Światło Może zostać wytworzone na wiele sposobów. Główna różnica między nimi polega na sposobie dostarczania atomom dodatkowej energii. W płomieniu świecy lub lampy naftowej węgiel pochodzący z węglowodorów wosku lub nafty grzeje się podczas żarzenia. Cie pło jest również źródłem energii w przypadku światła pochodzącego z lamp gazowych, które zaopatrzone są w koszulkę, osłonę otaczająca płomień. Atomy toru znajdujące się w koszulce wydzielają intensywne białe światło.
W żarówkach elektrycznych, ciepło wytwarzane jest podczas przepływu prądu elektrycznego przez włókna z cienkiego drutu wolframowego. A atomy wolframu wydzielają światło. W elektrycznej lampie łukowej intensywne światło pochodzi od rozgrzanej do białości iskry, która przeskakuję między dwiema elektrodami węglowymi.

Przykładem innego sposobu zmiany energii elektronów na energie świetlna ( bez grzania) jest jarzeniówka, wykorzystywana w napisach neonowych. Lampa taka zawiera śladowe ilości neonu pod niskim ciśnieniem. Prąd elektryczny dochodzący do katody umieszczonym na jednym końcu rury wytwarza strumień elektronów. Strumień ten przepływa do anody umieszczonej na drugim końcu, zderzając się z atomami neonu i wzbudzając w nich elektrony. Które przechodzą na wyższe poziomy energetyczne. Gdy wzbudzone elektrony wracają na swoje podstawowe poziomy, emitują charakterystyczne czerwone światło neonowe. Użycie w lampach błyskowych aparatów fotograficznych ksenonu zamiast neonu powoduje, że emitowane światło jest białe i jaskrawe.

Świetlówka jest nieco innym ?zimnym? źródłem światła. Tak jak jarzeniówka, wykorzystuje prąd elektryczny i ma dwie elektrody, ale gazem są pary rtęci pod niskim ciśnieniem, które wytwarzają niewielkie światło ultrafioletowe. Świetlówka pokryta jest wewnątrz substancją zwaną luminoforem. Gdy to pokrycie bombardowane jest przez ultrafiolet. Niektóre atomy luminoforu ulegają wzbudzeniu. Powracając do stanu podstawowego, emitują światło widzialne.
Różne rodzaje luminoforów służą do wytwarzania światła o różnych kolorach. Luminofory wykorzystuje się w ekranach telewizorów i monitorach komputerowych, gdzie atom wzbudza strumień elektronów , wychodzący z działa elektronowego lampy elektropromieniowej.

Luminofory przestają emitować światło natychmiast, gdy powstaje pobudzające promieniowanie. Podobne zjawisko to fosforescencja. W tym przypadku światło jest nadal emitowane przez krótki czas po ustaleniu pobudzającego promieniowania. I dlatego materiały fosforyzujące świecą w ciemności.

lampa naftowa ma knot zanurzony w zbiorniku z naftą. Zjawisko woskowatości powoduje, że nafta podnosi się wzdłuż knota, umieszczonego w osłonie metalowej. gdy nafta płonie, to zawarte w niej atomy węgla absorbują energie cieplną i płomień emituje światło. Dopasowując wysokość knota można wyregulować wielkość i natężenie płomienia.

Promieniowanie – strumień cząstek lub fal wysyłanych przez ciało.
Wytwarzanie promieniowania jest nazywane emisją.
Pierwotnie pojęcie promieniowanie używano do tych rodzajów wysyłanych cząsteczek i fal (bez wnikania w ich naturę), którego wąski strumień (promień patrz światło) rozchodząc się w przestrzeni może być traktowany jak linia w geometrii (nie rozdziela się).

