Солнечный луч
Шрифт:
Выход из положения ясен: недостаток ультрафиолетового излучения нужно восполнять искусственно. Однако следует иметь в виду, что ошибки при назначении дозы облучения, невнимание к таким вопросам, как спектральный состав света ультрафиолетовых ламп, высота подвески над стойлами животных, длительность их горения и т. п., могут вместо пользы принести вред. Лампы типа ПРК, используемые в сельском хозяйстве, не годятся для восполнения недостатка природного ультрафиолета. В их спектре содержатся коротковолновые лучи (до 1800 А), которые разрушают витамин D, вызывают заболевание глаз и угнетение роста. Для искусственного облучения пригодны лампы ЭУВ или РВЭ, дающие длинноволновое ультрафиолетовое излучение, близкое по составу к солнечному. Ежедневное освещение этими лампами позволяет увеличить привес
Подобное благотворное воздействие ультрафиолетовых лучей объясняется влиянием нескольких факторов. В результате бактерицидного эффекта уменьшается загрязненность поверхности яиц; озон и окислы азота, образующиеся при работе ламп, в малом количестве усиливают жизненные процессы куриных зародышей. Часть лучей с наибольшей длиной волны проходит сквозь скорлупу и непосредственно влияет на зародыш и его пищевые запасы, разжижает, делает более усвояемым для зародыша белок яйца.
На службу людям поставлена еще одна удивительная особенность ультрафиолетовых лучей, Многие насекомые, в большинстве своем вредители, «видят» ультрафиолетовые лучи и непреодолимо стремятся к ним. Некоторые насекомые с помощью невидимых лучей определенной длины волны находят самок. Используя эту особенность насекомых, в некоторых странах (Японии, США, Югославии и др.) для массового истребления насекомых-вредителей успешно применяют ультрафиолетовые лампы. Если лампу снабдить металлической сеткой и пропускать через нее ток, то летящие на свет бабочки, жуки, комары, касаясь сетки, будут гибнуть. За три часа работы ночью одна лампа уничтожает до 5 тыс. насекомых.
Исчерпан ли перечень «профессий» невидимого луча? Конечно, нет! Мы еще не знаем многого. Наука и жизнь постоянно идут вперед, и то, что сегодня кажется несбыточной мечтой, завтра становится рядовым явлением. Возможности использования ультрафиолетовых лучей, конечно, еще не использованы до конца. Их могучая природная сила будет всегда служить человеку; это не фантазия, а трезвый учет реальных возможностей.
Глава IV.
Инфракрасные лучи
Излучение и теплота
Существование невидимых лучей за красной границей видимого спектра открыл в 1800 г. английский физик Вильям Гершель. Многие ученые сразу же заинтересовались природой этих лучей (названных впоследствии инфракрасными), их способностью нагревать различные тела. В 1835 г. французский физик Ампер высказал очень смелую по тем временам мысль о единстве природы тепловых и световых лучей. Дальнейшие исследования инфракрасных лучей показали, что они, как и лучи видимого света, возникают в нагретых телах и подчиняются одним и тем же законам отражения, преломления, рассеяния. Если видимые лучи охватывают область от 4000 до 7600 А, то область инфракрасного излучения простирается от длинноволновой границы видимого спектра до области радиоволн. При этом области радиоизлучения и инфракрасного света как бы заходят одна за другую.
