Ультрафиолет и инфракрасное излучение в чем различие
Ультрафиолет и инфракрасное излучение в чем различие
Инфракрасное излучение
Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 3 • 10 11 до 3,75 • 10 14 Гц называется инфракрасным излучением.
Его испускает любое нагретое тело даже в том случае, когда оно не светится.
Например, батареи отопления в квартире испускают инфракрасные волны, вызывающие заметное нагревание окружающих тел.
Поэтому инфракрасные волны часто называют тепловыми.
Не воспринимаемые глазом инфракрасные волны имеют длины волн, превышающие длину волны красного света (длина волны λ = 780 нм — 1 мм).
Максимум энергии излучения электрической дуги и лампы накаливания приходится на инфракрасные лучи.
Инфракрасное излучение применяют для сушки лакокрасочных покрытий, овощей, фруктов и т. д.
Созданы приборы, в которых не видимое глазом инфракрасное изображение объекта преобразуется в видимое.
Изготовляются бинокли и оптические прицелы, позволяющие видеть в темноте.
Ультрафиолетовое излучение
Электромагнитное излучение с частотами в диапазоне от 8 • 10 14 до 3 • 10 16 Гц называется ультрафиолетовым излучением (длина волны λ = 10—380 нм).
Обнаружить ультрафиолетовое излучение можно с помощью экрана, покрытого люминесцирующим веществом.
Экран начинает светиться в той части, на которую падают лучи, лежащие за фиолетовой областью спектра.
Ультрафиолетовое излучение отличается высокой химической активностью.
Повышенную чувствительность к ультрафиолетовому излучению имеет фотоэмульсия.
В этом можно убедиться, спроецировав спектр в затемненном помещении на фотобумагу.
После проявления бумага почернеет за фиолетовым концом спектра сильнее, чем в области видимого спектра.
Ультрафиолетовые лучи не вызывают зрительных образов: они невидимы.
Но действие их на сетчатку глаза и кожу велико и разрушительно.
Ультрафиолетовое излучение Солнца недостаточно поглощается верхними слоями атмосферы.
Поэтому высоко в горах нельзя оставаться длительное время без одежды и без темных очков.
Стеклянные очки, прозрачные для видимого спектра, защищают глаза от ультрафиолетового излучения, так как стекло сильно поглощает ультрафиолетовые лучи.
Впрочем, в малых дозах ультрафиолетовые лучи оказывают целебное действие.
Умеренное пребывание на солнце полезно, особенно в юном возрасте: ультрафиолетовые лучи способствуют росту и укреплению организма.
Кроме прямого действия на ткани кожи (образование защитного пигмента — загара, витамина D2), ультрафиолетовые лучи оказывают влияние на центральную нервную систему, стимулируя ряд важных жизненных функций в организме.
Ультрафиолетовые лучи оказывают также бактерицидное действие.
Они убивают болезнетворные бактерии и используются с этой целью в медицине.
Итак,
Нагретое тело испускает преимущественно инфракрасное излучение с длинами волн, превышающими длины волн видимого излучения.
Ультрафиолетовое излучение — более коротковолновое и обладает высокой химической активностью.
Шкала электромагнитных волн
Длина электромагнитных волн изменяется в широком диапазоне. Независимо от длины волны все электромагнитные волны обладают одинаковыми свойствами. Существенные различия наблюдаются при взаимодействии с веществом: коэффициенты поглощения и отражения зависят от длины волны.
На рисунке изображена шкала электромагнитных волн с указанием длин волн и частот различных излучений:
Принято выделять:
низкочастотное излучение,
радиоизлучение,
инфракрасные лучи,
видимый свет,
ультрафиолетовые лучи,
рентгеновские лучи,
γ-излучение.
Принципиального различия между отдельными излучениями нет.
Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые заряженными частицами.
Обнаруживаются электромагнитные волны в основном по их действию на заряженные частицы.
В вакууме электромагнитное излучение любой длины волны распространяется со скоростью 300 000 км/с.
Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.
Излучения различных длин волн отличаются друг от друга по способам их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.
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 у-излучениям, сильно поглощаемым атмосферой.
По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.
Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом.
Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно γ-лучи) поглощаются слабо.
Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений.
Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волны.
Разница между Инфракрасным и Ультрафиолетовым излучением
Ключевое различие между Инфракрасным и Ультрафиолетовым излучением заключается в том, что длина волны Инфракрасного излучения больше длины волны видимого света, тогда как длина волны Ультрафиолетового излучения короче длины волны видимого света.
Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение — это два типа электромагнитного излучения. Волны любого электромагнитного излучения имеют электрическое поле и магнитное поле и колеблются перпендикулярно друг другу. В зависимости от длины волны излучения существуют различные типы электромагнитного излучения, такие как гамма излучение, рентгеновское излучение, ультрафиолетовое излучение, видимое излучение, инфракрасное излучение, микроволновое излучение и радиоизлучение.
Шкала электромагнитного излучения
Содержание
Что такое Инфракрасное излучение?
Инфракрасное излучение собаки полученное с помощью тепловизора
В 1800 году Уильям Гершель провел эксперимент по измерению разницы в температуре между цветами в видимом спектре. Он поместил термометры в каждый цвет видимого спектра. Результаты показали увеличение температуры от синего до красного. Так, Гершель открыл инфракрасный свет, когда он заметил еще большие показания температуры сразу за красным спектром видимого света.
Мы можем ощущать некоторую инфракрасную энергию как тепло. Некоторые объекты настолько горячие, что они также излучают видимый свет, например, огонь. Другие объекты, такие как люди, не такие горячие и излучают только инфракрасные волны. Наши глаза не могут видеть эти инфракрасные волны, но инструменты, которые могут воспринимать инфракрасную энергию — такие как тепловизоры или инфракрасные камеры — позволяют нам «видеть» инфракрасные волны, излучаемые теплыми объектами, такими как люди и животные.
Область от 8 до 15 мкм называется учеными как термальным инфракрасным излучением, поскольку эти длины волн лучше всего подходят для изучения длинноволновой тепловой энергии, излучаемой нашей планетой. Многие объекты во вселенной слишком холодные и слабые, чтобы их можно было обнаружить в видимом свете, но их можно обнаружить в инфракрасном диапазоне. Ученые начинают открывать тайны более холодных объектов во вселенной, таких как планеты, холодные звезды, туманности и многие другие, изучая инфракрасные волны, которые они излучают.
Полярное сияние на Сатурне
Космический корабль Кассини сделал снимок сияния Сатурна с помощью инфракрасных волн. Полярное сияние показано синим, а подстилающие облака — красным. Эти полярные сияния уникальны, потому что они могут покрывать весь полюс, тогда как полярные сияния вокруг Земли и Юпитера, как правило, ограничены магнитными полями в кольцах, окружающих магнитные полюса. Большая и изменчивая природа этих сияний указывает на то, что заряженные частицы, исходящие от Солнца, испытывают некоторый тип магнетизма над Сатурном, который ранее не был изучен.
Инфракрасные волны имеют большую длину волны, чем видимый свет, и могут проходить через плотные области газа и пыли в пространстве с меньшим рассеянием и поглощением. Таким образом, инфракрасная энергия может также обнаружить объекты во вселенной, которые нельзя увидеть в видимом свете с помощью оптических телескопов. Для астрофизиков, изучающих вселенную, инфракрасные источники, такие как планеты, являются более прохладными по сравнению с энергией, излучаемой горячими звездами и другими небесными объектами. Ученые изучают инфракрасное излучение как тепловое излучение (или тепло) нашей планеты. Когда падающее солнечное излучение попадает на Землю, часть этой энергии поглощается атмосферой и поверхностью, тем самым нагревая планету. Это тепло излучается с Земли в виде инфракрасного излучения. Приборы на борту спутников Земли могут воспринимать это излучаемое инфракрасное излучение и использовать полученные измерения для изучения изменений температуры поверхности суши и моря.
Что такое Ультрафиолетовое излучение?
Ультрафиолетовое излучение — это часть электромагнитного спектра, простирающаяся от фиолетового или коротковолнового конца диапазона видимого света до рентгеновской области. Ультрафиолетовое (УФ) излучение не обнаруживается человеческим глазом, хотя, когда оно падает на определенные материалы, оно может вызвать их флуоресценцию, т.е. они излучают электромагнитное излучение с более низкой энергией, например видимый свет. Однако многие насекомые способны видеть ультрафиолетовое излучение.