Bardzo ważne miejsce w dzisiejszym świecie zajmuje zastosowanie promieniowania jonizującego w medycynie. Większość z nas poznała już jego je, chociażby podczas prześwietleń aparaturą rentgenowską(np. złamanej ręki). Zasada jej działania jest bardzo prosta i polega na tym, że wiązka promieni X przenikając przez badany narząd ulega osłabieniu, ponieważ część promieni zostaje pochłonięta przez tkankę. Narządy zbudowane z tkanek o różnej gęstości, w różnym stopniu pochłaniają wiązkę promieniowania. Niejednorodnie osłabiona wiązka promieni X trafia na kliszę fotograficzną i powoduje jej zaciemnienie proporcjonalnie do stopnia osłabienia. W ten sposób na kliszy fotograficznej uzyskujemy obraz badanego narządu. Jednym z ważniejszych osiągnięć techniki rentgenowskiej jest tomografia komputerowa. Sterowany komputerem proces wykonywania kolejnych zdjęć badanego narządu w różnych płaszczyznach i pod różnym kątem pozwala uzyskiwać warstwowy obraz, przedstawiający bardzo dokładne nawet niewielkie zmiany chorobowe. Innym ważnym zastosowaniem promieniowania w medycynie jest radioterapia. Stosuje się ją w przypadku nowotworów szczególnie czerniaka (nowotwór skóry).

Promieniowanie rentgenowskie powstaje przy przejściach elektronów na wewnętrzne powłoki elektronowe atomu, jego długości zawarte są w przedziale 0,1 pm do ok. 50 nm, tj. między promieniowaniem gamma i ultrafioletowym. Dzieli się na miękkie (większa długość fali, mniej przenikliwe) i twarde (większa długość fali, bardziej przenikliwe).

Źródłem promieniowania X jest aparat rentgenowski, reaktor jądrowy, akcelerator a także pierwiastki promieniotwórcze i wiele obiektów astronomicznych. W aparacie rentgenowskim znajduje się lampa próżniowa lub gazowa, w której strumień elektronów pada na elektrodę zwaną anykatod. Promieniowanie rentgenowskie wytwarzane jest też przez dwie lampy: jonową oraz Coolidge?go z żarzoną katodą, która służy do wytwarzania elektronów swobodnych. Jonowa lampa rentgenowska to bańka szklana, kulista, wypełniona gazem; wewnątrz znajdują się trzy elektrody metalowe.
Do prześwietlania służy: ekran fluoryzujący, ekran rentgenologiczny, wzmacniacz elektronowy obrazu ekranowego. Ekran fluoryzujący zawiera elementy fluoryzujące, które pod wpływem promieniowania X dają obraz słabo odbierany przez siatkówkę oka, ale silnie przez błony fotograficzne. Ekran rentgenowski przetwarza promienie X w promienie widzialne.
Ciekawostką jest, że Słońce, gwiazdy i inne obiekty w przestrzeni kosmicznej (np. czarne dziury) są naturalnymi źródłami promieni X. Wokół Ziemi krążą satelity wyposażone w teleskopy wysyłające obrazy rentgenowskie z przestrzeni kosmicznej. Po przetworzeniu dają one obraz trójwymiarowy.

Własności promieniowania X:
- wszelkie substancje są dla promieni X w mniejszym lub większym stopniu przejrzyste
- są niewidzialne, ale wywołują fluorescencję
- wywołują jonizację powietrza

- wiele substancji fosforyzuje przy naświetlaniu promieniami X
- emulsje fotograficzne są czułe na promienie X, powodujące zaczernienie kliszy
- w próżni mają prędkość światła
- rozchodzą się po liniach prostych, ich tor nie zakrzywia się w polu magnetycznym ani elektrycznym
- padając na ciało naelektryzowane powodują, że ciało to traci ładunek

Zastosowanie promieni X:
- pierwszą dziedziną, w której wykorzystano promienie X była medycyna
- prześwietlają bagaże na lotniskach
- pomagają w defektoskopii (wykrywaniu wad metali) i budowaniu konstrukcji stalowych
- każdy odbiornik telewizyjny emituje promienie X, które jednak nie przedostają się przez szybę odbiornika
- używane są w fizyce jądrowej (mikroskopy elektronowe, cyklotrony, akcelatory)
- wykorzystywane są w badaniach pierwiastkowego składu chemicznego substancji oraz struktur kryształów
- umożliwiają obserwację przyćmionych ciał, np. pulsarów
- podczas I wojny światowej za pomocą promieni X szukano kul i ich odłamków w ciałach rannych żołnierzy
- W 1896 roku we Francji promienie X wykorzystywane były do diagnozowania gruźlicy
Jednak największe zastosowanie promienie X znalazły w medycynie- służą do otrzymywania obrazu organów wewnętrznych oraz leczenia schorzeń. Dzięki tomografowi rentegowskiemu udaje się uzyskać bardzo dokładny obraz nawet małych zmian chorobowych. Najczęściej robi się zdjęcia klatki piersiowej i układu kostnego; wprowadzenie promieni X do układu naczyniowego pozwala na uwidocznienie przebiegu i zarysu tętnic i żył. Promienie rentgenowskie wykorzystywane są również do niszczenia chorych komórek, najczęściej nowotworowych.

