Mikrosvět

* Gamma č. 047 (Výpravy do mikrosvěta (VIII.))

Vydáno dne 08. 02. 2006 (3382 přečtení)

Výpravy do mikrosvěta (VIII.) - elektromagnetické záření (II.)

V pondělním asi dost těžkém čísle (slibuju, že od teďka už to bude mnohem lehčí) jsme si řekli, že kvantum elektromagnetického záření - foton - je spojeno s příčně kmitajícím vektorem elektromagnetického pole, a jelikož rychlost fotonu v daném prostředí je vždy stejná, délka takto vzniklé vlny je dána výhradně rychlostí kmitání tohoto vektoru. A teď se podíváme, co se bude dít, když budeme tuto vlnovou délku postupně měnit.



Atom


Má-li elektromagnetické záření vlnovou délku řádově kilometr a víc, jedná se o takzvané dlouhé rádiové vlny. Vlnění má mimo jiné tu vlastnost, že se dokáže ohnout kolem překážek, jejichž rozměry jsou aspoň o řád větší než délka příslušné vlny; proto se dlouhé vlny dokáží ohýbat kolem zemského povrchu a šířit se na velmi dlouhé vzdálenosti.


Při délkách nad sto metrů se jedná o střední vlny; ty se také dokáží šířit v podstatě na druhý konec světa, ale díky o něco větší frekvenci jsou odolnější proti rušení atmosférickým šumem.


Délka řádově desítek metrů charakterizuje krátké vlny; ty už mají příliš krátkou vlnovou délku, než aby se dokázaly ohýbat kolem zemského povrchu, zato se díky tomu odrážejí od ionosféry ve vysokých výškách - vrstvy s vysokou koncentrací elektricky nabitých iontů (atomů s přebývajícími nebo chybějícími elektrony - viz Gammu 032), která se vůči krátkovlnnému záření chová jako zrcadlo. Ta část krátkovlnného signálu, která míří od vysílače vzhůru, se odrazí ionosféry, pak od zemského povrchu a znovu dokola, na vzdálenost až tisíců kilometrů. Nevýhodou je skutečnost, že ionosférická odrazná vrstva rychle mění hustotu i výšku, takže příjem krátkovlnného signálu je velmi nestabilní.


Na vlnách dlouhých zhruba od 3 do 5 metrů (108 - 67 Mhz) vysílají VKV stanice, takové ty dnešní ?ef em šedesát pět celých devět rádio plné nesmyslů, zavolejte nám co si myslíte o tom co nikoho nezajímá?. Velmi krátké vlny těchto délek se už dokáží od přímého směru odchýlit jen málo a mimo bezprostřední blízkost vysílače se dají přijímat v podstatě jen na přímou viditelnost. Výhodou vysoké frekvence těchto vln je velká přenosová kapacita a možnost odfiltrování atmosférického šumu pomocí frekvenční modulace (o tom případně někdy jindy, bude-li zájem).


Vlnové délky něco přes metr používá televize, která pro přenos zvuku i obrazu potřebuje ještě vyšší přenosovou kapacitu a tím i vyšší frekvenci.


Metrové vlny se používaly za druhé světové války ke konstrukci prvních primitivních radarů. Radar využívá skutečnosti, že vlny se odrážejí od elektricky vodivých předmětů, jejichž příčný rozměr je významně větší než délka vlny; pomocí metrových vln bylo možno zjišťovat obrysy měst při nočním bombardování a polohu námořních lodí, ale k zaměřování ponorek nebo letadel představovaly metrové vlny příliš hrubý nástroj. Jakmile byla proto zvládnuta technologie zpracování ještě vyšších frekvencí, přešlo se na decimetrové vlny; dnešní radary pak pracují na centimetrových délkách.


V oblasti okolo milimetrových délek mluvíme o mikrovlnách, se kterými pracují mikrovlnné trouby; princip jejich činnosti spočívá v indukování (vybuzení) střídavých proudů v celém objemu ohřívané potraviny pomocí vysokofrekvenčního elektromagnetického pole (proto se do mikrovlnky nesmějí dávat vodivé předměty nebo talíře s pozlacenými okraji, kde se indukují velké zkratové proudy a dochází k prudkému ohřevu).


Na vlnových délkách řádu mikrometrů (tisíciny milimetru) se jedná o neviditelné infračervené záření, které je nejúčinnějším přenašečem tepelné energie Horká kamna září v neviditelném infračerveném oboru: toto záření cítíme i na krátkou vzdálenost svou kůží a vnímáme ho jako sálání tepla.


