Энергетические характеристики электромагнитной волны

Энергетические характеристики электромагнитных волн по 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:

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

Поток энергии (Ф) - величина, равная энергии, переносимой электромагнитной волной через данную поверхность за единицу времени:

На границе атмосферы Земли среднегодовое значение I солнечного света составляет 1,370 кВт/м² (солнечная постоянная). Эта интенсивность обеспечивает все процессы, которые протекают за счет солнечной энергии.

Шкала электромагнитных волн

Из теории Максвелла вытекает, что различные электромагнитные волны имеют общую природу. Однако свойства волн различной частоты существенно различаются. В физике принята следующая классификация электромагнитных волн. Вся шкала условно подразделена на несколько диапазонов, указанных в табл. 1 и на рис. 2.

Таблица 1. Классификация электромагнитных волн

 

Рис. 2. Шкала электромагнитных волн

Обратим внимание на то, что каждый диапазон (кроме видимого света) имеет область перекрытия с соседними диапазонами. Это связано с тем, что волны одной и той же длины могут образовываться в разных процессах.

Влияние волн различных диапазонов на человека. Волны радиодиапазона

Радиоволны, 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 ткани 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

Это 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.

Видимый свет

На долю видимого света приходится до 48 % излучения Солнца и 15 % излучения искусственных источников. Видимый свет необходим для нормальной жизнедеятельности человека - с его помощью организм получает свыше 90 % информации о внешнем мире. Диапазон видимого света делится на поддиапазоны, соответствующие основным цветам (табл.2).

Таблица 2. Длины волн основных цветов видимого света

Ультрафиолетовое излучение

Область ультрафиолетового излучения начинается у фиолетовой границы видимого света и перекрывается с длинноволновым рентгеновским излучением. УФ-излучение оказывает заметное воздействие на кожные покровы, инициируя фотохимические и фотобиологические реакции.

Рентгеновское излучение и γ-излучение

Рентгеновское излучение, используемое в медицине, создают с помощью рентгеновских трубок. Источником гамма-излучения являются радиоактивные изотопы. Их свойства подробно рассматриваются в лекциях «Рентгеновское излучение» и «Радиоактивность».