Жизнь без колебаний
Электромагнитные волны невозможно увидеть и почувствовать, у них нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, но они всегда здесь, рядом с Вами.
Электромагнитные волны образуются в результате взаимодействия электрических и магнитных полей. Это своеобразные колебания, которые возникают в результате этого процесса. Сама электромагнитная волна может быть совершенно разной по длине. Как раз в зависимости от неё и различают электромагнитные волны по разным видам: гамма-волны, рентгеновские, ультрафиолетовые, инфракрасные, радиоволны, низкочастотные. Кстати, видимый свет тоже создает электромагнитные волны особого типа, но в не зависимости от происхождения все электромагнитные волны оказывают влияние на самого человека. В некоторых случаях его можно ощутить незамедлительно, например, инфракрасные волны мгновенно могут нагреть Ваше тело и Вы сразу это почувствуете, яркий видимый свет вызовет неприятное ощущение у Ваших глаз, а сильное рентгеновское излучение может вызвать быстрое поражение живых тканей организма. А вот низкочастотные колебания и радиоволны ощутить невозможно, но это не значит, что они не наносят нам вреда.
Не будем преувеличивать, настаивая на том, что все электромагнитные волны вредны для человека. Есть и такие, которые приносят пользу. Их часто используют в медицине и порой довольно успешно. Но с развитием технического прогресса в наших квартирах, домах и офисах появилось большое количество электроприборов, которые провоцируют возникновения вредных электромагнитных волн. Это чайники, тостеры, печки, микроволновки, музыкальные центры, компьютеры, телефоны и так далее. Исключить все эти приборы и устройства из жизни невозможно. Они одновременно облегчают нам существование и портят здоровье.
Вредные электромагнитные волны влияют на иммунную систему, приводят к бессоннице, тахикардии, стрессу, к серьёзным нарушениям в работе щитовидной железы, паданию зрения. Важно отметить, что невидимые колебания провоцируют нарушения потоков ионов кальция. Это серьезная проблема, особенно если под угрозу попадают дети и подростки, так как именно кальций способствует адекватному формированию организма. Даже если сейчас воздействие электромагнитных волн не ощущается, то скором времени это обязательно произойдёт. Однако, выход есть. Экологическая экспертиза – современный и эффективный способ в борьбе за собственное здоровье в собственных домах, квартирах и офисах. Уровень воздействия электромагнитных волн и способы борьбы с их появлением помогут определить специалисты компании «ТестЭко» с помощью первоклассных специалистов и профессионального оборудования. Мы способны сделать так, чтобы из Вашей жизни исчезли колебания.
Обобщающий урок «Шкала электромагнитных излучений»
Оборудование : компьютер, проектор, презентация «Шкала электромагнитных излучений», диск « Физика. Библиотека наглядных пособий».
Ход урока:
1. Объяснение нового материала.
1. Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 1013 м (низкочастотные колебания) до 10 -10 м (g- лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее, именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.
2. Принято выделять низкочастотное излучение, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и g-излучение. Со всеми этими излучениями, кроме g-излучения, вы уже знакомы. Самое коротковолновое g-излучение испускают атомные ядра.
3. Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны, в конечном счете, по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.
4. Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.
5. Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь это относится к рентгеновскому и g-излучениям, сильно поглощаемом атмосферой.
6. По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.
7. Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно g-лучи) поглощаются слабо. Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны. Но главное различие между длинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц.
Обобщим знания о волнах и запишем все виде таблиц.
