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. 16.1 и на рис. 16.2.
Таблица 16.1. Классификация электромагнитных волн
Рис. 16.2. 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. 16.2).
Таблица 16.2. 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».
Основные понятия и формулы
Задачи для решения.
1. Станция работает на длине волны 30 м. Сколько колебаний несущей частоты происходит в течение одного периода звуковых колебаний с частотой 5 кГц?
2. На какой частоте суда передают сигнал бедствия, если по международному соглашению длина радиоволны SОS равна 600 м?
3. Рассчитать длину волны электромагнитного излучения с частотой 1240 кГц.
4. В физиотерапии часто применяются электромагнитные волны с частотой 460 МГц. Определить длину волны в свободном пространстве (ε = 1) и в мягких тканях (ε = 80).