Проникновение ультрафиолетового излучения от солнца сквозь атмосферу Земли
Ультрафиолетовое излучение лежит между длинами волн около 400 нанометров на стороне видимого света и около 10 нм на стороне рентгеновского излучения, хотя некоторые авторитетные источники расширяют предел до 4 нм. Данный диапазон соответствует частотам 7,5⋅10 14 —3⋅10 16 Гц. В физике ультрафиолетовое излучение традиционно делится на четыре области: ближняя (400–300 нм), средняя (300–200 нм), дальняя (200–100 нм) и экстремальная (ниже 100 нм). Основываясь на взаимодействии длин волн ультрафиолетового излучения с биологическими материалами, были обозначены три подгруппы: Ультрафиолет А (UVA): 400–315 нм, также называемый черный свет; Ультрафиолет B (UVB): 315–280 нм, ответственный за наиболее известные воздействия излучения на организмы; а также Ультрафиолет С (UVC): 280–100 нм, который не достигает поверхности Земли.
Ультрафиолетовое излучение создается высокотемпературными поверхностями, такими как Солнце, в непрерывном спектре, а также при атомном возбуждении в газоразрядной трубке в виде дискретного спектра длин волн. Большая часть ультрафиолетового излучения в солнечном свете поглощается кислородом в атмосфере Земли, которая образует озоновый слой нижней стратосферы. Из ультрафиолета, который достигает поверхности Земли, почти 99 процентов — это ультрафиолет А (UVA).
Однако, когда озоновый слой становится тонким, больше УФ-излучения достигает поверхности Земли и он может оказывать опасное воздействие на организмы. Например, исследования показали, что ультрафиолетовое излучение проникает через поверхность океана и может быть смертельным для морского планктона на глубине 30 метров в чистой воде. Кроме того, ученые сделали вывод, что повышение уровня ультрафиолета B (UVB) в Южном океана в период между 1970 и 2003 годами был тесно связан с одновременным сокращением рыб, криля (морские ракообразные) и других морских организмов.
Ультрафиолетовое излучение обладает низкой способностью проникновения, следовательно, его непосредственное воздействие на организм человека ограничено поверхностью кожи. Эффекты этого воздействия включают покраснение кожи (солнечные ожоги), развитие пигментации (загар) и старение. Ультрафиолетовые солнечные ожоги могут быть слабыми, вызывая только покраснение и болезненность, или они могут быть настолько сильными, что могут привести к образованию волдырей, отечности, просачиванию жидкости и отслоению наружной кожи. Кровеносные капилляры (мелкие сосуды) в коже расширяются со скоплениями красных и белых кровяных клеток и появляется красная окраска.
Эффект загара в солярии основан на излучении ультрафиолетовых ламп
Загар — это естественная защита тела, основанная на меланине, чтобы помочь защитить кожу от дальнейших травм. Меланин — это химический пигмент в коже, который поглощает ультрафиолетовое излучение и ограничивает его проникновение в ткани. Загар появляется, когда пигменты меланина в клетках в более глубокой части ткани кожи активируются ультрафиолетовым излучением, и клетки мигрируют к поверхности кожи. Когда эти клетки умирают, пигментация исчезает. Люди со светлой кожей имеют меньше меланинового пигмента и поэтому в большей степени испытывают вредное воздействие ультрафиолетового излучения. Применение солнцезащитного крема на коже может помочь блокировать поглощение ультрафиолетового излучения у таких людей.
Постоянное воздействие солнечного ультрафиолетового излучения вызывает большинство изменений изменения кожи, обычно связанное со старением, такие как морщины, утолщение и изменения пигментации. Кроме того, появляется гораздо более высокиц риск рака кожи, особенно у людей со светлой кожей.
Три основных вида рака кожи, базальноклеточный и плоскоклеточный рак и меланома, часто связаны с длительным воздействием ультрафиолетового излучения и, вероятно, являются результатом изменений, генерируемых в ДНК клеток кожи ультрафиолетовыми лучами.
Ультрафиолетовое излучение также оказывает положительное влияние на организм человека. Оно стимулирует выработку витамина D в коже и может использоваться в качестве терапевтического средства при таких заболеваниях, как псориаз. Благодаря своим бактерицидным свойствам на длинах волн 260–280 нм ультрафиолетовое излучение используется в качестве инструмента исследования и как метод стерилизации. Флуоресцентные лампы используют способность ультрафиолетового излучения взаимодействовать с материалами, известными как люминофоры, которые испускают видимый свет; по сравнению с лампами накаливания, люминесцентные лампы являются более энергоэффективной формой искусственного освещения.
В чем разница между Инфракрасным и Ультрафиолетовым излучением?
Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение — это два типа электромагнитного излучения. Основное различие между инфракрасным и ультрафиолетовым излучением состоит в том, что длина волны инфракрасного излучения длиннее, чем у видимого света, тогда как длина волны ультрафиолетового излучения короче, чем длина волны видимого света.
Длина волны у инфракрасного излучения от 0,74 мкм до 2000 мкм, тогда как у инфракрасного излучения от 10 до 400 нм.
Кроме того, ИК-излучение имеет диапазон частот от 430 ТГц до 300 ГГц, а УФ-излучение имеет диапазон частот от 30 до 750 ТГц.
Заключение — Инфракрасное и Ультрафиолетовое излучение
Инфракрасное и Ультрафиолетовое излучение — это два типа электромагнитного излучения. Основное различие между Инфракрасным и Ультрафиолетовым излучением состоит в том, что длина волны инфракрасного излучения длиннее, чем у видимого света, тогда как длина волны Ультрафиолетового излучения короче, чем длина волны видимого света.
Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения
Урок 36. Физика 11 класс
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения»
Кругом нас, в нас самих, всюду и везде,
вечно сменяясь, совпадая и сталкиваясь,
идут излучения разной длины волны…
Лик Земли ими меняется, ими в значительной мере лепится.
В этой теме речь пойдет об инфракрасном и ультрафиолетовом излучении.
Ранее рассматривалась шкала электромагнитных волн. Условно все виды электромагнитных волн делятся на 7 основных диапазонов — это низкочастотные излучения, радиоизлучения, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-излучение.
Инфракрасное излучение — это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и микроволновым радиоизлучением.
Оно было открыто в 1800 году английским астрономом Уильямом Гершелем.
Занимаясь изучением Солнца, он искал способы, чтобы уменьшить нагревание инструмента используемого для наблюдения. Для этого Гершель разложил солнечный свет в спектр. После этого, он помещал край термометр, у которого нижняя часть резервуара с ртутью была затемнена сажей, в различные участки спектра. Какого же было его удивление, когда он обнаружил, что максимум тепла находится за насыщенным красным цветом. Обнаружив это повышение температуры, Гершель пришел к выводу о том, что в этом месте нагревание термометра происходит под действием каких-то невидимых лучей.
Изначально эти лучи из-за их повышенной способности нагревать тела, были названы тепловыми, а затем (уже учитывая их расположение в спектре) — инфракрасными. Также было доказано, что излучение из этой области подчиняется законам оптики, а, следовательно, имеет туже природу, что и видимый свет.
В настоящее время весь диапазон инфракрасного излучения делится на три составляющих. Это:
– коротковолновая область, с длиной волны от 0,74 до 2,5 мкм;
– средневолновая область, с длиной волны от 2,5 до 50 мкм;
– длинноволновая область, длина волны в которой лежит в пределах от 50 до 2000 мкм.
Ближнее инфракрасное излучение очень похоже на видимый свет. В среднем инфракрасном диапазоне светится вся наша планета и все предметы на ней, даже лед. Длинноволновую окраину инфракрасного диапазона излучений иногда выделяют в отдельный диапазон электромагнитных волн — терагерцевое (или субмиллиметровое) излучение. Это излучение открыла советский физик Александра Андреевна Глаголева-Аркадьева спустя 123 года после открытия Гершелем инфракрасного излучения, тем самым показав, что инфракрасные лучи — это лишь разновидность обычных электромагнитных волн.
Известно, что инфракрасное излучение также называют тепловым излучением, так как данный вид излучения, испускаемый нагретыми телами, воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом стоит обратить внимание на то, что чем выше температура источника инфракрасного излучения, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.
Самый известный источник инфракрасного излучения – это Солнце. Без его света на Земле не зародилась бы жизнь и без него же она не продолжалась бы сейчас.
Передача энергии Солнцем через огромное пространство космоса происходит практически без потерь на нагревание пространства. Поэтому происходит непосредственное нагревание земной поверхности, на которую и попадают лучи Солнца. А затем уже Земля и другие нагретые Солнцем предметы нагревают воздух. А вообще, любое тело, которое нагрето до определенной температуры, излучает тепловую энергию в инфракрасном диапазоне спектра электромагнитных волн и, следовательно, может передавать эту энергию посредством лучистого теплообмена другим телам.
Теперь же инфракрасные приборы окружают нас буквально повсюду в нашей повседневной жизни. Практически у каждого человека есть дома телевизор, и практически наверняка он оснащен пультом дистанционного управления, который работает в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные диоды и фотодиоды повсеместно применяются в охранных системах и системах автоматики, так как они не отвлекают внимание человека в силу своей невидимости. Инфракрасные излучатели применяют для сушки ягод и овощей. Его используют для получения инфракрасных фотографий, в приборах ночного видения, в мобильных телефонах и в системах самонаведения снарядов на цель.
Самый известный на Руси искусственный источник длинноволнового инфракрасного излучения — это русская печь, и практически каждый человек обязательно испытывал на себе их благотворное влияние. Именно инфракрасное излучение, чувствуем от нагретой печи или от батарей центрального отопления.
Помимо прочего, инфракрасный диапазон — это один из самых интересных диапазонов для астрономов. Ведь в нем светится вся космическая пыль, которая важна для образования звезд и эволюций галактик. А из-за того, что инфракрасное излучение намного лучше видимого проходит через облака космической пыли, оно позволяет нам видеть объекты, не доступные наблюдению в других участках спектра. Наверное, самое значимое открытие в инфракрасной области, сделал телескоп Хаббл в 1995 году — это Hubble Deep Field (Глубокое поле Хаббла). В течении 10 суток телескоп накапливал свет, приходящий с небольшого темного участка неба в созвездии Большой Медведицы. Эта область являлась на столько маленькой, что лишь несколько звезд с переднего плана Млечного пути лежат в ее пределах на фотографии, а остальные, почти три тысячи объектов на изображении — это галактики.
После обнаружения инфракрасного излучения, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер задался целью найти нечто похожее и на противоположном конце спектра, с длиной волны меньше чем у фиолетового света. И уже в 1801 году его попытки увенчались успехом. В то время было известно, что хлорид серебра чернеет под действием видимого света. Риттер решил проверить, будет ли чернеть пластинка, если ее поместить за фиолетовый край спектра. Проведя данный эксперимент, он обнаружил, что хлорид серебра действительно разлагается, причем даже намного активнее, чем под действием видимого света. Данный вид излучения был назван ультрафиолетовым.
В настоящее время выделяют 4 типа ультрафиолетового излучения: ближний, средний, дальний и экстремальный.
Ближний ультрафиолетовый диапазон еще называют «черным светом» потому, что он не распознается человеческим глазом. Однако его можно обнаружить при отражении от некоторых объектов, так как он вызывает явление фотолюминесценции.
А вот для дальнего и экстремального диапазона часто используется термин «вакуумный», так как волны этого диапазона сильно поглощаются атмосферой Земли.
Основным источником ультрафиолетового излучения на Земле, как и в случае с инфракрасным излучением, является Солнце. Также естественными источниками ультрафиолетового излучения являются звезды и другие космические объекты.
Из искусственных источников ультрафиолетового излучения, можно выделить ртутно-кварцевые лампы, люминесцентные лампы дневного света, эксилампы, светодиоды и лазерные источники.
Сфера применения ультрафиолетового излучения в современном мире достаточно обширна. Например, для защиты документов и банкнот различных стран, их снабжают специальными ультрафиолетовыми метками, которые видны только в ультрафиолетовом свете.
Ультрафиолетовые лампы используются для дезинфекции воды, воздуха, помещений больниц и метро, а также различных поверхностей во всех сферах жизнедеятельности человека.
Многие минералы содержат вещества, способные светится под действием ультрафиолетового излучения, что позволяет использовать его для определения состава минералов.
Нередко данный вид излучения применяется и для ловли насекомых. Это связано в первую очередь с тем, что у большинства насекомых видимый диапазон смещен в коротковолновую область спектра. Поэтому насекомые не видят то, что человек воспринимает как красный цвет, зато прекрасно видят мягкое ультрафиолетовое излучение.
Стоит также отметить, что ультрафиолетовое излучение, наряду с инфракрасным, является одним из главных инструментов экспертов и реставраторов произведений искусств. Так, например, более свежий лак на картине в ультрафиолетовом свете выглядит темнее. Темнее выглядят и отреставрированные участки, и кустарные подписи.
– Инфракрасное излучение — это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и микроволновым радиоизлучением.
– Весь диапазон инфракрасного излучения делится на три основных составляющих — это коротковолновая, средневолновая и длинноволновая области.
– Ультрафиолетовое излучение — это электромагнитное излучение, занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями.
– Ультрафиолетовое излучение делят на подгруппы — это ближний, средний, дальний и экстремальный ультрафиолет.
– Инфракрасное и ультрафиолетовое, имеют обширные области применения в современном мире.