Радиоволны отличаются от оптических видов излучения прежде всего не длиной волны, а способом возникновения. Если видимые, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи возникают главным образом при нагреве твердых, жидких и газообразных веществ, то радиоволны генерируются при колебательном разряде между двумя наэлектризованными проводниками. Существует обширная промежуточная область спектра, лучи которой в зависимости от способа их возникновения относятся либо к инфракрасной области, либо к радиоволнам. Советские физики А. Глаголева-Аркадьева и М. Левитская получили радиоволны длиной 125, 70 мк и короче. Немецкие физики Г. Рубенс и О. Бейер в спектре излучения паров ртути обнаружили лучи с длиной волны 340 мк. Учитывая способ возникновения, эти лучи отнесли к инфракрасному диапазону. Ё спектре солнечного излучения на долю инфракрасных лучей приходится больше 50% общей энергии, а в спектре обычных ламп накаливания — около 95 %; максимум излучения приблизительно соответствует 1,2 мк. С уменьшением температуры светящегося тела максимум излучения становится более длинноволновым; доля видимого света в излучении уменьшается. При этом резко снижается и суммарная энергия излучения. Например, при температуре черного тела 1550°С максимум излучения приходится на 1,7 мк; с переходом к максимуму в области 10 мк общая интенсивность излучения падает в 70 раз, а у волн длиной 18 мк — в 700 раз. Практически для получения мощного потока инфракрасного излучения пользуются источниками, температура которых достаточно высока (выше 1500°С); ненужный видимый свет отфильтровывают.
Фотоны инфракрасного света, естественно, по размерам меньше фотонов видимого света. Они соответствуют электронным переходам между высшими энергетическими уровнями. Так, первая инфракрасная серия в спектре водорода характеризует переход электронов с высших уровней на третий энергетический уровень. Инфракрасные линии спектра, соответствующие излучению отдельных атомов, имеют сравнительно небольшую длину волны и лежат недалеко от красной границы видимого спектра, в так называемой близкой инфракрасной области.
Инфракрасное излучение молекул обусловлено изменением колебательного состояния отдельных атомов и групп атомов, а также сдвигами во вращении молекулы. Кванты колебательной энергии молекул сравнительно велики — их энергия на порядок (примерно в 10 раз) меньше энергии фотонов видимого света; соответствующие линии излучения лежат в той же близкой инфракрасной области. Кванты энергии вращения молекул еще на порядок меньше. Поэтому изменение вращательной энергии молекул сопровождается излучением в далекой инфракрасной области.
Обширный диапазон инфракрасных лучей разделяется на три области: ближние лучи — от видимого света примерно до длины волны 3 мк, которые выделяются с помощью призм из кварцевого стекла; средние — с длиной волны от 3 до 16 мк, которые выделяются с помощью призм из каменной соли; дальние — с длиной волны больше 16 мк. Инфракрасные лучи, проникающие в ткани на глубину в несколько миллиметров, лежат в наиболее коротковолновой области, от видимого света до лучей длиной 1,5 мк (рис. 19). Лучи с более длинными волнами обладают только поверхностным действием.
Непрерывный спектр инфракрасных лучей дают лампы накаливания и электронагревательные приборы. Линейчатый спектр излучают пары металлов, нагретые газы, электрические разряды в газе и некоторые твердые тела. Пары ртути, широко применяемые для получения ультрафиолетовых лучей, высвечивают ряд интенсивных линий и в инфракрасной области — 7730, 9260, 10 140, 13 000 А, 4 и 5,5 мк. Газоразрядные трубки, наполненные неоном, дают многочисленные линии вблизи видимой области спектра. Цезиевая лампа отдает 25% своего света в виде линий длиной 8521 и 9844 А. Натриевая газосветная лампа излучает двойную линию 8183—8194 А. Многие соединения кислорода и кремния дают при нагреве инфракрасные полосы излучения на слабом непрерывном фоне. Их используют в специальных горелках.
Когда лучи одной спектральной области необходимо выделить, а лучи других диапазонов поглотить, пользуются специальными фильтрами. Обычная вода, например, прозрачна для лучей видимого света, но легко поглощает инфракрасные лучи. Если к ней добавить немного медного купороса, поглощение значительно усиливается. Когда же нужно поглотить видимые лучи, а инфракрасные пропустить, пользуются растворами черных красителей либо йода в сероуглероде или четыреххлористом углероде. Обычное стекло не пропускает инфракрасных лучей с длиной волны больше 1,5—2 мк. Зеленые растения, интенсивно поглощающие благодаря содержанию хлорофилла лучи красной и синей областей видимого света, хорошо отражают инфракрасные лучи.