Основные понятия и формулы. Таблицы



 

Характеристики встречающихся звуков

 

 

 

 

Новые понятия и термины

Новые идеи

Новые имена

Литература

1. ЛЕКЦИЯ 3 АКУСТИКА. ЗВУК:  http://vmede.org/sait/?page=5&id=Medbiofizika_fedorov_2008&menu=Medbiofizika

2. ОПАСНЫЕ ЗВУКОВЫЕ ЧАСТОТЫ-ИНФРАЗВУК. http://www.liveinternet.ru/users/2918592/post336758347

3. Устинова Татьяна. Что такое шум? Типы шума и уровень шума.

 


 

Физические основы Неионизирующих электромагнитных излучений и полей

 

Физика электромагнитных волн

 

Уравнения электромагнитной волны.

Свойства электромагнитных волн.

Энергетические характеристики электромагнитной волны.

Шкала электромагнитных волн.

Влияние электромагнитных волн различных диапазонов на человека.

Основные понятия и формулы.

 

В 1860-1865 гг. один из величайших физиков XIX века Джеймс Клерк Максвелл создал теорию электромагнитного поля. Согласно Максвеллу, если в некоторой точке пространства изменяется во времени магнитное поле, то там образуется и электрическое поле. Если же в поле находится замкнутый проводник, то электрическое поле вызывает в нем индукционный ток. Из теории Максвелла следует, что возможен и обратный процесс. Если в некоторой области пространства меняется во времени электрическое поле, то здесь же образуется и магнитное поле.

Таким образом, любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле. Эти порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля образуют единое электромагнитное поле.

Электромагнитное поле представляет собой взаимосвязанные колебания электрического и магнитного полей. Распространение единого электромагнитного поля в пространстве осуществляется посредством электромагнитных волн.

Уравнения электромагнитной волны. Важнейшим результатом, который вытекает из сформулированной Максвеллом теории электромагнитного поля, стало предсказание возможности существования электромагнитных волн. Электромагнитная волна – распространение электромагнитных полей в пространстве и во времени. Источник электромагнитного поля – электрические заряды, движущиеся с ускорением.

Электромагнитная волна – электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве и переносящие энергию.

Особенности электромагнитных волн, законы их возбуждения и распространения описываются уравнениями Максвелла. Если в какой-то области пространства существуют электрические заряды и токи, то изменение их со временем приводит к возникновению электромагнитных волн. Описание их распространения аналогично

описанию механических волн.

Уравнения электромагнитной волны. Если среда однородна и волна распространяется вдоль оси Х со скоростью v, то электрическая (Е) и магнитная (В) составляющие поля в каждой точке среды изменяются по гармоническому закону с одинаковой круговой частотой (ω) и в одинаковой фазе (уравнение плоской волны):

,

где Е –напряженность электрического поля, В – индукция магнитного поля, х – координата точки, t – время.

Векторы В и Е взаимно перпендикулярны, и каждый из них перпендикулярен направлению распространения волны (ось Х). Такие электромагнитные волны являются поперечными (рис. 8.1). Электромагнитная волна переносит энергию

 

 

Рис. 8.1. Взаимное расположение векторов Е, В в электромагнитной волне, распространяющейся вдоль оси Х.

Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости распространения света (это послужило основанием для создания Максвеллом электромагнитной теории света).

Учитывая, что абсолютный показатель преломления среды равен

n = c/v, можно установить связь между n, ε, μ:

 

Электромагнитные волны, в отличие от упругих (звуковых) волн, могут распространяться в вакууме или любом другом веществе. Электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью c = 300000 км/с, которая называется скоростью света:

,

где с – скорость электромагнитной волны,

ε0 – электрическая постоянная,

μ0 – магнитная  постоянная.

В веществе скорость электромагнитной волны меньше, чем в вакууме. Характеристики электромагнитной волны:

с – скорость электромагнитной волны в вакууме,

λ – длина волны,

Т – период,

ν – частота.

Соотношение между длиной волны, ее скоростью, периодом и частотой колебаний для электромагнитных волн:

Длина волны равна λ = с ν.

Электромагнитные волны

Свойства электромагнитных волн:

поперечные;

скорость распространения в вакууме не зависит от частоты;

частичное поглощение волн диэлектриком;

практически полное отражение волн от металлов;

преломление волн на границе диэлектриков;

интерференция, дифракция волн.

Энергетические характеристики электромагнитной волныпо своему смыслу совпадают с энергетическими характеристиками механических волн.

