Доклад на тему ультрафиолетовое излучение

Обновлено: 04.07.2024

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 ·10 14 до 7·10 14 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 5·10 17 Гц. Начиная с этих частот и кончая частотами 10 19 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 ?, другие - к 3800, а третьи сдвигали ее даже до 3200 ?. 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.

Используется в люминесцентных лампах, люминесцентном анализе и дефектоскопии

Каждый день мы сталкиваемся с излучением, оказывающим на нас постоянное влияние, о значении которого мы можем и не догадываться. От коэффициента (мощности) излучения зависит его положительное или отрицательное влияние на человеческий организм. Иногда оно имеет фиолетовый цвет. Таким излучением является ультрафиолет.

Ультрафиолетовое излучение (также УФ-излучение, от лат. ultra — сверх, и violet — фиолетовый) — волны электромагнитного излучения, которые занимают диапазон между видимыми и рентгеновскими лучами. Длина волн измеряется в интервале частот от 10 до 400 нм. Кратко главную функцию УФ-лучей относительно человеческой жизни можно описать как обеззараживание поверхностей.

История открытия УФ-излучения тесно связана с открытием инфракрасного излучения, которое произошло в 1800 году. Немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер, обнаружив ИК-спектр свечения, продолжил поиски излучения на противоположном спектре.

УФ-спектр ученый обнаружил благодаря опыту разложения хлорида серебра на свету. Оказалось, что вещество быстрее разлагается под действием невидимого излучения фиолетового спектра, а разложение, идущее под излучением других спектров, идет медленнее.

Разные участки спектра по-разному влияют на скорость потемнения вещества.

Именно этот вывод немецкого физика привел ученый мир к пониманию неоднородности света.

Тогда был сделан вывод, о том, что свет состоит из трех компонентов:

инфракрасного компонента (окислительного или теплового);
видимого света (осветительного компонента);
ультрафиолетового компонента (восстановительного).

Спустя почти полвека после открытия УФ-спектра, в 1842 году, появились идеи о единстве трех различных частей света. Этому способствовали труда Александра Беккереля, Мачедонио Меллони и других ученых-исследователей.

Современные исследователи выделяют три подтипа УФ-излучения, каждый из которых используется для разных нужд. Одним из способов применения УФ-лучей в жизни является применение в быту (УФ-лампы для обычного освещения и с оздоровительными целями; обеззараживание воды, воздуха, различных поверхностей). Также использование ведется в сельском хозяйстве (для выращивания растений, насыщения их витаминами); в практической и косметической медицине; криминалистике; при синтезе новых веществ; на производствах, на предприятиях пищевой промышленности.

Стоит отметить, что переизбыток УФ-излучения также является опасным для человека, какими бы полезными свойствами оно не обладало.

Бактерицидный УФ разрушает РНК и ДНК, приводя к мутациям, в том числе в человеческом геноме. Это приводит к необратимым последствиям изменения человеческой природы.

Даже несмотря на то, что человек появился и эволюционировал под воздействием Солнца и ультрафиолетового излучения, некоторые части нашего тела подвержены большей опасности, чем ороговевший слой эпидермиса. Слизистые — например, поверхность глаза, — должны быть защищены от УФ-лучей, для избегания ожогов и различных заболеваний глаза.

СЛОЖНА-А-А 🙀 Ты же знаешь, что если не разобраться в теме сейчас, то потом придется исправлять оценки. Беги на бесплатное онлайн-занятие с репетитором (подробности тут + 🎁).

Источники ультрафиолета

Источники ультрафиолета можно разделить на 3 типа:

природные;
искусственные;
лазерные.

Природные источники УФ-излучения включают множество источников, но самым главным среди них является Солнце. Лучи, достигающие Землю, находятся в разном соотношении по подтипам, что зависит от факторов:

степень отражения лучшей от поверхностей разных типов (воды, почвы и др.);
состояние облачного покрова и степень его интенсивности;
атмосферное рассеивание;
высота поверхности над уровнем моря;
высота Солнца относительно линии горизонта;
концентрация плотности озонового слоя, рост количества озоновых дыр и их состояние над определенным типом поверхности.

Искусственные источники ультрафиолета появились благодаря развитию науки и техники. Как только люди стали понимать плюсы от использования УФ-лучей, они стали пытаться получить их как можно больше.

