové 400 nm – 10 nmUltrafialové záření opalování, solária ochranné prvky bankovek dezinfekce, sterilizace čištění vody laserová technologie 10 nm – 1 pmRentgenové záření lékařská diagnostika průmyslová diagnostika < 300 pmGama záření ozařování nádorů kosmické záření Otázky a úlohy k opakování – učebnice strana 95.


Stáhnout ppt "Elektromagnetické vlny a záření Elektromagnetické záření (Učebnice strana 86 – 95) Mnoho přírodních jevů a technických vymožeností souvisí s vlastnostmi."

Podobné prezentace


Reklamy Google