1. Низкочастотные колебания
| Низкочастотные колебания | |
| Длина волны(м) | 10 13 — 10 5 |
| Частота(Гц) | 3· 10 -3 — 3 ·10 3 |
| Энергия(ЭВ) | 1 – 1,24 ·10 -10 |
| Источник | Реостатный альтернатор, динамомашина, Вибратор Герца, Генераторы в электрических сетях (50 Гц) Машинные генераторы повышенной ( промышленной) частоты ( 200 Гц) Телефонные сети ( 5000Гц) Звуковые генераторы ( микрофоны, громкоговорители) |
| Приемник | Электрические приборы и двигатели |
| История открытия | Лодж ( 1893 г.), Тесла ( 1983 ) |
| Применение | Кино, радиовещание( микрофоны, громкоговорители) |
2. Радиоволны
| Радиоволны | |
| Длина волны(м) | 10 5 — 10 -3 |
| Частота(Гц) | 3 ·10 3 — 3 ·10 11 |
| Энергия(ЭВ) | 1,24 ·10-10 — 1,24 · 10 -2 |
| Источник | Колебательный контур Макроскопические вибраторы |
| Приемник | Искры в зазоре приемного вибратора Свечение газоразрядной трубки, когерера |
| История открытия | Феддерсен ( 1862 г.), Герц ( 1887 г.), Попов , Лебедев, Риги |
| Применение | Сверхдлинные— Радионавигация, радиотелеграфная связь, передача метеосводок Длинные – Радиотелеграфная и радиотелефонная связь, радиовещание, радионавигация Средние— Радиотелеграфия и радиотелефонная связь радиовещание, радионавигация Короткие— радиолюбительская связь УКВ— космическая радио связь ДМВ— телевидение, радиолокация, радиорелейная связь, сотовая телефонная связь СМВ- радиолокация, радиорелейная связь, астронавигация, спутниковое телевидение ММВ— радиолокация |
| Инфракрасное излучение | |
| Длина волны(м) | 2 ·10 -3 — 7,6· 10 -7 |
| Частота(Гц) | 3 ·10 11 — 3 ·10 14 |
| Энергия(ЭВ) | 1,24· 10 -2 – 1,65 |
| Источник | Любое нагретое тело: свеча, печь, батарея водяного отопления, электрическая лампа накаливания Человек излучает электромагнитные волны длиной 9 10 -6 м |
| Приемник | Термоэлементы, болометры, фотоэлементы, фоторезисторы, фотопленки |
| История открытия | Рубенс и Никольс ( 1896 г.), |
| Применение | В криминалистике, фотографирование земных объектов в тумане и темноте, бинокль и прицелы для стрельбы в темноте, прогревание тканей живого организма ( в медицине), сушка древесины и окрашенных кузовов автомобилей, сигнализация при охране помещений, инфракрасный телескоп, |
4. Видимое излучение
| Видимое излучение | |
| Длина волны(м) | 6,7· 10 -7 — 3,8 ·10 -7 |
| Частота(Гц) | 4· 10 14 — 8· 10 14 |
| Энергия(ЭВ) | 1,65 – 3,3 ЭВ |
| Источник | Солнце, лампа накаливания, огонь |
| Приемник | Глаз, фотопластинка, фотоэлементы, термоэлементы |
| История открытия | Меллони |
| Применение | Зрение Биологическая жизнь |
5. Ультрафиолетовое излучение
| Ультрафиолетовое излучение | |
| Длина волны(м) | 3,8 10 -7 — 3 ·10 -9 |
| Частота(Гц) | 8 ·10 14 — 10 17 |
| Энергия(ЭВ) | 3,3 – 247,5 ЭВ |
| Источник | Входят в состав солнечного света Газоразрядные лампы с трубкой из кварца Излучаются всеми твердыми телами , у которых температура больше 1000 ° С, светящиеся ( кроме ртути) |
| Приемник | Фотоэлементы, Фотоумножители, Люминесцентные вещества |
| История открытия | Иоганн Риттер, Лаймен |
| Применение | Промышленная электроника и автоматика, Люминисценнтные лампы, Текстильное производство Стерилизация воздуха |
6. Рентгеновское излучение
| Рентгеновское излучение | |
| Длина волны(м) | 10 -9 — 3 ·10 -12 |
| Частота(Гц) | 3 ·10 17 — 3 ·10 20 |
| Энергия(ЭВ) | 247,5 – 1,24 ·105 ЭВ |
| Источник | Электронная рентгеновская трубка ( напряжение на аноде – до 100 кВ. давление в баллоне – 10 -3 – 10 -5 н/м 2 , катод – накаливаемая нить . Материал анодов W,Mo, Cu, Bi, Co, Tl и др. Η = 1-3%, излучение – кванты большой энергии) Солнечная корона |
| Приемник | Фотопленка, Свечение некоторых кристаллов |
| История открытия | В. Рентген , Милликен |
| Применение | Диагностика и лечение заболеваний ( в медицине), Дефектоскопия ( контроль внутренних структур, сварных швов) |
7. Гамма — излучение
| Гамма — излучение | |
| Длина волны(м) | 3,8 ·10 -11 — меньше |
| Частота(Гц) | 8· 10 14 — больше |
| Энергия(ЭВ) | 9,03 ·10 3 – 1, 24 ·10 16 ЭВ |
| Источник | Радиоактивные атомные ядра, ядерные реакции, процессы превращения вещества в излучение |
| Приемник | счетчики |
| История открытия | |
| Применение | Дефектоскопия; Контроль технологических процессов; Терапия и диагностика в медицине |
Вывод
Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. Квантовые и волновые свойства в этом случае не исключают, а дополняют друг друга. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко — при больших. И наоборот, квантовые свойства ярче проявляются при больших частотах и менее ярко — при малых. Чем меньше длина волны, тем ярче проявляются квантовые свойства, а чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства. Все это служит подтверждением закона диалектики (переход количественных изменений в качественные ).
