Ультрафиолетовое излучение и его свойства

Ультрафиолетовое излучение и его свойства.

1. Спектр электромагнитных излучений.



Электромагнитные волны в принципе могут иметь любую частоту от нуля до бесконечно большой. Классификация электромагнитных волн по частотам называется спектром электромагнитных волн. Такой электромагнитный спектр показан на рисунке 1. Электромагнитные волны с очень низкими частотами (всего несколько герц) не имеют практического значения и поэтому генерируются сравнительно редко. Неизбежно, однако, излучение электромагнитных волн линиями электропередач переменного тока (обычно с частотой 50 Гц). Это излучение рассматривается как потеря энергии.

Электромагнитные волны с частотой, превышающей несколько тысяч герц, называются радиоволнами. Широковещательная полоса частот лежит в окрестности 1 МГц. Телевизионная полоса (видеочастоты) начинается примерно при 50 МГц. Затем идут ультравысокие частоты (УВЧ), за которыми следуют сверхвысокие частоты (СВЧ).

Электромагнитные волны с самыми высокими частотами, излучаемые электронными генераторами, называются микроволнами. Их длина волны составляет несколько сантиметров или даже миллиметров.

Электромагнитные волны с еще более высокими частотами могут излучаться молекулярными и атомными генераторами. Эти частоты соответствуют инфракрасному излучению. Электромагнитное излучение в диапазоне частот от 4,3 ·1014 до 7·1014 Гц лежит в области чувствительности человеческого глаза, это видимый свет. Электромагнитные волны с еще более высокими частотами невидимы человеческим глазом и называются ультрафиолетовым излучением. Диапазон ультрафиолетовых частот простирается вплоть до  5·1017 Гц. Начиная с этих частот и кончая частотами 1019 Гц лежит область рентгеновского излучения. Электромагнитное излучение с еще более высокими частотами называется гамма-излучением.



Рис. 1. Шкала электромагнитных излучений

2. Открытие ультрафиолетового излучения

Спектр лучей, видимых глазом человека не имеет резких, четко определенных границ. Со стороны фиолетового цвета одни исследователи относили границу к 4000 Å, другие - к 3800, а третьи сдвигали ее даже до 3200 Å. Очевидно, это объясняется различной световой чувствительностью глаза и свидетельствует о наличии области лучей, не видимых глазом человека.

Когда чувствительный термометр помещен в область спектра видимых лучей, он показывает значительное повышение температуры. Что же произойдет, если передвинуть термометр за пределы видимого спектра? Такие опыты были поставлены в начале XIX века английским астрономом У. Гершелем. После многократно проведенных исследований он обнаружил, что за границей красного цвета термометр показывает повышение температуры с определенным максимумом. Это послужило для ученого доказательством существования новых лучей, названных впоследствии инфракрасными.

А что происходит за фиолетовой, коротковолновой границей спектра? И здесь под влиянием невидимых лучей обнаружено повышение температуры. Правда, выражено оно значительно слабее, чем за красной границей спектра, и скептики пытались подвергнуть сомнению существование таких лучей.  Когда же в качестве чувствительного приемника света немецкий физик И. Риттер и английский ученый У. Уоластон использовали в 1801 году фотопластинку, реальность новых лучей, названных ультрафиолетовыми, стала неоспоримой. За фиолетовой границей спектра фотографическая пластинка чернеет даже быстрее, чем под влиянием видимых лучей. Поскольку почернение фотопластинки происходит в результате фотохимической реакции, ученые пришли к выводу, что ультрафиолетовые лучи весьма активны.

3. Источники ультрафиолетового излучения и его основные свойства

Источники ультрафиолетового излучения условно можно разделить на естественные и искусственные. К естественным источникам относится Солнце и другие небесные светила, разряды молнии. К искусственным - электрическая дуга с угольными электродами или содержащими металлы в виде примесей или стержней, специальные газоразрядные лампы (например, ртутно-кварцевая лампа типа ПРК), водородные, бактерицидные, ксеноновые, люминесцентные, лампы-фотовспышки.

Ультрафиолетовое излучение обнаруживается с помощью фотоэлементов, фотоумножителей, люминесцентных веществ. В таблице 1 приведены основные свойства ультрафиолетового излучения и примеры его технического применения.

Таблица 1

Свойства УФ-излучения

Техническое применение

Вызывает люминесценцию

Используется в люминесцентных лампах, люминесцентном анализе и дефектоскопии

Вызывает фотоэффект

Применяется в промышленной электронике и автоматике

Вызывает фотохимические реакции

Применяется в текстильном производстве

Производит бактерицидное действие

Используется для стерилизации воздуха в промышленных помещениях и в медицинской практике

Вызывает эритему

Применяется в профилактике заболеваний и лечении

4. Использование ультрафиолетового излучения человеком

В предыдущих параграфах уже были приведены примеры использования человеком ультрафиолетового излучения. Но ультрафиолетовый свет имеет еще много полезных применений.

Ультрафиолет – верный помощник человека в сельском хозяйстве. С помощью ультрафиолетового облучения семян некоторых растений удается получить мутации, из числа которых можно отобрать особи, обладающие ценными хозяйственными качествами. Особый интерес представляет применение ультрафиолета в животноводстве. В осенний, зимний и весенний периоды, когда домашний скот и птица начинают ощущать недостаток света, особенно ультрафиолетового. Коровы начинают давать меньше молока, куры – яиц, учащаются случаи яловости, потомство рождается более слабым. Все это происходит потому, что в крови скота и птицы уменьшается количество гемоглобина, эреироцитов, белка и кальция.

Выход из положения ясен: недостаток ультрафиолетового излучения нужно восполнять искусственно. Однако следует иметь в виду, что ошибки при назначении дозы облучения, невнимание к таким вопросам, как спектральный состав света ультрафиолетовых ламп, высота подвески над стойлами животных, длительность их горения и т.п. могут вместо пользы принести вред. На службу людям поставлена еще одна удивительная особенность ультрафиолетовых лучей. Многие насекомые, в большинстве своем вредители, «видят» ультрафиолетовые лучи и непреодолимо стремятся к ним. Используя эту особенность насекомых, в некоторых странах (Япония, США, Югославия и др.) для массового истребления насекомых-вредителей успешно применяют ультрафиолетовые лампы.

Литература

Барабой В. А. Солнечный луч. М.: Наука, 1976.

Детская энциклопедия. Вещество и энергия, т. 3. М.: Просвещение. 1966.

Орир Д. Популярная физика. М.: Мир, 1989.

Резников Л. И. Физическая оптика. М.: Просвещение. 1971.