Видиме випромінювання: застосування в медицині і в житті, джерела, властивості, ким і коли відкрито

Ви оточені електромагнітними хвилями. Вони скрізь! Від світла, який ви можете бачити, до ультрафіолету, що проходить через ваше вікно від сонця. Навіть якщо б ви спробували, ви не змогли б уникнути хвиль. Але знову ж таки, навіщо вам це потрібно? Навіщо уникати, якщо це можна застосовувати? Що таке видиме випромінювання, ким і коли відкрито? Як воно впливає і де застосовується?

Світлові хвилі

Термін «світлові хвилі» може використовуватися по-різному різними людьми. Фізики схильні недбало використовувати його на одному рівні з електромагнітними. Отже, в чому різниця? Електромагнітні хвилі (електромагнітне випромінювання) являють собою хвилі, створювані коливальними магнітними та електричними полями, і включають радіохвилі, мікрохвилі, інфрачервоні, видимі ультрафіолетові, рентгенівські і гамма-промені. Як і всі хвилі, вони несуть енергію, і ця енергія може бути дуже високої інтенсивності (наприклад, електромагнітні хвилі, які ми отримуємо від сонця).

При погляді на спектр видимого світла синім кінцем електромагнітного спектра є висока частота, висока енергія і коротка довжина хвилі. Червоний кінець електромагнітного спектра, являє собою низькочастотну, малу енергію і більшу довжину хвилі. Світло це лише частина електромагнітного спектра, частина, яку можуть бачити наші очі. Які сфери застосування видимого випромінювання, крім тієї, яка дозволяє людині бачити все навколо?

Різні типи світлових хвиль

Радіохвилі знаходяться на червоному кінці електромагнітного спектру. Червоний кінець також є найменшою енергією, найнижчою частотою і найбільшою довжиною хвилі. Радіохвилі в основному використовуються в комунікаціях, для передачі сигналів від одного місця до іншого. Радіостанції використовують радіохвилі, як і стільникові телефони, телевізори і бездротові мережі. З-за великої довжини хвилі радіохвиль вони можуть відскочити від іоносфери Землі, дозволяючи радіостанціям передавати свої радіопередачі на великі відстані, не перебуваючи в прямій видимості всіх своїх слухачів.

Мікрохвилі є найближчими до червоного кінця спектра. Ймовірно, ви можете здогадатися, що мікрохвилі використовуються в наших кухонних мікрохвильовки для приготування їжі. Вони мають досить високу енергію, щоб збільшити рух молекул у вашій їжі, не іонізуючи атоми. Це важливо, тому що це означає, що їжа буде тільки нагріватися, – її хімічний склад залишиться незмінним.

Інфрачервоний має довжину хвилі трохи більше, ніж наші очі можуть виявити. Тіло людини має температуру, яка виробляє випромінювання в цій частині спектру, і тому інфрачервоні детектори можуть використовуватися як камери нічного бачення. ІК-порт також використовується пультом дистанційного керування для надсилання сигналів на телевізори та інше аудіо — та відеообладнання.

Видиме світло – це частина електромагнітного спектра, який наші очі можуть виявити, і та частина, з якої ми найбільше знайомі в нашому повсякденному житті. Він вважається таким, що перебуває в «середині» електромагнітного спектра, хоча це досить довільно.

Ультрафіолет (часто скорочується до УФ) направляється в синю сторону електромагнітного спектра, який є високоенергетичної і більш короткою хвильовий стороною. Ультрафіолетове випромінювання дуже коротку довжину хвилі, щоб наші очі могли його знайти. УФ-хвилі є досить високою енергією, тому вони здатні іонізувати атоми, руйнуючи молекулярні зв’язки і навіть молекули ДНК. З цієї причини УФ викликає сонячний опік і навіть рак шкіри. Більшість шкідливих ультрафіолетових хвиль Сонця поглинається атмосферою (особливо азотом) і озоновим шаром, але досить велика його частина потрапляє на землю. Тому варто бути обережними і використовувати сонцезахисний крем і сонячні окуляри.