- « Физика- 11» Мякишев
- Диск «Уроки физики Кирилла и Мефодия. 11 класс»( ))) «Кирилл и Мефодий, 2006)
- Диск « Физика. Библиотека наглядных пособий. 7-11 классы»( ( 1С: «Дрофа» и «Формоза» 2004)
- Ресурсы Интернета
Как излучаются низкочастотные электромагнитные колебания
Составной частью процессов в околоземном космическом пространстве является возбуждение электромагнитных излучений в результате их взаимодействия с частицами плазмы. Хотя энергия волн значительно ниже энергии среды, однако их роль в динамике ионосферно-магнитосферных процессов трудно переоценить. Эффективное взаимодействие волн с частицами, имеющее, как правило, резонансный характер,приводит к изменению у частиц моментов движения и энергетических характеристик. Во многих случаях волны служат агентом передачи импульса и энергии между различными сортами частиц магнитосферной плазмы. Масштабы и характер взаимодействия волн с плазмой зависят от типа волн и их частоты. Лаборатория РИМ проводит исследования низкочастотных излучений, занимающих промежуточное положение между магнитогидродинамическими волнами и высокочастотными плазменными колебаниями. Большое разнообразие низкочастотных волн породило и различные их классификации [1-4]. Излучения различают по типу (электромагнитные и плазменные), по форме динамического спектра, по характеру звучания в звуковоспроизводящих устройствах, по месту регистрации (структуры магнитосферы и широты — на поверхности Земли) и т. п. По частоте естественное низкочастотное радиоизлучение принято делить на несколько поддиапазонов. В соответствии с рекомендациями международного радиофизического комитета (МККР) введено три поддиапазона : ULF, ELF, VLF. Но в российской транскрипции в исследованиях, связанных с возбуждением низкочастотных излучений в геофизических процессах в ионосфере и магнитосфере, под КНЧ-излучениями (ULF) обычно понимают излучения в диапазоне 0,3 — 3,0 кГц. Это деление в представлено в Табл.:
В ИКФИА основные наблюдения проводятся в поддиапазонах КНЧ и ОНЧ. Следует также отметить, что термин «ОНЧ-излучения» часто используется как обобщающий для всего диапазона 0,3 — 30,0 кГц.
Источники ОНЧ-излучений.
Низкочастотные радиоизлучения наиболее широко представлены в магнитосферно-ионосферных процессах. Однако их источники имеют более широкое распространение — излучения регистрируются практически во всех средах. Хорошо известен еще со времен первых опытов по передаче электромагнитных сигналов на расстояние основной приземный источник ОНЧ-радиошумов — электромагнитное излучение грозовых разрядов [5-7]. Высокая частота следования разрядов (до 100 разрядов в секунду по всему земному шару) и относительно слабое затухание их электромагнитного излучения атмосфериков, при распространении приводят к существованию непрерывного ОНЧ-фона импульсного и шумового характера. Отдельный грозовой разряд сопровождается излучением в широком диапазоне частот, но основная энергия сосредоточена а ОНЧ-диапазоне с максимумом на 7-12 кГц. Радиоизлучения грозовых разрядов являются основной помехой радиотехническим системам навигации и служб точного времени и частоты в СДВ диапазоне. Это импульсное излучение легко проникает в магнитосферу Земли и, испытав дисперсию при распространении вдоль силовых линий магнитного поля, превращается в так называемый свистящий атмосферик или, сокращенно, свист. Такое название соответствует звучанию сигнала при его прослушивании через звуковоспроизводящее устройство. Здесь следует отметить, что так как ОНЧ-диапазон электромагнитного излучения соответствует звуковому, то первые исследования ОНЧ-излучений проводились основываясь по их звучанию. Большинство определений типов ОНЧ-излучений отражает, также как и для свиста, характер их звучания. Наиболее живописные звуковые портреты имеют ОНЧ-сигналы магнитосферного происхождения. Рождающиеся в результате взаимодействия с энергичными частицами магнитосферной плазмы ОНЧ-излучения могут иметь шумовой или дискретный характер. В первом случае ОНЧ- излучения определяют как «шипения». Более разнообразен второй, дискретный, тип ОНЧ-излучений: растущие, падающие и колеблющие тона, «крюки» и др. Яркое впечатление производят дискретные сигналы растущей частоты, которые могут накладываться друг на друга. На слух такие сигналы напоминают щебетание птиц, за что они получили название «chorus» («хоры»). Динамическая спектрограмма (ось абцисс — время в секундах, ось ординат — частота в Гц) хоров, наблюдавшихся выше по частоте, чем шипения, приведена на рис.1.