На сегодняшний день номенклатура искусственных источников УФ-излучения очень велика и насчитывает более 80 видов. Их классификация происходит в соответствии с диапазонами спектра:

Лазерные источники обладают большой интенсивностью и позволяют получать излучение высокой интенсивности. Данный тип источников УФ-лучей характерен для медицины, биотехнологий, науки, где требуется точечное применение.

В УФ-лазерах для создания активной среды используются инертные газы, специальные газы, органические сцинтилляторы, свободные электроны.

Подтипы УФ излучения

Современные исследователи разделяют УФ-излучение на три подтипа:

УФ-А — ближний ультрафиолет;
УФ-Б — средний спектр;
УФ-С — дальний спектр.

Свойства УФ-излучения делятся на положительные и отрицательные по отношению к воздействию на человека.

Свойства и характеристики УФ-излучения:

невидимо без использования специальных устройств;
обладает всеми свойствами электромагнитных волн (отражением, интерференцией, дифракцией);
высокая химическая активность лучей;
способность ионизировать воздух;
большая проникающая способность;
антибактериальное воздействие — УФ-лучи способны уничтожать микроорганизмы (как положительно, так и отрицательно влияющие на человека). Отсутствие контроля может привести к облучению и повышенной радиации;
выработка витамина Д в организме человека и нормализация эмоционального состояния;
вызывает люминесценцию ряда материалов;
приводит к химическим изменениям во многих пластических материалах.

Молодец! Раз ты дочитал это до конца, вероятно, ты все отлично усвоил. Но если вдруг что-то еще непонятно - попробуй онлайн-занятие с репетитором (подробности тут + 🎁).

I. Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 103 м (радиоволны) до 10-8 см (рентгеновские лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее, именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.

Ультрафиолетовое излучение — невидимое глазом электромагнитное излучение, занимающее область между нижней границей видимого спектра и верхней границей рентгеновского излучения. Длина волны УФ — излучения лежит в пределах от 100 до 400 нм (1 нм = 10-9 м). По классификации Международной комиссии по освещению (CIE) спектр УФ — излучения делится на три диапазона:

UV-A — длинноволновое (315 — 400 нм.)

UV-B — средневолновое (280 — 315 нм.)

UV-C — коротковолновое (100 — 280 нм.)

II. Свойства: Высокая химическая активность, невидимо, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благотворно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное биологическое воздействие: изменения в развитии клеток и обмене веществ, действие на глаза.

III. В современном мире ультрафиолетовое излучение находит самое широкое применение в различных областях:

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Применение ультрафиолетового излучения в медицине связано с тем, что оно обладает бактерицидным, мутагенным, терапевтическим (лечебным), антимитотическим и профилактическим действиями, дезинфекция; лазерная биомедицина

В косметологии ультрафиолетовое облучение широко применяется в соляриях для получения ровного красивого загара. Дефицит ультрафиолетовых лучей ведет к авитаминозу, снижению иммунитета, слабой работе нервной системы, появлению психической неустойчивости.

Ультрафиолетовое излучение оказывает существенное воздействие на фосфорно-кальциевый обмен, стимулирует образование витамина D и улучшает все метаболические процессы в организме.

3) Пищевая промышленность.

Обеззараживания воды, воздуха, помещений, тары и упаковки УФ излучением

Следует подчеркнуть, что использование УФИ как физического фактора воздействия на микроорганизмы может обеспечить обеззараживание среды обитания в очень высокой степени, например до 99,9%.

4) Сельское хозяйство и животноводство.

Нужна помощь в написании доклада?

Технология формования полимерных изделий под действием ультрафиолетового излучения (фотохимическое формование) находит применение во многих областях техники. В частности, эта технология широко применяется в полиграфии и в производстве печатей и штампов.

Ученые разработали технологию, позволяющую обнаруживать малейшие дозы взрывчатых веществ. В приборе для обнаружения следов взрывчатых веществ используется тончайшая нить (она в две тысячи раз тоньше человеческого волоса), которая светится под воздействием ультрафиолетового излучения, но всякий контакт со взрывчаткой: тринитротолуолом или иными используемыми в бомбах взрывчатыми веществами, прекращает ее свечение. Прибор определяет наличие взрывчатых веществ в воздухе, в воде, на ткани и на коже подозреваемых в преступлении

Освещение, световые эффекты.

IV. Источники УФ излучения:

— излучается всеми твердыми телами, у которых t>1000оС, а также светящимися парами ртути.

— звезды (в т.ч. Солнце).

Нужна помощь в написании доклада?