Promieniowanie rentgenowskie jest promieniowaniem jonizującym. W dawkach stosowanych w medycynie nie powinno powodować działań niepożądanych, choć należy zachować ostrożność i nie nadużywać go. Promieniowanie X może wpływać na rozwój płodu, duże dawki są szkodliwe dla zdrowia. Powodują przede wszystkim uszkodzenie szpiku kostnego, co prowadzi do niedokrwistości. Reakcja organizmu na promieniowanie X zależy przede wszystkim od jego ilości, wieku (im osoba młodsza tym bardziej narażona), rodzajów tkanek. Dlatego stosuje się fartuch z gumy ołowiowej, który chroni nie badane części ciała.

Promieniowanie rentgenowskie mogą mieć zarówno widmo ciągłe jak i liniowe. Podczas zmniejszania się prędkości cząstek naładowanych powstaje widmo promieniowania hamowania (widmo ciągłe), jego maksymalne natężenie zależy od energii cząstek bombardujących (zazwyczaj elektrony). Widmo liniowe (widmo promieniowania charakterystycznego) zależy od rodzaju atomów emitujących to promieniowanie, składa się ono z grup linii tworzących serie widmowe, odpowiadające przejściom elektronów na odpowiednie zewnętrzne powłoki elektronowe.

Promienie odkryte w 1895 roku przez niemieckiego fizyka Roentgena stały się nieodzowne w medycynie, pomagają też w wielu innych dziedzinach życia. Rozwój techniki i coraz większa wiedza o świecie pozwalają na tworzenie coraz lepszych aparatów rentgenowskich oraz poszerzanie stosowania promieni X.

Promieniowanie rentgenowskie jest wykorzystywane do uzyskiwania zdjęć rentgenowskich, które pozwalają m.in. na diagnostykę złamań kości i chorób płuc. Naświetlanie promieniami rentgenowskimi zabija komórki nowotworowe, co wykorzystuje się w radioterapii. Jednak przyjęcie dużej dawki promieniowania może powodować oparzenia i chorobę popromienną…

Radiografia cyfrowa
Klasyczny obraz radiograficzny ma charakter analogowy i uzyskiwany jest zazwyczaj na kliszy rentgenowskiej. W tej postaci może być oglądany i analizowany bezpośrednio lub po zamianie (przez skanowanie laserowe) na obraz cyfrowy, za pomocą monitora. Obraz w postaci cyfrowej jakkolwiek zubożony o część informacji ma tę zaletę, że może być przetwarzany, jak to ma miejsce w opisanych dalej nowoczesnych metodach wizualizacji oraz łatwo archiwizowany.
Nowoczesne urządzenia rentgenowskie wyposażone w tak zwany tor wizyjny składający się ze wzmacniacza obrazu, kamery wideo, łączącego je układu optycznego oraz komputera, umożliwiają uzyskiwanie obrazu cyfrowego bezpośrednio w czasie rzeczywistym. Dzięki temu jest możliwa wizualizacja nie tylko struktury ale także czynności narządów, a w szczególności układu krążenia. Procedura otrzymywania i przetwarzania radiologicznych obrazów cyfrowych nazywa się radiografią cyfrową.

Znakowanie izotopowe
Znakowanie izotopowe jest to proces zamiany w związku chemicznym trwałego jądra, wysyłającym promieniowanie izotopem promieniotwórczym tego samego pierwiastka, dzięki czemu można śledzić drogę tego atomu wewnątrz układu biologicznego lub mechanicznego. Związek chemiczny zawierający izotop promieniotwórczy jest nazywany związkiem znaczonym, a atom służący do znakowania atomem znaczonym (wskaźnikiem izotopowym). Promieniotwórczy związek ma takie same własności chemiczne i fizyczne (czasami są drobne różnice) jak naturalny związek, a jego obecność można wykryć za pomocą odpowiednich detektorów. Metoda wskaźników jest szeroko stosowana w chemii, biologii, medycynie i technice. Bardzo często do znakowania używa się izotopu wodoru 3H, składającego się z jednego protonu i dwóch neutronów, zwanego trytem. Tryt ma czas połowicznego rozpadu 12,5 lat. Jeżeli w każdej cząsteczce związku na miejsce wodoru podstawiony zostanie atom trytu, to taki związek nosi nazwę związku trytowego. Najczęściej stosuje się wodę trytową T2O.

