Номер 6, страница 179 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

6. Какие виды электромагнитных излучений различают? Какими общими свойствами они обладают? В чем их различие?

Какие виды электромагнитных излучений различают?

Электромагнитные излучения образуют непрерывный спектр, который условно разделяют на несколько диапазонов в зависимости от длины волны и частоты. В порядке возрастания частоты (и уменьшения длины волны) различают следующие основные виды излучений:

1. Радиоволны. Имеют самую большую длину волны (от долей миллиметра до тысяч километров). Источниками являются колеблющиеся электрические заряды в антеннах. Применяются в радиосвязи, телевидении, радиолокации.

2. Микроволновое (СВЧ) излучение. Длина волны от 1 мм до 1 м. Используется в микроволновых печах, мобильной связи, Wi-Fi, радиолокации.

3. Инфракрасное (тепловое) излучение. Длина волны от 740 нм до 1-2 мм. Излучается любыми нагретыми телами, включая живые организмы. Используется в пультах дистанционного управления, приборах ночного видения, для обогрева.

4. Видимый свет. Узкий диапазон волн (примерно от 380 до 740 нм), воспринимаемый человеческим глазом. Включает в себя все цвета радуги от фиолетового до красного. Источниками являются Солнце, лампы накаливания, светодиоды.

5. Ультрафиолетовое излучение. Длина волны от 10 до 380 нм. Основной источник — Солнце. В малых дозах вызывает загар, в больших — вредно для кожи и глаз. Используется для дезинфекции и в соляриях.

6. Рентгеновское излучение. Длина волны от 0.01 до 10 нм. Возникает при торможении быстрых электронов или при переходах электронов на внутренних оболочках атомов. Обладает высокой проникающей способностью, применяется в медицине (флюорография) и для контроля материалов.

7. Гамма-излучение. Самое коротковолновое (менее 0.01 нм) и высокочастотное излучение. Возникает в результате ядерных реакций, радиоактивного распада и космических процессов. Обладает наибольшей проникающей способностью и является ионизирующим. Применяется в лучевой терапии для лечения раковых заболеваний, в дефектоскопии.

Ответ: Различают радиоволны, микроволновое, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения, которые вместе составляют спектр электромагнитных волн.

Какими общими свойствами они обладают?

Все виды электромагнитных излучений имеют единую природу и обладают рядом общих свойств:

1. Природа волны: Все они представляют собой поперечные электромагнитные волны, то есть колебания векторов напряженности электрического поля ($\text{E}$) и индукции магнитного поля ($\text{B}$) происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны.

2. Скорость распространения: В вакууме все электромагнитные волны распространяются с одинаковой скоростью — скоростью света, $c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с.

3. Распространение в вакууме: В отличие от звуковых волн, им не требуется среда для распространения, они могут проходить через вакуум.

4. Волновые свойства: Все виды излучений проявляют волновые свойства, такие как отражение, преломление, интерференция, дифракция и поляризация.

5. Корпускулярно-волновой дуализм: Они обладают двойственной природой, проявляя себя и как волны, и как поток частиц — квантов или фотонов. Энергия каждого фотона пропорциональна частоте излучения: $E = h\nu$, где $\text{h}$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота.

6. Перенос энергии и импульса: Любое электромагнитное излучение переносит энергию и импульс, а при поглощении оказывает давление на тела (давление света).

Ответ: Все виды электромагнитных излучений являются поперечными волнами, распространяются в вакууме со скоростью света, обладают корпускулярно-волновым дуализмом, проявляют волновые свойства (отражение, преломление, дифракция, интерференция, поляризация) и переносят энергию и импульс.

В чем их различие?

Несмотря на общую природу, виды электромагнитных излучений существенно различаются. Основное фундаментальное различие между ними заключается в их частоте ($\nu$) и, соответственно, длине волны ($\lambda$), которые связаны соотношением $c = \lambda \nu$. Это основное различие порождает все остальные:

1. Энергия фотонов: Из-за разной частоты фотоны разных видов излучения имеют разную энергию ($E = h\nu$). Например, энергия гамма-кванта в миллионы раз превышает энергию фотона видимого света, а та, в свою очередь, значительно больше энергии фотона радиоволн. С ростом частоты энергия фотонов возрастает.

2. Способы получения (источники): Разные диапазоны спектра генерируются разными физическими процессами. Радиоволны — колебаниями электронов в проводниках (антеннах), видимый свет — переходами электронов на внешних оболочках атомов, рентгеновское излучение — переходами на внутренних оболочках или торможением заряженных частиц, а гамма-излучение — процессами внутри атомных ядер.

3. Взаимодействие с веществом: Из-за различий в энергии фотонов излучения по-разному взаимодействуют с веществом.
• Низкочастотные излучения (радиоволны) в основном отражаются от проводников и поглощаются диэлектриками.
• Видимый свет взаимодействует с электронными оболочками атомов, вызывая их возбуждение, что лежит в основе зрения и фотосинтеза.
• Высокочастотные излучения (рентгеновское и гамма) обладают высокой проникающей способностью и ионизирующим действием, то есть могут выбивать электроны из атомов и молекул, что делает их опасными для живых организмов.

4. Методы регистрации: Для каждого диапазона используются свои специфические детекторы: антенны для радиоволн, фотоэлементы и глаз для видимого света, сцинтилляционные счетчики и камеры Вильсона для гамма-лучей.

Ответ: Основное различие между видами электромагнитных излучений заключается в их частоте и длине волны. Это приводит к различиям в энергии фотонов, способах их генерации, характере взаимодействия с веществом (проникающей и ионизирующей способности) и методах регистрации.