Μάθημα : Φυσική Γ'ΕΠΑΛ - Μέρος ΙΙ

7.3.1 Ραδιοκύματα

Τα ραδιοκύματα καλύπτουν την περιοχή που έχει τις μικρότερες συχνότητες (από ~ 10 Hz έως ~ 10⁹ Hz) και τα μεγαλύτερα μήκη κύματος (από ~ 10⁷ m έως 0,1 m) από κάθε άλλη περιοχή του φάσματος. Η φύση και οι ιδιότητες των ραδιοκυμάτων μελετήθηκαν από τον Hertz, ο οποίος σχεδίασε και πραγματοποίησε πολλά σχετικά πειράματα. Τα ραδιοκύματα διαδίδονται τόσο στο " κενό" όσο και στην ατμόσφαιρα της Γης. Τα ραδιοκύματα χρησιμοποιούνται συνήθως στη ραδιοφωνία και στην τηλεόραση. Παράγονται κατά την ταλάντωση των ηλεκτρονίων σε έναν αγωγό που λειτουργεί ως κεραία εκπομπής (πομπός). Εάν ένας άλλος αγωγός προσανατολιστεί κατάλληλα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κεραία λήψης (δέκτης) . Σ' αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια του δέκτη θα αρχίσουν να ταλαντώνονται σύμφωνα με το σήμα που εξέπεμψε η κεραία εκπομπής. Το σήμα που λαμβάνεται στην κεραία του δέκτη είναι ασθενές και χρειάζεται να ενισχυθεί κατάλληλα από τη συσκευή του δέκτη (ραδιόφωνο, τηλεόραση).

Πρέπει να τονιστεί ότι ραδιοκύματα χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση του ήχου, παρόλο που δεν είναι ηχητικά κύματα.

Η κωδικοποίηση του αρχικού σήματος γίνεται με μια διαδικασία που λέγεται διαμόρφωση και μπορεί να είναι είτε διαμόρφωση του πλάτους ΑΜ (Amplitude Modulation) του κύματος είτε διαμόρφωση της συχνότητας FM (Frequency Modulation). Έτσι, προκύπτουν οι ΑΜ και FM ζώνες εκπομπής του ραδιοφώνου.

7.3.2 Μικροκύματα

Τα μικροκύματα καλύπτουν την περιοχή που έχει συχνότητες μεγαλύτερες του 1 GHz (από ~ 10⁹ Hz έως ~ 10¹² Hz). Παράγονται από ειδικές ηλεκτρονικές διατάξεις. Ταξιδεύουν στον αέρα και συλλαμβάνονται από κεραίες σε σχήμα πιάτου που συνήθως τοποθετούνται στις ταράτσες υψηλών κτιρίων.

Τα διάφορα συστήματα ραντάρ εκπέμπουν σήματα των μικροκυμάτων πολύ μικρού μήκους κύματος. Στους πομπούς των ραντάρ, τα ηλεκτρόνια ταλαντώνονται σε μικρές μεταλλικές κοιλότητες, οι οποίες περιέχουν ισχυρό μαγνητικό πεδίο . Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που παράγονται έχουν συχνότητες που εξαρτώνται από το μέγεθος της κοιλότητας και από την ένταση του μαγνητικού πεδίου. Τα παραγόμενα κύματα οδηγούνται έξω από την κοιλότητα με ένα μεταλλικό σωλήνα, ανακλώνται από τα μεταλλικά τοιχώματα του ραντάρ, προσανατολίζονται προς τη σωστή κατεύθυνση με μια μικρή κεραία που βρίσκεται στην εστία του μεταλλικού κατόπτρου, και εκπέμπονται ως μία δέσμη. Το μ εταλλικό κάτοπτρο και η κεραία του μπορούν επίσης να λειτουργήσουν και ως δέκτες αντίστοιχης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

7.3.3 Υπέρuθρη ακτινοβολία

Η υπέρυθρη ακτινοβολία εκτείνεται πέρα από την ερυθρή περιοχή του ορατού φάσματος. Αλληλεπικαλύπτεται με τα μικρού μήκους κύματος, μικροκύματα. Η υπέρυθρη ακτινοβολία οφείλεται στις ταλαντώσεις των ηλεκτρονίων των ατόμων που αποτελούν ένα σώμα. Η θερμοκρασία ενός σώματος εκφράζει το γεγονός ότι τα άτομα του σώματος κινούνται ως αποτέλεσμα των μεταξύ τους αλληλεπιδράσεων. Εξαιτίας αυτών των αλληλεπιδράσεων, τα ηλεκτρόνιά τους πάλλονται και ακτινοβολούν ενέργεια στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Όλα τα σώματα εκπέμπουν υπέρυθρη ακτινοβολία, η οποία εξαρτάται από τη θερμοκρασία του σώματος. Όσο πιο ζεστό είναι ένα σώμα, τόσο μεγαλύτερη ενέργεια ανά δευτερόλεπτο εκπέμπει προς τα έξω με τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας. Έτσι, μια φωτογραφία στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος παρέχει ένα χάρτη "ζεστών" και "ψυχρών" περιοχών του σώματος.

7.3.4 Το ορατό φως

Το ανθρώπινο μάτι ανταποκρίνεται σε μια μικρή μόνο περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, η οποία είναι γνωστή ως περιοχή του ορατού φωτός.

7.3.5 Η uπεριώδης ακτινοβολία

Υπεριώδης είναι η ακτινοβολία που εκτείνεται πέραν της ιώδους, στη μη ορατή περιοχή του φάσματος. Η ακτινοβολία αυτή, πολλές φορές, κάνει τα ρούχα μας να λάμπουν στο σκοτάδι.

Η υπεριώδης ακτινοβολία είναι υψηλής ενέργειας ακτινοβολία. Δηλαδή, τα υπεριώδη ηλεκτρομαγνητικά κύματα μεταφέρουν μεγάλα ποσά ενέργειας, πολύ μεγαλύτερα από τα αντίστοιχα κύματα του ορατού φωτός και της υπέρυθρης ακτινοβολίας.

Η υπεριώδης ακτινοβολία είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία εγκαυμάτων κατά τη διάρκεια της ηλιοθεραπείας το καλοκαίρι.

7.3.6 Οι ακτίνες Χ

Οι ακτίνες Χ έχουν μήκη κύματος ακόμη μικρότερα και συχνότητες ακόμη μεγαλύτερες από αυτές της υπεριώδους ακτινοβολίας. Ανακαλύφθηκαν τυχαία από τον Roentgen, κατά τη διάρκεια πειραμάτων, περίπου έναν αιώνα πριν.

Πρόκειται για μια πολύ διεισδυτική ακτινοβολία, που μπορούσε να περάσει από υλικά αδιαφανή για το ορατό φως, ενώ μπορούσε να προσβάλλει τις φωτογραφικές πλάκες.

Οι ακτίνες Χ χρησιμοποιούνται κυρίως για ιατρικές διαγνώσεις όπως για ακτινοσκοπήσεις, για τον έλεγχο καταγμάτων.

7.3.7 Οι ακτίνες γ

Οι ακτίνες γ έχουν τα μικρότερα μήκη κύματος και αντίστοιχα τις μεγαλύτερες συχνότητες από όλες τις ακτινοβολίες του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Είναι ακτινοβολία εξαιρετικά υψηλής ενέργειας. Μία ομάδα κυμάτων ακτίνων γ μπορεί να μεταφέρει περίπου 10 εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από μια αντίστοιχη ομάδα κυμάτων ορατού φωτός.

Οι ακτίνες γ παράγονται στη γη κατά τη ραδιενεργό διάσπαση των πυρήνων, ως συνέπεια των αλλαγών στην εσωτερική ενέργεια του πυρήνα. Παράγονται επίσης κατά τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις στο εσωτερικό του ήλιου. Επιπλέον, ένα σημαντικό ποσοστό ακτίνων γ δημιουργείται κατά τη σύγκρουση των σωματιδίων της κοσμικής ακτινοβολίας, που προέρχεται από διάφορα σημεία του σύμπαντος, με τα μόρια ή άτομα των στοιχείων που συναντούν στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης. Πολλές από αυτές τις ακτίνες γ καταφέρνουν να διαπεράσουν την ατμόσφαιρα και να φτάσουν στην επιφάνεια της Γης.

7.3.8 Βλάβες που δημιουργούνται από την ιοντίζουσα (uπεριώδης, Χ και γ) ακτινοβολία

Η υπεριώδης, η Χ και η ακτινοβολία γ έχουν τα μικρότερα μήκη κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και μεταφέρουν τα υψηλότερα ποσά ενέργειας. Γι' αυτό μπορούν να καταστρέφουν τους ιστούς των ζωντανών οργανισμών. Ιοντίζουν τα άτομα και τα μόρια στα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών και διακόπτουν τις βιοχημικές διαδικασίες τους. Τότε τα κύτταρα αυτά μπορεί να νεκρωθούν ή ακόμη χειρότερο να υποστούν μεταλλάξεις και να μετατραπούν σε καρκινικά. Μικρές αλλαγές στο DNA των κυττάρων του σπέρματος ή του ωαρίου είναι ιδιαίτερα επικίνδυνες διότι μπορεί να προκαλέσουν μεταλλάξεις που θα εμφανιστούν στους απογόνους.

Αντίθετα, στην Ιατρική η ιοντίζουσα ακτινοβολία χρησιμοποιείται για τη θεραπεία του καρκίνου. Οι ε ιδικοί γιατροί βομβαρδίζουν επιλεκτικά με αυτήν τα καρκινικά κύτταρα, τα οποία καταστρέφονται , ενώ πολύ μικρότερη ζημιά παθαίνουν, τα κοντινά τους υγιή κύτταρα.