Рентгенівське випромінювання має дуже високу енергію і подібно УФ може іонізувати атоми в тілі і завдавати шкоди. Однак на правильних довжинах хвиль і в правильних кількостях їх можна використовувати безпечно, не пошкоджуючи тканини тіла, щоб створити, наприклад, знімки грудної клітки. Також рентгенівські телескопи корисні при дослідженні астрофізики.

Що таке видиме світло і як його можна використовувати?

Яке застосування видимого випромінювання? Щоб відповісти на це питання, потрібно спочатку дати визначення цьому терміну. Видиме світло – це електромагнітне випромінювання, викликане фотонами, вражаючими поверхню і поглощаемыми електронами матеріалу, при цьому випромінюється колір, який має найменшу швидкість поглинання. Наприклад, червоні вогнегасники, тому що частинки фарби поглинають зелену частоту краще, ніж червону.

340-750 нм – довжина хвилі видимого спектру. Завдяки цим знанням можна створити діоди, що випромінюють світло на певних частотах. Одним із застосувань видимого світла є світлофор. Видиме світло – будь-яка електромагнітна хвиля (або фотон як квантовий еквівалент), яка лежить в області синього і червоного кольорів спектру. Він має безліч застосувань. Видиме світло використовується як джерело світла, який можна побачити людським оком. Це лазери, вільна космічна зв’язок, зброю, сигналізація, освітлення.

Він також використовується в якості сигнатурной емісії деяких атомних і хімічних реакцій, що дозволяє ідентифікувати присутність різних матеріалів, тому використовується у судовій експертизі та медицині. Видиме світло – це електромагнітне випромінювання в діапазоні частот від 430 до 770 ТГц, що відповідає довжинам хвиль від 390 до 700 нм. Це діапазон електромагнітного випромінювання, який може бути отриманий очима тварин і людини. Еволюція, ймовірно, обладнала тварин органом для отримання цього діапазону випромінювання. Видиме світло являє собою максимальну інтенсивність сонячного випромінювання, і він досить короткохвильової. Також він не пошкоджує живі клітини, на відміну від, наприклад, УЛЬТРАФІОЛЕТОВИХ, рентгенівських або гамма-променів.

Видиме світло – це електромагнітна хвиля

Зазвичай спостережуваний світ являє собою комбінацію різних кольорових світлових хвиль. Ці різні кольори світла обумовлені різними частотами світла. Видиме світло має багато застосувань в оптиці, матеріалознавстві, конденсованому речовині, лазерних науках, різних галузях промисловості, які використовують цей світ для експериментів і кожен день. Прикладами є екрани проекторів, лазерний промінь, який використовується в шоу, або покажчик, камера і так далі.

Світло – це частина електромагнітного спектра, до якого чутливі наші очі. Головне застосування видимого світла – це здатність бачити речі своїми очима. Випромінювання спектру передається хвилями або частками на різних довжинах хвиль і частотах. Цей широкий діапазон довжин хвиль відомий як електромагнітний спектр. Цей спектр класично розділений на сім областей у порядку зменшення довжини хвилі і збільшення енергії та частоти. Наші очі можуть виявити тільки крихітну частину електромагнітного спектра, звану видимим світлом.

Так працюють лампочки: електричний струм нагріває лампову нитку приблизно до 3000 градусів, і вона світиться гарячим світлом. Поверхня Сонця становить близько 5600 градусів і виділяє багато світла. Білий світ фактично складається з цілого ряду кольорів, змішаних один з одним. Це можна побачити, якщо пропустити білий світ через скляну призму. Компакт-диски зчитуються лазерним випромінюванням. Лазери використовуються в компакт-дисках і DVD-плеєрах, де світло відбивається від крихітних ямок на диску, при цьому відбувається перетворення у звук або дані. Лазери використовуються в лазерних принтерах і в системах прицілювання літаків.