— газоразрядные лампы с трубками из кварца (кварцевые лампы), ртутные;

V. Воздействие на человека.

Существует ряд эффектов, возникающих при воздействии УФ-излучения на организм человека, которые могут приводить к ряду серьезных структурных и функциональных повреждений. Как известно, эти повреждения можно разделить на:

Нужна помощь в написании доклада?

— вызванные большой дозой облучения, полученной за короткое время (например, солнечный ожог). Они происходят преимущественно за счет лучей UVB, энергия которых многократно превосходит энергию лучей UVA.

— вызванные длительным облучением умеренными дозами. Они возникают преимущественно за счет лучей спектра UVA, которые несут меньшую энергию, но способны глубже проникать в кожу, и их интенсивность мало меняется в течение дня и практически не зависит от времени года.

VI. Жесткое ультрафиолетовое излучение могло быть именно тем фактором, который заставил первые органические молекулы соединяться вместе для создания РНК — рибонуклеиновой кислоты, которая считается основой жизни. Но, не будь озонного слоя, все живое на земле исчезло бы под действием солнечной радиации, в состав которой входит и УФ- излучение.

Одним из видов электромагнитного излучения является ультрафиолетовое (УФ). Являясь не самым мощным излучением Солнца, УФ-излучение тем не менее играет достаточно большую роль в формировании условий на Земле. Познакомимся со свойствами и применением УФ-излучения.

Свойства ультрафиолетового излучения

Итак, ультрафиолетовое излучение (УФ) — это один из видов электромагнитных волн. На шкале излучений оно располагается между видимым светом и рентгеновскими лучами.

Длина волны ультрафиолетового излучения лежит в пределах от 10 до 400 нм, что соответствует частотам от $3×10^$ до $7.5×10^$Гц. В длинноволновой области УФ-излучение граничит с видимым светом. В коротковолновой — с рентгеновским излучением.

Рис. 1. Шкала электромагнитных волн.

Длина волны УФ-излучения сравнима с расстояниями между атомами и молекулами в веществе, поэтому УФ-излучение обладает достаточно высокой химической активностью. Многие химические реакции требуют УФ-облучение для нормального хода. Большинство фотоматериалов и фотодатчиков весьма чувствительны к УФ-спектру.

Объясняется это тем фактом, что энергия кванта излучения определяется простой формулой:

То есть энергия кванта пропорциональна частоте излучения $\nu$, и, поскольку частота УФИ-излучения выше, чем частота видимого света, то и энергия кванта у него выше.

Рис. 2. Озоновый слой Земли.

Использование УФ-излучения

Поскольку до поверхности Земли доходит небольшая часть солнечного УФ-излучения, далеко не все живые существа на Земле выработали рецепторы, воспринимающие эту часть спектра. Более того, большая доза ультрафиолета губительна для живых организмов.

Эта особенность УФ-излучения лежит в основе кварцевых ламп, которые используются в медицинских учреждениях для обеззараживания помещений. Кварцевая лампа устроена примерно так же, как обычная люминесцентная лампа, — это трубка, наполненная парами ртути, которые при пропускании сквозь них электрического тока начинают излучать в УФ-диапазоне. Но если в обычных люминесцентных лампах это излучение полностью задерживается стеклом трубки, а светится люминофор, которым покрыта трубка изнутри, то кварцевые лампы не имеют люминофора, а состоят из специального кварцевого стекла, пропускающего УФ-лучи. В результате кварцевая лампа слабо светит в видимом диапазоне, но мощность УФ-лучей у нее достаточна, чтобы уничтожать большинство микроорганизмов в помещении.

Кварцевые лампы специальных типов используются в медицине в лечебных целях: точно дозируя силу УФ-излучения, можно, к примеру, уничтожать кожные новообразования, не повредив живые ткани.

Небольшие дозы УФ-излучения являются даже полезными для человека: под их действием в коже вырабатывается витамин $D_2$, необходимый для формирования костей и для стимуляции нервной системы.

Также УФ-излучение используется при специальной фотосъемке, которая позволяет видеть некоторые особенности объектов, невидимые в обычных лучах, проводить измерения, невозможные при обычном освещении.

Рис. 3. Кварцевая бактерицидная лампа.

Что мы узнали?

Ультрафиолетовое излучение (УФ) — это электромагнитная волна, имеющая длину от от 10 до 400 нм, лежащая на шкале электромагнитных волн между видимым светом и рентгеновскими лучами. УФ-излучение имеет большую химическую активность и обладает бактерицидным эффектом.

Читайте также: