Проявление излучения в природе: Физика процесса излучения. Примеры излучения в быту и природе

Физика процесса излучения. Примеры излучения в быту и природе

Излучение — это физический процесс, результатом которого является передача энергии с помощью электромагнитных волн. Обратный излучению процесс называется поглощением. Рассмотрим этот вопрос подробнее, а также приведем примеры излучения в быту и природе.

Физика возникновения излучения

Любое тело состоит из атомов, которые, в свою очередь, образованы ядрами, заряженными положительно, и электронами, которые образуют электронные оболочки вокруг ядер и заряжены отрицательно. Атомы устроены таким образом, что они могут находиться в разных энергетических состояниях, то есть обладать как большей, так и меньшей энергией. Когда атом имеет наименьшую энергию, то говорят о его основном состоянии, любое другое энергетическое состояние атома называется возбужденным.

Существование различных энергетических состояний атома связано с тем, что его электроны могут располагаться на тех или иных энергетических уровнях. Когда электрон переходит с более высокого уровня на более низкий, то атом теряет энергию, которую он излучает в окружающее пространство в виде фотона — частицы-носителя электромагнитных волн. Наоборот, переход электрона с более низкого на более высокий уровень сопровождается поглощением фотона.

Перевести электрон атома на более высокий энергетический уровень можно несколькими способами, которые предполагают передачу энергии. Это может быть как воздействие на рассматриваемый атом внешнего электромагнитного излучения, так и передача ему энергии механическим или электрическим способами. Кроме того, атомы могут получать, а затем выделять энергию в результате химических реакций.

Электромагнитный спектр

Прежде чем переходить к примерам излучения в физике, необходимо отметить, что каждый атом испускает определенные порции энергии. Это происходит потому, что состояния, в которых может находиться электрон в атоме, являются не произвольными, а строго определенными. Соответственно переход между этими состояниями сопровождается излучением определенного количества энергии.

Из атомной физики известно, что фотоны, порождаемые в результате электронных переходов в атоме, обладают энергией, которая прямо пропорциональна их частоте колебаний и обратно пропорциональна длине волны (фотон — это электромагнитная волна, которая характеризуется скоростью распространения, длиной и частотой). Поскольку атом вещества может испускать только определенный набор энергий, значит, длины волн испущенных фотонов тоже являются конкретными. Набор всех этих длин называется электромагнитным спектром.

Если длина волны фотона лежит между 390 нм и 750 нм, то говорят о видимом свете, поскольку его способен воспринимать человек своими глазами, если длина волны меньше 390 нм, то такие электромагнитные волны обладают большой энергией и называются ультрафиолетовым, рентгеновским или гамма-излучением. Для длин больше 750 нм характерна небольшая энергия фотонов, они носят название инфракрасного, микро- или радиоизлучения.

Тепловое излучение тел

Всякое тело, которое имеет некоторую отличную от абсолютного нуля температуру, излучает энергию, в этом случае говорят о тепловом или температурном излучении. При этом температура определяет как электромагнитный спектр теплового излучения, так и количество испускаемой телом энергии. Чем больше температура, тем большую энергию излучает тело в окружающее пространство, и тем сильнее его электромагнитный спектр смещается в высокочастотную область. Процессы теплового излучения описываются законами Стефана-Больцмана, Планка и Вина.

Примеры излучения в быту

Как выше было сказано, энергию в виде электромагнитных волн излучает абсолютно любое тело, однако видеть невооруженным глазом этот процесс можно не всегда, поскольку температуры окружающих нас тел, как правило, слишком маленькие, поэтому их спектр лежит в низкочастотной невидимой для человека области.

Ярким примером излучения в видимом диапазоне является электрическая лампа накаливания. Проходя по спирали, электрический ток разогревает вольфрамовую нить до 3000 К. Такая высокая температура приводит к тому, что нить начинает испускать электромагнитные волны, максимум которых приходится на длинноволновую часть видимого спектра.

Еще один пример излучения в быту — микроволновая печь, которая испускает микроволны, невидимые для человеческого глаза. Эти волны поглощаются объектами, содержащими воду, тем самым увеличивая их кинетическую энергию и, как следствие, температуру.