Zkrátíme-li vlnovou délku na hodnoty pod jedním mikrometrem, dostáváme se už do oblasti viditelného světla, jehož spektrum začíná červeným světlem na 960 nm (1 nanometr = milióntina milimetru) a pokračuje přes oranžové, žluté, zelené a modré světlo až k fialovému na 380 nm. To je vlnový obor, pro jehož vnímání jsou uzpůsobeny světločivné buňky sítnice lidského oka. (Proč zrovna pro tento rozsah? Protože na těchto frekvencích září Slunce nejsilněji, takže tento druh elektromagnetických vln byl pro živočichy odjakživa nejlepším nástrojem prostorové orientace a rostlinám zdrojem energie pro fotosyntézu).


Tady také vidíme jednoduché vysvětlení, proč se kamna rozpálí do ruda: když je pořádně roztopíme, energie jimi vyzařovaných fotonů roste a vlnová délka se naopak zkracuje, takže přechází z oboru neviditelného infračerveného záření do oblasti viditelného, temně rudého světla. Budeme-li zvyšovat teplotu ještě dál, s krátící se vlnovou délkou vyzařovaných fotonů se bude barva měnit přes višňově rudou a oranžovou až k modravé a nakonec jasně bílé záři (protože bílé světlo je směsí všech viditelných vlnových délek).


Námi viditelné světlo není jedinou možností orientace; vojáci už dávno používají v noci infračervené brýle, které převádějí infrazáření na viditelné světlo, a vidí tak předměty v odstínech závislých na jejich teplotě. Plazi, kteří v noci vyhledávají teplá těla svých savčích kořistí, se tuhle fintu naučili o pár desítek miliónů let dřív.


Oblast od 380 nm do cca 10 nm se označuje jako ultrafialové záření. Fotony s takovou energií už pronikají do nepatrné hloubky pod kůži, aktivují ochranný pigment a způsobují zhnědnutí kůže (opalování). Silné ultrafialové záření má dezinfekční účinky a všeobecně je nebezpečné; může způsobit zánět spojivek až oslepnutí, případně rakovinu kůže (protože proniká až do jader kožních buněk a rozbíjením molekul v řetězci kyseliny deoxyribonukleové poškozuje genetickou informaci).


Zkrátíme-li vlnovou délku ještě víc, do rozmezí 10 - 0.1 nm, dostaneme rentgenové záření, pojmenované po svém objeviteli Röntgenovi (v anglosaských zemích dříve označované jako X-rays, paprsky X). Fotony rentgenového záření v podstatě bez odporu pronikají měkkými materiály, jako například lidským tělem; toho se využívá k lékařským vyšetřením a takzvané neinvazivní diagnostice v nejrůznějších oborech (na stejném principu pracují například letištní detektory pro prohlížení zavřených kufrů).


Na samém okraji vysokoenergetického konce spektra se nachází tvrdé gamma - záření, představované proudem fotonů s nejvyšší energií, pronikajících i hustými materiály. Zdrojem takovýchto fotonů jsou exotické vesmírné objekty s extrémní energií, výbuchy jaderných zbraní a nukleární reakce ve výkonných fyzikálních urychlovačích. Gamma-záření je životu nebezpečné i v malé intenzitě; bez odporu proniká lidským tělem a působí rozsáhlé genetické škody v celém jeho objemu. (Odkud dostalo gamma-záření své jméno a co přesně je v kosmu zdrojem jeho nepravidelných záblesků, si povíme při jiných příležitostech).


Hlavním přínosem dnešní kapitoly ?Mikrosvěta? by mělo být získání představy o všeobjímajícím charakteru elektromagnetického vlnění, jedné ze čtyř fundamentálních fyzikálních sil. Jak jsme viděli, i takové zdánlivě nesouvisející jevy jako jsou rádiové vlny, radar, mikrovlny, sálání tepla, viditelné světlo různých barev, ultrafialové záření a rentgenové záření představují jen konkrétní projevy jednotlivých spektrálních oborů téhož obecného fenoménu.

(pokračování příště)





Celý článek | Autor: Jarda Pecka | Počet komentářů: 4 | Přidat komentář | Informaèní e-mailVytisknout článek


©2001 Zbyněk Slába, grafické prvky - Renáta Řehová
Stránky byly vytvořeny s využžitím redakčního systému: PhpRS