43 Elektromagnetické záření

Přehled elektromagnetického záření

Elektromagnetické záření rozdělujeme podle vlnové délky:

Druhy záření

Vlnová délka ve vzduchu

Rádiové

30km – 30μm

Infračervené

3mm – 760 nm

Světlo

760nm – 390nm

Ultrafialové

400nm – 10nm

Rentgenové

10nm – 1pm

Gama

<300pm

Rádiové a mikrovlnné záření

• Má velkou vlnovou délku (viz. Snímek 2)
• Dobře se odráží od kovových předmětů (používá se v radiolokaci)
• Má tepelné účinky, dobře proniká do tkání
• Př.: radary, rádio, televize, mobily, mikrovlnné trouby,

Infračervené záření

• Zdrojem jsou zahřátá tělesa (např. Slunce, infrazářič)
• Snadno proniká zakaleným prostředím (dalekohledy)
• Uplatnění i v elektronice (dálkové ovladače)
• Platí pro něj stejné zákony jako pro světlo

Světlo

• Okem zachytitelné elektromagnetické záření
• Zdrojem jsou vysoce zahřátá tělesa
  • Např. Slunce, hvězdy, elektrický oblouk, speciální výbojky naplněné párami rtuti
• Je pohlcováno např. draselným sklem či ozónosférou
• Pro oko je škodlivé a neviditelné (z toho důvodu se používají brýle s UV filtrem)
• Rozdělujeme na UVA (dlouhovlnné), UVB (středněvlnné a UVC (krátkovlnné)
• Ozáření pokožky vyvolává vznik ochranného pigmentu (projevuje se zhnědnutím)

Ultafialové záření

Rentgenové záření

• Dělení – tvrdé (oblast kratších vlnových délek)

  – měkké (oblast delších vlnových délek)

• Objeveno německým fyzikem W. C. Röntgenem (1895)

• Jako zdroj se v praxi používá Rentgenka

  • skládá se z katody, která emituje

  elektrony a anody z wolframu,

  mezi nimiž je velký potenciálový

  rozdíl (případně i z rotoru, jedná-li

  se o rentgenku s rotační anodou

  (viz. schéma)

• Vlastnosti – proniká látkami (látky s vyšším protonovým číslem jej pohlcují více)

  – působí na fotografickou emulzi

  – ionizuje látky, kterými prochází

  – v látkách je specificky pohlcováno

• Praktické využití - rentgenová diagnostika

  • rentgenová strukturní analýza
  • rentgenová spektroskopie
  • rentgenová astronomie

Spektroskop

• Používá se při spektrální analýze

• Světlo rozkládá

  – optický hranolem (hranolový spektroskop)

  – difrakční mřížkou (mřížkový spektroskop) Hranolový spektroskop z roku 1860

• Spektrální analýza

  • Pomocí polohy čar ve spektru zkoumané látky určuje obsah chemických prvků.
  • Pomocí charakteristických pásů pásového spektra určuje přítomnost molekul ve zkoumané látce.
  • Na základě intenzity spektrálních čar lze určit množství prvku (např. ve slitině kovu). Na tom je založena kvantitativní spektr. analýza

Druhy spekter

• Emisní – látka vyzařující určitou část elmag. záření

• Absorpční - vzniká pohlcením světla některých vlnových délek při

  průchodu plynnou látkou o nižší teplotě

• Čárová – spektra vyzařovaná atomy prvků

• Pásová – vyzařují je molekuly

• Spojitá spektra – obsahují určitý rozsah vlnových délek

  – jsou vyzařována rozžhavenými pevnými

  tělesy

Příklady spekter

a) Spojité spektrum

b) Čárové (emisní) spektrum

c) Pásové spektrum

d) Absorpční čárové spektrum

emisní spektrum neonu

emisní spektrum rtuti

sluneční spektrum

Tepelné záření

S rostoucí teplotou tělesa se vyzařování tepelného záření přesouvá ke kratším vlnovým délkám (vyšším frekvencím)

Experiment: vlákno žárovky – při teplotě 900°C svítí červeně

při teplotě 1100°C svítí oranžově

při teplotě 1300°C svítí žlutě

Energie elektromagnetického záření je vyzařována nebo pohlcována po kvantech energie:

E=h . f h=6,625 . 10-34 J.s … Planckova konstanta

f … frekvence záření

Záření černého tělesa

• Absolutně černé těleso

– neexistuje, je pouze abstrakcí

– pohlcuje všechnu energii na něj dopadající

– nedochází k žádnému odrazu záření

– za nízkých teplot se nám jeví dokonale černé

– jeho vlastnostem se nejvíc blíží dutina, jejíž vnitřní povrch tvoří matná černá plocha; poté je otvor dutiny černým tělesem

• Při určité teplotě T vyzařuje černé těleso elektromagnetické vlnění různých vlnových délek, ale zároveň Me ~ σT4 (Stefanův-Boltzmannův zákon)

  Me … celková intenzita tepelného záření černého tělesa

  T … termodynamický teplota

  σ = 5,67 . 10-8 W.m-2.K-4 … Stefanova-Boltzmannova konstanta

Wienův posunovací zákon

• Fyzikální zákon, který konstatuje, že v záření absolutně černého tělesa je maximální energie vyzařována na vlnové délce, která se s rostoucí termodynamickou teplotou snižuje:

  λmax - vlnová délka maxima vyzařování,

T - termodynamická teplota tělesa

b - Wienova konstanta; b = 2,898 mm . K

λmax​=Tb​

Některé fotometrické veličiny

• Veličiny, které určují velikost působení světla na lidské oko.
• Svítivost
  • Vyjadřuje vlastnost zdroje světla
  • Označujeme ji I, její jednotkou je kandela [cd]
  • Základní jednotkou SI soustavy
• Světelný tok
  • Vyjadřuje intenzitu zrakového vjemu
  • Označujeme jej Φ, jeho jednotkou je lumen [lm]
• Osvětlení

  • Vyjadřuje účinky světla při jeho dopadu na povrch tělesa

  • Označujeme jej E, jeho jednotkou je lux [lx]

  • Je definováno vztahem

    ΔΦ – část světelného toku

    ΔS – plocha, na kterou světlo dopadá

    ΔΩ – velikost prostorového úhlu

I=ΔΩΔΦ​

Φ=ΔtΔE​

E=ΔSΔΦ​