Номер 7, страница 258 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

7. Чем различаются виды электромагнитных излучений при их взаимодействии с веществом?

Виды электромагнитных излучений различаются при взаимодействии с веществом прежде всего энергией своих квантов (фотонов). Энергия фотона $E$ напрямую связана с частотой $\nu$ и обратно пропорциональна длине волны $\lambda$ излучения, что описывается формулой Планка: $E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$, где $h$ — постоянная Планка, а $c$ — скорость света. Чем больше энергия фотона, тем более глубокие и значительные изменения он может вызвать в веществе. Взаимодействие проявляется по-разному для различных диапазонов электромагнитного спектра.

Радиоволны

Обладают наименьшей энергией в спектре. Энергии фотонов радиоволн недостаточно для возбуждения даже внешних электронов в атомах или для колебания молекул. Их основное взаимодействие с веществом — возбуждение коллективных движений электронов в проводниках, что приводит к возникновению переменных токов. Этот принцип используется в антеннах для приема и передачи радиосигналов. Радиоволны хорошо отражаются от проводящих поверхностей и могут проходить сквозь диэлектрики.

Микроволновое излучение

Энергия микроволн достаточна для того, чтобы вызывать вращение полярных молекул (молекул, имеющих дипольный момент, например, воды). При поглощении микроволнового излучения молекулы начинают интенсивно вращаться, передавая энергию соседним молекулам через столкновения. Это приводит к увеличению внутренней энергии вещества, то есть к его нагреву. Этот эффект используется в микроволновых печах.

Инфракрасное (ИК) излучение

Фотоны ИК-излучения имеют энергию, способную вызывать не только вращательные, но и колебательные движения атомов внутри молекул. Поглощение ИК-излучения веществом усиливает эти колебания, что макроскопически проявляется как повышение температуры. Поэтому ИК-излучение часто называют тепловым.

Видимый свет

Энергия фотонов видимого света соответствует энергиям, необходимым для перехода внешних (валентных) электронов в атомах и молекулах на более высокие энергетические уровни (электронное возбуждение). Эти процессы лежат в основе зрения, фотосинтеза и фотографии. Цвет объекта определяется тем, какие длины волн видимого света он поглощает, а какие отражает или пропускает.

Ультрафиолетовое (УФ) излучение

Энергия фотонов УФ-излучения достаточно велика, чтобы не только возбуждать валентные электроны, но и выбивать их из атомов и молекул (процесс ионизации), а также разрывать химические связи. Это приводит к различным фотохимическим реакциям. Именно ионизирующее и разрушающее действие УФ-излучения обуславливает его сильное биологическое воздействие: от загара и синтеза витамина D до повреждения ДНК и рака кожи.

Рентгеновское и гамма-излучение

Это виды излучений с самой высокой энергией фотонов.
Рентгеновские лучи обладают энергией, достаточной для выбивания электронов с внутренних, близких к ядру, электронных оболочек атомов (фотоэлектрический эффект). Также для них характерно комптоновское рассеяние — упругое рассеяние фотона на свободном или слабо связанном электроне, при котором фотон теряет часть своей энергии. Из-за высокой энергии они обладают большой проникающей способностью.
Гамма-лучи имеют еще большую энергию. Они взаимодействуют с веществом так же, как и рентгеновские лучи (фотоэффект, комптоновское рассеяние), но при энергиях выше 1,022 МэВ становится возможным процесс рождения пар: в сильном поле атомного ядра гамма-квант может превратиться в пару частиц электрон-позитрон. Гамма-излучение обладает самой высокой проникающей способностью и является сильно ионизирующим, взаимодействуя не только с электронными оболочками, но и с атомными ядрами.

Ответ: Виды электромагнитных излучений различаются при взаимодействии с веществом характером этого взаимодействия, который определяется энергией фотонов. С ростом энергии (и частоты) излучения его воздействие на вещество становится все более глубоким и разрушительным: от возбуждения токов в проводниках (радиоволны) и вращения молекул (микроволны) до колебаний молекул (ИК-излучение), возбуждения валентных электронов (видимый свет), ионизации и разрыва химических связей (УФ-излучение), выбивания электронов с внутренних оболочек (рентген) и взаимодействия с атомными ядрами (гамма-излучение).