Наконец, примером излучения в быту в инфракрасном диапазоне является радиатор батареи отопления. Его излучения мы не видим, но чувствуем это тепло.

Природные излучающие объекты

Пожалуй, самым ярким примером излучения в природе является наша звезда — Солнце. Температура на поверхности Солнца около 6000 К, поэтому его максимум излучения приходится на длину волны 475 нм, то есть лежит внутри видимого спектра.

Солнце разогревает находящиеся вокруг него планеты и их спутники, которые тоже начинают светиться. Здесь следует отличать отраженный свет и тепловое излучение. Так, нашу Землю можно видеть из космоса в виде голубого шара именно благодаря отраженному солнечному свету. Если же говорить о тепловом излучении планеты, то оно также имеет место, но лежит в области микроволнового спектра (около 10 мкм).

Помимо отраженного света, интересно привести еще один пример излучения в природе, который связан со сверчками. Испускаемый ими видимый свет никак не связан с тепловым излучением и является результатом химической реакции между кислородом воздуха и люциферином (вещество, содержащееся в клетках насекомых). Это явление носит название биолюминесценции.

Конвекция в природе и технике – примеры, сообщение для доклада по физике (7-8 класс)

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 274.

Обновлено 3 Августа, 2021

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 274.

Обновлено 3 Августа, 2021

Из курса физики 8 класса известно, что тепло может передаваться тремя способами: излучением, теплопередачей и конвекцией. В земной атмосфере наиболее важным способом является конвекция. Она фактически является основой погодных явлений. Поговорим о роли конвекции в природе и технике в объёме, достаточном для доклада или сообщения на школьном уроке.

Способы передачи тепла

Как известно, все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул. Молекулы находятся в постоянном хаотическом движении. Сильнее всего это движение в газах.

Движущиеся молекулы обладают кинетической энергией, и тепло — это сумма кинетических энергий всех молекул. Чем выше температура тела, тем интенсивнее движутся в нём молекулы.

Передать тепло от одного тела к другому значит заставить «медленные» молекулы в одном теле двигаться быстрее за счёт энергии «быстрых» молекул другого тела. Сделать это можно различными способами.

Рис. 1. Способы передачи тепла.

Механизм конвекции

Для земной атмосферы наиболее важен способ конвекции. При таком способе теплопередачи «нагретые» молекулы просто переносятся в другую точку атмосферы, в результате чего температура этой точки увеличивается. Фактически конвекция — это перемешивание.

Конвекция основана на двух физических законах:

• расширение при нагревании;
• закон Архимеда.

Плотность нагретых областей газа меньше, и появляющаяся сила Архимеда вытесняет их вверх. Начинается конвективное движение.

Рис. 2. Механизм конвекции

Конвекция в природе и технике

Таким образом, конвекция — это метод теплопередачи, при котором области жидкости или газа перемешиваются, причём энергия для перемешивания обеспечивается запасами энергии теплового движения самих молекул.

Роль конвекции в природе трудно переоценить. Именно благодаря конвекции происходит движение воздушных масс. Примером конвекции в природе является воздух, поднимающийся над нагретой поверхностью земли. Без конвекции не было бы ни ветра, ни самой погоды. Воздух обладает весьма малой теплопроводностью, поэтому без конвекции приземные слои атмосферы имели бы температуру в несколько сотен градусов, но уже через несколько десятков метров эта температура снижалась бы до отрицательных значений.

Не было бы облаков, поскольку водяные пары бы также оставались в приземном слое, образуя там насыщенный водяной пар, который бы оставался около поверхности морей и океанов.

В быту и технике конвекция используется практически везде, где происходит нагревание воздуха или воды. Например, отопительные радиаторы всегда располагают как можно ниже как раз потому, что нагретые слои воздуха будут подниматься вверх, обеспечивая перемешивание. Встроенные отопительные системы также имеют тип «тёплый пол», а не «тёплый потолок» — это определяется именно направлением конвективных потоков. В самих водяных системах отопления, если не используется насос, перемешивание нагретого теплоносителя обеспечивается исключительно конвективным движением.