Небезпеки видимого світла

Видимі світлові хвилі – єдині електромагнітні хвилі, які може побачити людське око. Люди бачать їх як кольори веселки, кожен з яких має свою довжину хвилі. Червоний має найдовшу, а фіолетовий – найкоротшу. Коли всі хвилі видно разом, вони створюють білий світ. Конуси в очах є приймачами для цих крихітних хвиль видимого світла. Сонце є природним джерелом видимих світлових хвиль, і очі бачать відображення цього сонячного світла від навколишніх об’єктів. Колір об’єкта, що бачить людина, це колір відбитого світла. Всі інші кольори поглинаються.

Занадто велика випромінювання може пошкодити сітківку ока. Це може статися, якщо ви подивитеся на щось дуже яскраве, наприклад на Сонці. Хоча пошкодження можна вилікувати, але якщо вплив видимого випромінювання є сильним і постійним, це може мати незворотні наслідки.

Видиме випромінювання: джерела, властивості, застосування

Лампочки – ще одне джерело видимих світлових хвиль. А ще лазери. Хто його відкрив? Альберт Ейнштейн (1917) запропонував механізм стимульованого випромінювання – принцип дії лазера. Відкриття спонтанного випромінювання Ейнштейна (процес, що відбувається в атомах) спонукало його розвинути ідею стимуляції світлодіодів. У 1950-х роках дослідники запропонували конструкції пристрою, яке стимулювало б випромінювання для підсилення світла. Перший лазер був побудований Теодором М. Майманом В 1960 році.

Як проводиться лазер?

Штучний процес включає в себе наступне:

  • Джерело енергії.
  • Активне середовище.
  • Оптична порожнину.

Активне середовище поглинає енергію з джерела, зберігає її і вивільняє її як світло. Щось із цього світла запускає інші атоми, щоб вивільнити їх енергію, тому до запущеного додається ще більше світла. Дзеркала в кінці оптичної порожнини відбивають світло назад в активне середовище, і процес починається знову, змушуючи світ посилюватися і викликаючи його частина у вигляді вузького променя лазера. Для збільшення світлового випромінювання в збудженому стані повинно бути більше атомів, ніж було спочатку. Це називається інверсією даних. Це стан не відбувається при нормальних умовах. Тому цього процесу повинні допомогти штучні технології, а не природа.

Лікарський засіб

Застосування видимого випромінювання в медицині – це звичайна справа. Лазери використовуються в мікрохірургічних процедурах, таких як виконання невеликих точних розрізів, операцій на печінці та капілярної хірургії, що призводить до невеликої втрати крові. Лазери використовуються в офтальмології (видалення катаракти та корекція зору), дерматології (видалення татуювань і шрамів), стоматології (очищення порожнини), онкології (лікування раку шкіри).

Якої можна привести приклад застосування видимого випромінювання в медицині? Світлотерапія також використовується для полегшення сезонного афективного розладу, регулює ваші внутрішні біологічні годинники (добові ритми) і впливає на настрій. Терапевтичне застосування світла і кольору також досліджується в багатьох лікарнях і дослідницьких центрах по всьому світу. Результати поки показують, що повний спектр, ультрафіолетовий, кольоровий і лазерний світло можуть мати терапевтичне значення для низки умов – від хронічного болю і депресії до імунних розладів.

Видиме випромінювання: ким і коли відкрито?

Першим пояснив виникнення спектра (цей термін було вжито вперше в 1671 році) видимого випромінювання Ісаак Ньютон у своїй праці «Оптика» і Йоганн Гете у своїй роботі «Теорія квітів». Що таке видиме випромінювання? Ким і коли відкрито? Також подібними дослідженнями займався Роджер Бекон, який спостерігав за спектром у склянці води задовго до Ньютона і Гете.

Застосування в житті видимого випромінювання дає можливість бачити що-небудь взагалі. Світло рухається, як хвиля, відскакуючи від об’єктів, щоб люди могли їх бачити. Без цього всі були б у повній темряві. Але у фізиці світло може ставитися до будь-якої електромагнітної хвилі: радіохвилям, мікрохвилям, інфрачервоному, видимому, ультрафіолетовому, рентгенівському випромінюванню або гамма-променів.