Среда, в которой распространяется волна, обладает электромагнитной энергией, складывающейся из энергий электрического и магнитного полей.

Объемная плотность энергии электромагнитного поля (w) – суммарная энергия электрического и магнитного полей в единице объема среды равна

Распространение электромагнитных волн, как и распространение механических волн, сопровождается переносом энергии.

Источник возникновения электромагнитных волн – промышленные установки, радиотехнические объекты, медицинская аппаратура, установки пищевой промышленности.

Диапазон электромагнитных волн.Вокруг нас сложный мир электромагнитных волн различных частот: излучения мониторов компьютеров, сотовых телефонов, микроволновых печей, телевизоров и др. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн на шесть основных диапазонов.

Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам (табл. 5.1). Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения (в вакууме) постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

Таблица 5.1.Диапазон электромагнитных волн

 

Название диапазона Длины волн, λ Частоты, ν Источники
Сверхдлинные более 10 км менее 30 кГц Атмосферные явления. Переменные токи в проводниках и электронных потоках (колебательные контуры)
Радиоволны      
Длинные 10 км – 1 км 30 кГц – 300 кГц  
Средние 1 км – 100 м 300 кГц – 3 МГц  
Короткие 100 м – 10 м 3 МГц – 30 МГц  
Ультракороткие 10 м – 1 мм 30 МГц – 300 ГГц  
Инфракрасное излучение 1 мм – 780 нм 300 ГГц – 429 ТГц Излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях
Видимое (оптическое) излучение 780 – 380 нм 429 ТГц – 750 ТГц  
Ультрафиолетовое 380 нм – 10 нм 7,5×101 Гц — 3×1016 Гц Излучение атомов под воздействием ускоренных электронов
Рентгеновские 10 – 5×10−3 нм 3×1016 –   6×1019 Гц Атомные процессы при воздействии ускоренных заряженных частиц
Гамма – излучение менее 5×10−3 нм более 6×1019 Гц Ядерные и космические процессы, радиоактивный распад

 

Влияние волн различных диапазонов на человека.

Волны радиодиапазона, генерируемые с помощью электронных устройств, по длине охватывают диапазон от миллиметров до нескольких километров.

Длинные и средние радиоволны (λ>100 м) практически не взаимодействуют с биологическими объектами. В медицинских целях они не используются.

С уменьшением длины волны биологическая активность радиоволн возрастает. Волны ВЧ-диапазона (103 –10 м) заметно поглощаются биологическими тканями, а для УВЧ (10-1 м) и СВЧ-диапазонов (1-10-3 м) это поглощение становится очень значительным. УВЧ-диапазон используется в медицине для глубокого прогревания тканей.

Особенно эффективно поглощают такие волны тканями со значительным содержанием воды, что приводит к их сильному нагреванию. Большое выделение тепла опасно для органов и тканей, имеющих плохую систему кровоснабжения, например для хрусталика. Так, радиоизлучение с длиной волны 10-12 см может повысить температуру в задней части хрусталика на 20 °С.

Инфракрасное излучение испускают все нагретые тела. Молекулы, входящие в состав кожного покрова человека, «резонируют» на инфракрасных частотах; поэтому именно это излучение преимущественно поглощается и тем самым согревает человека. Источником инфракрасного излучения служат печи, батареи, электрические лампы накаливания. С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

Инфракрасное излучение испускают все нагретые тела. Молекулы, входящие в состав кожного покрова человека, «резонируют» на инфракрасных частотах; поэтому именно это излучение преимущественно поглощается и тем самым согревает человека. Источником инфракрасного излучения служат печи, батареи, электрические лампы накаливания. С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

 (табл. 5.2).

Таблица 5.2 Длины волн основных цветов видимого света.

 

Цвет Диапазон длн волн
Красный 760 – 620 нм
Оранжевый 620 –нм
Жёлтый 590 – 560 нм
Зелёный 560 – 500 нм
Голубой 500 – 480 нм
Синий 480 – 450 нм
Фиолетовый 450 – 400 нм

 

Ультрафиолетовое излучение –это невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны меньше, чем у фиолетового цвета.УФ-излучение оказывает заметное воздействие на кожные покровы, инициируя фотохимические и фотобиологические реакции. Оно способно убивать болезнетворные бактерии.

Рентгеновское излучение невидимо глазом. Оно проходит без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света, что используют для диагностики заболеваний внутренних органов.

Гамма-излучениемназывают электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц. Источником гамма-излучения являются радиоактивные изотопы.

 


Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 411; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!