Tę technikę stosuje się często w medycynie. Podczas badań diagnostycznych śladowe ilości krótkożyjącego izotopu lub częściej substancji znakowanej nazywanej w medycynie radiofarmaceutykiem zostają wprowadzone do organizmu człowieka. Najczęściej używanym radioizotopem jest technet-99m, rzadziej używa się jodu-131, talu-201 i galu-67. Izotopy te zwykle są związane z odpowiednio dobranymi związkami chemicznymi powodującymi gromadzenie się ich w tym, a nie w innym narządzie. Radioizotop spełnia w tym przypadku rolę “szpiega”. dzięki jego obecności łatwo można prześledzić za pomocą urządzeń rejestrujących promieniowanie czy rozkład podanego radiofarmaceutyku w badanym narządzie jest prawidłowy. Stosowane radiofarmaceutyki biorą udział w określonych procesach życiowych narządu, zatem rozkład radioaktywności obrazuje jego czynność.

Scynytgram nerek, na dole pokazana jest zmiana radioaktywności wraz z czasem podanym w minutach.
Urządzeniami służącymi do rozkładu radioaktywności w organizmie człowieka są scyntygrafy lub znacznie częściej obecnie stosowane gamma – kamery (zdjęcie u góry). Ich podstawową częścią jest detektor promieniowania umożliwiający pomiar radioaktywności równocześnie w całym narządzie. Nowoczesne gamma – kamery współpracują z systemem komputerowym. Uzyskane tą metodą obrazy rozkładu podanego znacznika pozwalają ocenić strukturę i czynność badanego narządu. Taki obraz komputerowy nazywamy scyntygramem. Najczęściej wykonuje się izotopowe badania tarczycy, nerek, kości, płuc i serca.
Na przykład badanie nerek polega na podaniu pacjentowi śladowej substancji znakowanej i wydalanej przez nerki z moczem. Śledząc na ekranie monitora jak szybko narasta i zanika radioaktywność w nerkach, można określić czy ich ukrwienie jest prawidłowe, czy czynność komórek nerkowych wychwytujących podaną substancję jest sprawna, a odpływ moczu nie napotyka na przeszkody.
Dawka promieniowania jaką otrzymuje pacjent podczas tego badania jest tak niewielka, że poleca się je u dzieci zamiast urografii – podstawowej techniki rentgenowskiej w badaniach nerek. Ponadto radiofarmaceutyki nie wywołują powikłań spotykanych przy stosowaniu kontrastów radiologicznych, takich jak wstrząs i uczulenie.
Opracowano na podstawie materiałów Państwowej Agencji Atomistyki “Promieniowanie i medycyna”.
Emisyjna tomografia pozytonowa

tomografia pozytonowa
Badanie przy użyciu emisyjnej tomografii pozytonowej
Emisyjna tomografia pozytonowa w skrócie PET (positron emission tomography) polega na wstrzykiwaniu pacjentowi promieniotwórczego izotopu wysyłającego promieniowanie beta plus czyli pozytony (dodatnie elektrony), co prowadzi do anihilacji i emisji fotonów, wykrywanej w kolejnych warstwach. W badaniu korzysta się z pierwiastków, wbudowanych do określonych cząsteczek, np. glukozy, wody, amoniaku lub leków, które zostają wprowadzone do organizmu pacjenta drogą żylną lub przez inhalację. Czas połowicznego rozpadu użytych pierwiastków jest na tyle krótki, że nie stanowi zagrożenia dla zdrowia pacjenta. Poszczególne tkanki zużywają wprowadzone substancje znaczone w różnym tempie. Izotopy rozpadając się, są źródłem pozytonów, które w wyniku spotkania z elektronami anihilują, dając parę fotonów o energii 511 keV każdy, rozbiegających się w przeciwne strony. Jeżeli dwa umieszczone naprzeciwko siebie fotopowielacze jednocześnie rejestrują fotony, to wyznaczają one prostą przecinającą komórkę, w której nastąpiła emisja. Komputer zbierający dane tworzy mapę intensywności powstawania pozytonów. Obserwowany rozkład emisji pozwala ustalić tempo zużywania tych molekuł przez poszczególne komórki, co jest miarą ich metabolizmu. Nadmierny metabolizm może wskazywać na nowotworowe przerzuty, choroby neurologiczne, jak choroba Alzheimera, a także pozwala obserwować różnice w aktywności neuronów podczas pracy mózgu. Jedyny pozytonowy tomograf emisyjny w Polsce znajduje się w Centrum Onkologii w Bydgoszczy
Opracowano na podstawie nr 9/2004 czasopisma Świat Nauki.