Рис. 3. Гравитационная система отопления.

Что мы узнали?

Конвекция — это перенос тепла путём перемешивания, которое происходит за счёт расширения газа или жидкости при нагревании и вытеснения нагретых областей вверх. Всё движение воздушных масс, все погодные явления зависят от конвекции. Конвекция в природе и технике присутствует практически везде, где есть нагрев воздуха или воды.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 274.

---

А какая ваша оценка?

Что это такое, симптомы и лечение

Обзор

Что такое лучевая болезнь?

Лучевая болезнь, также известная как острый лучевой синдром (ОЛС), представляет собой опасное для жизни состояние, возникающее в результате длительного или значительного воздействия ионизирующего излучения на все тело или большую его часть. Это может привести к смерти в течение нескольких часов или нескольких месяцев после воздействия.

Лучевая болезнь обычно связана с острым (внезапным и тяжелым) облучением и характеризуется набором симптомов, которые появляются в предсказуемой последовательности. Хроническое радиационное облучение обычно связано с длительными проблемами со здоровьем, такими как рак и преждевременное старение. Эти осложнения могут возникать в течение длительного периода времени.

Тяжесть лучевой болезни зависит от дозы и продолжительности облучения. Воздействие высокой однократной дозы в течение нескольких минут или часов более разрушительно, чем несколько меньших доз, вводимых в течение недель или месяцев на небольшой участок вашего тела (например, при лечении рака).

Что такое ионизирующее излучение?

Ионизирующее излучение представляет собой форму энергии, удаляющую электроны из атомов и молекул веществ, включая воздух, воду и живые ткани. Вы не можете видеть ионизирующее излучение.

Медицинские диагностические процедуры редко требуют достаточно высоких доз радиации, чтобы вызвать радиационное поражение. Лучевая болезнь возникает после значительного облучения, например, в результате аварии на атомной электростанции или чрезмерного облучения при лечении.

Каждый человек ежедневно подвергается воздействию низких уровней ионизирующего излучения — обычно из естественных источников, таких как космос, земля и строительные материалы. Существуют и искусственные источники ионизирующего излучения. К ним чаще всего относятся медицинские визуализирующие тесты или методы лечения, такие как рентген, КТ (компьютерная томография) и лучевая терапия.

Воздействие ионизирующего излучения, приводящее к лучевой болезни, часто измеряется в единицах, называемых грей (Гр). Это количество радиации, которое поглощает ваше тело.

Самая легкая (хотя и опасная) форма лучевой болезни возникает при дозах от 1 до 6 Гр. Смерть обычно гарантирована при облучении 10 Гр и более.

Насколько распространена лучевая болезнь?

Радиологические или ядерные аварийные ситуации, приводящие к лучевой болезни, случаются редко, но в них может быть вовлечено значительное число людей. Например, после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986, примерно у 6000 детей развился рак щитовидной железы.

Наиболее значительное радиационное облучение населения произошло после взрыва двух атомных бомб над Японией в августе 1945 года. В результате непосредственного взрыва погибло около 110 000 человек. Еще около 1000 человек умерли в течение 70 лет после взрыва из-за радиационно-индуцированного рака.

Как высокие дозы радиации влияют на мой организм?

Большие дозы ионизирующего излучения вызывают гибель клеток. Более низкие дозы могут мешать системам восстановления клеток, росту и делению клеток.

К клеткам, особенно чувствительным к высоким дозам радиации, относятся клетки костного мозга, желудочно-кишечного тракта и кожи. Как правило, у вас сначала появляются симптомы, связанные с повреждением этих тканей после значительного воздействия.

Симптомы и причины

Каковы симптомы лучевой болезни?

Тяжесть симптомов зависит от:

• Степень радиационного облучения.
• Как долго вы были незащищены.
• Если вся или определенная часть вашего тела была обнажена.

Симптомы могут проявиться сразу после воздействия или в течение следующих нескольких дней, недель или месяцев.

После острого воздействия высокой дозы радиации могут возникнуть несколько различных синдромов, в том числе:

• Цереброваскулярный синдром (нарушение притока крови к мозгу).
• Желудочно-кишечный (ЖК) синдром (поражающий проход вашей пищеварительной системы).
• Гемопоэтический синдром (влияние на образование всех типов клеток крови).

Каждый из этих синдромов имеет три различные фазы, в том числе:

• Продромальная фаза : Эта фаза начинается от нескольких минут до двух дней после заражения. Вы можете чувствовать сонливость и слабость, тошноту, рвоту или диарею.
• Латентная бессимптомная фаза
  : Эта фаза начинается от нескольких часов до 21 дня после заражения. На этом этапе у вас нет никаких симптомов.
• Фаза явного системного заболевания : Эта фаза начинается через несколько часов или менее 60 дней после заражения. Симптомы зависят от того, какая основная система органов при вышеперечисленных синдромах поражена.

Симптомы цереброваскулярного синдрома

Цереброваскулярный синдром всегда приводит к летальному исходу. Это происходит после чрезвычайно высоких доз облучения всего тела (более 30 Гр).

Продромальная фаза развивается в течение от нескольких минут до одного часа после воздействия. Латентная фаза отсутствует или очень короткая. В явной фазе системного заболевания симптомы включают:

• Тремор.
• Судороги.
• Атаксия.
• Отек головного мозга (когда вокруг головного мозга скапливается жидкость, что вызывает повышение давления).

Смерть наступает в течение от нескольких часов до одного-двух дней.

Симптомы желудочно-кишечного (ЖК) синдрома

ГИ-синдром возникает после доз облучения всего тела примерно от 6 до 30 Гр.

Продромальные симптомы развиваются в течение примерно одного часа после воздействия и исчезают в течение двух дней. Латентная фаза длится четыре-пять дней.

Симптомы открытой фазы системного заболевания включают:

• Сильная тошнота, рвота и диарея.
• Тяжелое обезвоживание и дисбаланс электролитов.
• Отсутствие плазмы в крови, состоящей в основном из воды.
• Сердечно-сосудистый коллапс (быстрое или внезапное развитие недостаточности кровообращения).
• Некроз (гибель) кишечника, который может привести к сепсису.

Смерть — обычное дело. Выжившие также имеют гемопоэтический синдром.

Симптомы гематопоэтического синдрома

Гемопоэтический синдром возникает после облучения всего тела в дозах от 1 до 6 Гр и включает генерализованную панцитопению. Это дефицит всех трех клеточных компонентов вашей крови:

• Эритроциты.
• Белые клетки.
• Тромбоциты.

Продромальная фаза легкая и может начаться через 1-6 часов после заражения и продолжаться от 24 до 48 часов. Латентная бессимптомная фаза длится около четырех недель.

Симптомы открытой фазы включают:

• Риск различных инфекций из-за нейтропении и снижения выработки антител.
• Петехии и кровотечения из слизистых оболочек, которые могут длиться месяцами.
• Анемия, которая развивается медленно.

Выжившие имеют повышенную вероятность радиационно-индуцированного рака, включая лейкемию и рак щитовидной железы.

Что вызывает лучевую болезнь?

Лучевая болезнь (острый лучевой синдром) может возникнуть в результате прямого облучения или заражения радиоактивными материалами.

Ядерный взрыв, радиационные аварии и радиоактивные осадки при испытаниях ядерного оружия могут привести к прямому облучению. Загрязнение может быть результатом употребления зараженных ядерными веществами продуктов питания и воды, а также контакта кожи с ядерным материалом.

Является ли лучевая болезнь заразной?

Если кого-то, кто подвергся воздействию высокой дозы радиации, дезактивируют — с него снимают одежду и моют тело — он не «заразен». Вы не подвергаетесь риску радиационного облучения от них, потому что радиация усваивается.

Если человек, подвергшийся воздействию высокой дозы радиации, не прошел дезактивацию и вы находитесь рядом с ним, вы подвергаетесь риску радиационного облучения. Например, лица, оказывающие первую помощь при ядерных аварийных ситуациях, подвергаются более высокому риску облучения от других людей.

Диагностика и тесты

Как диагностируется лучевая болезнь?

Медицинские работники диагностируют лучевую болезнь, используя следующее:

• История радиационного облучения.
• Симптомы и признаки.
• Лабораторные испытания.

Начало, временные рамки и тяжесть симптомов могут помочь медицинским работникам определить дозу облучения и предсказать симптомы и осложнения.

После острого радиационного облучения медицинские работники назначают общий анализ крови (ОАК) через 24, 48 и 72 часа после облучения для оценки начальной дозы облучения и прогноза. Поставщики могут заказать другие анализы крови.

Когда медработники подозревают радиоактивное заражение, они проверяют все ваше тело с помощью прибора, называемого счетчиком Гейгера-Мюллера, для обнаружения и измерения ионизирующего излучения. Чтобы обнаружить возможное внутреннее загрязнение, медицинский работник протирает ваши уши, рот и раны тампонами, которые затем проверяются счетчиком. Они также могут проверить вашу мочу и какашки на радиоактивность.

Управление и лечение

Что такое лечение лучевой болезни?

Лечение лучевой болезни зависит от ее тяжести. Поскольку значительное облучение обычно является результатом радиологических или ядерных аварийных ситуаций, поставщики медицинских услуг и лица, оказывающие первую помощь, расставляют приоритеты в оказании помощи в зависимости от тяжести симптомов и травм.

Некоторые общие стратегии лечения включают:

• Обеззараживание (снятие одежды и тщательное мытье тела) для защиты других от дальнейшего воздействия.
• Хирургические процедуры при травмах, угрожающих жизни.
• Поддерживающая терапия, такая как введение жидкости и электролитов; обезболивание при ожогах и других травмах; и раннее лечение любых признаков инфекции антибиотиками.
• Профилактика рака щитовидной железы. Медицинские работники обычно рекомендуют всем детям и беременным, подвергшимся воздействию, принимать йодид калия, чтобы защитить щитовидную железу от поглощения радиоактивного йода.
• Лечение психологической травмы с помощью психотерапии (разговорной терапии) и/или медикаментозного лечения.

Профилактика

Как предотвратить лучевую болезнь?

Вы ничего не можете сделать, чтобы предотвратить чрезвычайные ситуации, которые приводят к значительному радиационному облучению и лучевой болезни. Но есть шаги, которые вы можете предпринять, если произойдет ядерная аварийная ситуация, в том числе:

• Покиньте (или не входите) зону, где произошло облучение.
• Как можно скорее снимите загрязненную одежду и храните ее в герметичном контейнере. Тщательно вымойте тело водой с мылом.
• Как можно скорее обратитесь за неотложной медицинской помощью.

Перспективы/прогноз

Каков прогноз лучевой болезни?

Прогноз (прогноз) лучевой болезни зависит от нескольких факторов, в том числе:

• Сколько радиации поглотил ваш организм.
• Какая часть вашего тела пострадала.
• Если вы смогли получить немедленную медицинскую помощь.

Лучевая болезнь часто приводит к летальному исходу. Время до смерти уменьшается по мере уменьшения дозы радиации.

Цереброваскулярный синдром всегда приводит к летальному исходу в течение от нескольких часов до нескольких дней после воздействия.

Смерть обычно наступает в течение от двух дней до нескольких недель у пациентов с желудочно-кишечным синдромом.

У людей с гемопоэтическим синдромом смерть может наступить в течение четырех-восьми недель из-за инфекции или значительного кровоизлияния (кровотечения).

Люди, подвергшиеся облучению всего тела менее 2 Гр, обычно полностью выздоравливают в течение одного месяца. Но могут возникнуть долгосрочные осложнения, такие как рак.

Записка из клиники Кливленда

Лучевая болезнь — это опасное для жизни состояние, возникающее после значительного радиационного облучения. Хотя вы ничего не можете сделать, чтобы предотвратить это, есть шаги, которые вы можете предпринять, если вы подверглись облучению после радиологической или ядерной аварийной ситуации. Если возможно, обеззаразьте себя, сняв одежду и вымыв тело. Затем как можно скорее обратитесь за медицинской помощью.

Радиационное поражение | Определение, симптомы и осложнения

Поражение ионизирующим излучением от атомной бомбы

См. все СМИ

Связанные темы:

поражение ионизирующим излучением поражение ультрафиолетом поражение неионизирующим излучением процесс косвенного действия критический орган

См. всю связанную информацию →

радиационное поражение , повреждение тканей или изменения, вызванные воздействием ионизирующего излучения, а именно гамма-лучей, рентгеновских лучей и высокоэнергетических частиц, таких как нейтроны, электроны и позитроны. Источники ионизирующего излучения могут быть природными (например, радиоактивные вещества, такие как элемент радий или радиоизотопы калий-40 и углерод-14) или искусственными (рентгеновские аппараты, ядерные реакторы, ускорители частиц, ядерное оружие и т. д.). .

Далее следует краткое описание радиационного поражения. Для дальнейшего обсуждения см. радиация: Биологические эффекты ионизирующего излучения.

Радиационное поражение встречается в различных формах, каждый из которых зависит от вовлеченного ионизирующего излучения, его проникающей способности, пораженной части тела, продолжительности облучения и общей дозы. Лучевое поражение наиболее легко возникает в тканях и органах, состоящих из быстро пролиферирующих клеток; примеры включают кожу, слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта и костный мозг, где клетки-предшественники непрерывно размножаются, чтобы заменить зрелые клетки, которые постоянно теряются в результате нормального старения. Воздействие радиации на эти органы в первую очередь связано с разрушением клеток-предшественников и, как следствие, нарушением замещения зрелых клеток, что жизненно важно для поддержания структуры и функции тканей.

Понять последствия ядерной радиации на организм человека, такие как поражение легких и щитовидной железы и тяжелые ожоги

Посмотреть все видео к этой статье

Симптомы, возникающие в результате интенсивного облучения большого сегмента желудочно-кишечного тракта или участка кости костного мозга составляют состояние, называемое лучевой болезнью или острым лучевым синдромом. Ранние признаки этого состояния включают потерю аппетита, тошноту и рвоту в течение первых нескольких часов после облучения, за которыми следует бессимптомный период, продолжающийся до основной фазы болезни. При кишечной форме лучевой болезни основная фаза характеризуется болями в животе, лихорадкой и диареей, которые в течение нескольких дней приводят к обезвоживанию организма, прострации и смертельному шоковому состоянию. Основная фаза кроветворной формы (связанной с костным мозгом) болезни начинается позже (примерно через две-три недели после облучения) с типичными симптомами, включая лихорадку, слабость, выпадение волос, инфекции и кровоизлияния. При тяжелом поражении костного мозга смерть может наступить в результате инфекции и неконтролируемого кровотечения.

Другими проявлениями радиационного поражения являются некоторые формы рака. У выживших после атомных взрывов в Хиросиме и Нагасаки, у некоторых пациентов, подвергшихся множественным рентгеноскопическим исследованиям органов грудной клетки, и у определенных групп работников, работающих с радиацией (например, у женщин, которые красили часы и циферблаты радием) впоследствии наблюдалось дозозависимое увеличение заболеваемости раком. , прежде всего лейкемия и рак молочной железы.

Радиационное поражение также включает аномалии, возникшие в эмбрионе. Ткани зародыша, как и другие, состоящие из быстро пролиферирующих клеток, чрезвычайно чувствительны к ионизирующему излучению. Таким образом, органы, облученные в процессе формирования, имеют тенденцию к уродству. Многие виды радиационно-индуцированных аномалий наблюдались у экспериментально облученных грызунов. Многие из них являются пороками развития нервной системы, такими как уменьшенный размер мозга или задержка развития глаз. Аномалии нервной системы у младенцев обнаруживались с большей, чем обычно, частотой среди детей, рожденных женщинами, которые были беременны и жили в Хиросиме и Нагасаки во время взрывов атомных бомб. Частота умственной отсталости и уменьшенного размера головы у таких детей существенно возрастает, когда облучение происходит между 8-й и 15-й неделями беременности, что считается возрастом наибольшей восприимчивости к ионизирующему излучению.