§ 20. Шкала електромагнітних хвиль

Зміст

Вправа № 20

1. Розташуйте електромагнітні хвилі в порядку збільшення їхньої довжини: 1) видиме світло; 2) ультрафіолетове випромінювання; 3) радіохвилі; 4) рентгенівське випромінювання.

У порядку зростання довжини хвилі (від найкоротших до найдовших):
4) рентгенівське випромінювання $\rightarrow$ 2) ультрафіолетове випромінювання $\rightarrow$ 1) видиме світло $\rightarrow$ 3) радіохвилі.

2. Установіть відповідність між випромінювачем (1–4) та електромагнітними хвилями, які він здебільшого випромінює (А–Д).

• 1 — Д (Мобільний телефон — Радіохвилі)
• 2 — В (Батарея опалення — Інфрачервоне випромінювання)
• 3 — Г (Світлячок — Видиме світло)
• 4 — А (Радіоактивний препарат — $\gamma$-випромінювання)

3. Довжина хвилі світла жовтого кольору у вакуумі — 570 нм. Визначте частоту цієї хвилі.

Дано:
$\lambda = 570\text{ нм} = 570 \cdot 10^{-9}\text{ м} = 5{,}7 \cdot 10^{-7}\text{ м}$
$c = 3 \cdot 10^8\text{ м/с}$

Знайти:
$u - ?$

Розв’язання:
Швидкість світла у вакуумі пов’язана з довжиною хвилі та її частотою співвідношенням:
$c = \lambda \cdot u$

Звідси знайдемо частоту коливань:
$u = \dfrac{c}{\lambda}$

Підставимо числові значення:
$u = \dfrac{3 \cdot 10^8\text{ м/с}}{5{,}7 \cdot 10^{-7}\text{ м}} \approx 5{,}26 \cdot 10^{14}\text{ Гц} = 526\text{ ТГц}$

Відповідь: частота світлової хвилі становить $u \approx 5{,}26 \cdot 10^{14}\text{ Гц}$ ($526\text{ ТГц}$).

4. Якою є довжина електромагнітної хвилі у вакуумі, якщо її частота дорівнює $3 \cdot 10^{12}\text{ Гц}$? До якого діапазону належить ця хвиля?

Дано:
$u = 3 \cdot 10^{12}\text{ Гц}$
$c = 3 \cdot 10^8\text{ м/с}$

Знайти:
$\lambda - ?$
Діапазон — ?

Розв’язання:
Довжину електромагнітної хвилі визначаємо за формулою:
$\lambda = \dfrac{c}{ u}$

Обчислимо шукану величину:
$\lambda = \dfrac{3 \cdot 10^8\text{ м/с}}{3 \cdot 10^{12}\text{ Гц}} = 10^{-4}\text{ м} = 0{,}1\text{ мм}$

Хвилі з довжиною від $7{,}6 \cdot 10^{-7}\text{ м}$ до $10^{-3}\text{ м}$ (від $760\text{ нм}$ до $1\text{ мм}$) відповідають інфрачервоному випромінюванню.

Відповідь: довжина хвилі дорівнює $10^{-4}\text{ м}$ ($0{,}1\text{ мм}$); випромінювання належить до інфрачервоного діапазону.

5. Об’єднайтесь у групи, виберіть для кожної групи один із видів електромагнітного випромінювання та знайдіть якомога більше інформації щодо його застосування. Презентуйте отриману інформацію.

Застосування інфрачервоного випромінювання:

1. Тепловізійний контроль: діагностика тепловтрат будівель, технічний стан ліній електропередач та пошуково-рятувальні роботи в умовах повної темряви чи задимлення.
2. Побутова техніка: інфрачервоні обігрівачі прямої дії, світлодіодні пульти дистанційного керування телевізорами та кондиціонерами.
3. Медицина: інфрачервона термографія для виявлення запальних процесів і безконтактне вимірювання температури тіла.
4. Промисловість: швидке безконтактне сушіння лаків, фарб і сушіння зернових культур.

6. Дізнайтесь історію винайдення будь-якого пристрою, дія якого ґрунтується на електромагнітному випромінюванні.

Винайдення мікрохвильової печі:
У 1945 році американський інженер Персі Спенсер працював у лабораторії компанії Raytheon над удосконаленням магнетрона — спеціальної електронної лампи для військових радарів, що випромінює потужні радіохвилі НВЧ-діапазону. Під час експериментів інженер помітив, що плитка шоколаду в його кишені миттєво розтанула. Продовживши експерименти зі зернами кукурудзи (які перетворилися на попкорн) та сирим яйцем, він зрозумів, що НВЧ-випромінювання збуджує дипольні молекули води в їжі, викликаючи її стрімкий внутрішній нагрів. У 1945 році Спенсер отримав патент на метод приготування їжі за допомогою мікрохвиль, а вже 1947 року на ринку з’явилася перша промислова піч Radarange.