Другие примеры магнитосферных ОНЧ-излучений представлены на рис.2-5:
Основным источником ОНЧ-излучений в магнитосфере являются процессы их взаимодействия с энергичными частицами на черенковском и циклотронном резонансах. При этом больших амплитуд, соответствующих квазилинейному или даже нелинейному режиму, ОНЧ-излучения достигают благодаря когерентному характеру их возбуждения. По этой причине оказывается возможным использовать термин «альфвеновский мазер» [8]. В то же время существует представление, что часть ОНЧ-шумов, регистрируемых на спутниках в плазмосфере, является не чем иным, как захваченным радиоизлучением грозовых разрядов. Свойства неканализированного распространения атмосфериков в замагниченной магнитосферной плазме (когда волновая нормаль излучения может отклоняться на большие углы относительно силовых линий магнитного поля) таковы, что свисты могут иметь траектории, не выходящие к поверхности земли (будут захвачены в магнитосфере). В последние годы получен ряд указаний также на возможность подземных источников ОНЧ-излучений, обусловленных сейсмическими процессами [9]. В части случаев готовящихся землетрясений на спутниках и поверхности земли регистрируется усиление интенсивности ОНЧ-шумов и частоты следования импульсных сигналов. Широкая распространенность ОНЧ-излучений, возможность регистрации большинства их типов на больших расстояниях от источников привлекают к себе внимание с точки зрения использования наблюдений ОНЧ-шумов в целях диагностики окружающей среды. Исследования ОНЧ-излучений в ИКФИА проводятся по многим направлениям, но в соответствии с тематикой института большее внимание уделяется магнитосферным источникам.
1. Распопов О.М., Клейменова Н.Г. Возмущения электромагнитного поля Земли. Часть 3. ОНЧ излучения. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1977. 144 с. 2. Сажин С.С. Естественные радиоизлучения в магнитосфере Земли. М.: Наука. 1982.157 с. 3. Лихтер Я.И. Волновые явления в магнитосферах Земли и планет// Итоги науки и техники. Геомагнетизм и высокие слои атмосферы. 1984. Т. 7. С. 5-113. 4. Хелливелл Р.А. Волны низкой частоты в магнитосфере. В кн.: Физика магнитосферы. М.: Мир. 1972. С. 345-373. 5. Флуктуации электpомагнитного поля Земли в диапазоне СНЧ. Под ред. М.С. Александpова. М. Наука. 1972. 195 с. 6. Ремизов Л.Т. Естественные радиопомехи. М.: Наука. 1985. 200 с. 7. Безродных В.Г., Блиох П.В., Шубова Р.С., Ямпольский Ю.М. Флуктуации сверхдлинных радиоволн в волноводе Земля-ионосфера. М.: Наука. 1984. 144с. 8. Беспалов П.А., Трахтенгерц В.Ю. Альфвеновские мазеры. Горький: ИПФ АН СССР. 1986. 190 с. 9. Гохберг М.Б., Моргунов В.А., Похотелов О.А. Сейсмоэлектромагнитные явления. М.: Наука. 1988. 174 с.
Контакты
- Адрес: пр. Ленина 31
- Город: Якутск, 677027
- Эл. почта: ikfia@ysn.ru
- Тел.: +7 (4112) 390-400
- Факс: +7 (4112) 390-450
- Охрана тел.: +7 (4112) 390-489
- Охрана тел.: +7 (4112) 335-176
Распространение и генерация низкочастотных электромагнитных волн в верхней атмосфере
Содержание: Данные наблюдений за естественным низкочастотным радиоизлучением Свисты. Дисперсия. Длинные и короткие свисты. Многократные свисты. «Носы». Разряды, порождающие свисты. Экспериментальные данные о траекториях свистов. Систематические изменения свойств свистов. Наблюдения свистов по программе МГГ. Ультранизкочастотное излучение.Систематическая классификация наблюдаемых УНЧ-шумов. Некоторые особенности дискретного излучения. Способ распространения. Тенденция к образованию монохроматических тонов. Связь с магнитной активностью. Сравнение устойчивых состояний (шипение) с неустойчивыми состояниями (дискретное излучение). Теория распространения радиоволн низкой частоты. Генерация УНЧ-излучения.Основные исходные соотношения. Групповая скорость и нахождение траекторий. Учет движения ионов. Взаимодействие нормальных волн. Поглощение. Механизмы генерации УНЧ-излучения. Низкочастотные радиоволны и исследование верхней атмосферы.
PACS: 94.20.Bb, 94.20.ws, 94.30.Tz ( все )
DOI: 10.3367/UFNr.0072.196010c.0235
URL: https://ufn.ru/ru/articles/1960/10/c/
Цитата: Гершман Б Н, Угаров В А «Распространение и генерация низкочастотных электромагнитных волн в верхней атмосфере» УФН 72 235–271 (1960)