Tomografia komputerowa
Tomografia w skrócie CT (computed tomography) polega na wykonywaniu wykonywaniu kolejnych zdjęć rentgenowskich sterowanych komputerem badanego narządu w różnych płaszczyznach i pod różnym kątem. Pozwala to uzyskać warstwowy obraz, przedstawiający bardzo dokładnie nawet niewielkie zmiany chorobowe.
tomografia
Badanie przy użyciu tomografii komputerowej
Tomograf komputerowy składa się ze stołu, na którym leży pacjent, gantry, w której znajduje się lampa promieniowania rentgenowskiego wraz z detektorami oraz z komputerowej konsoli, na której programuje się i ogląda badania. Skaner tomografu komputerowego obraca się wokół leżącego pacjenta, wykonując co kilka stopni liczne pomiary. Na podstawie pomiarów gęstości osłabiania promieniowania komputer tworzy obrazy poprzecznych przekrojów ciała pacjenta uwidaczniające z dużą dokładnością tkanki organizmu i strukturę narządów. Poddane dalszej obróbce komputerowej przekroje poprzeczne mogą być źródłem obrazów trójwymiarowych. Obecnie rozdzielczość wynosi 1 mm, a zbadanie milimetrowej warstwy zajmuje sekundę. Tomografia komputerową stosuje się w przypadku znacznych różnic w gęstości tkanek, nadaje się więc do diagnozowania złamań, zakrzepów i kamieni nerkowych.
W przypadku tomografii oprogramowanie komputerowe jest integralną częścią przebiegu badania. Specjalna konsola tomografu umożliwia sterowanie i kontrolowanie przebiegu badania, przyjmuje informację o badanym obszarze anatomicznym, a następnie przetwarza je tak, aby uzyskać możliwie
tomografia
Zdjęcie tomograficzne głowy na poziomie oczodołów
najdokładniejsze odzwierciedlenie szczegółów badania. Przetworzone wyniki wpisywane są do pamięci magnetycznej na dysku detektora, a następnie odbierane przez system przetwarzania danych. Dalej zapisuje się je na drukarce, na monitorze lub na nośniku magnetycznym. Dzięki kamerze można ponadto wykonać zdjęcia oglądanego narządu na błonie światłoczułej. Tak jak w każdej technice cyfrowej, w tomografii komputerowej istnieje możliwość dowolnego powiększania i dzielenia obrazu oraz dokonywania jego wtórnej rekonstrukcji. Możliwości te zależą jednak od oprogramowania aparatu.
W celu uzyskania lepszego obrazu wieczorem jeden dzień przed badaniem i w dniu badania należy wypić rozcieńczoną w trzech szklankach wody jedną ampułkę urografiny. Czasami, w celu dokładniejszej oceny danego obszaru, pacjentowi podaje się dożylnie odpowiedni środek kontrastowy (osłabiający promieniowanie rentgenowskie). Podanie badanemu takiego środka powoduje, że fale rentgenowska jest prawie całkowicie pochłonięta w tych tkankach (np. naczynia żylne) a na ekranie komputera widzimy jasne pole, odpowiadające w tym przypadku naczyniom żylnym wypełnionym środkiem kontrastowym. Środki kontrastowe można podzielić na: środki podawane dożylnie, doustnie i doodbytniczo.

Promieniowanie laserowe ma pewne specyficzne cechy w stosunku do zwykłego promieniowania optycznego. Są one następujące:

1. Promieniowanie jest emitowane z lasera w postaci mało rozbieżnej wiązki w jednym, określonym kierunku, wyznaczonym przez oś rezonatora optycznego. Wiązka promieniowania ma na ogół małą rozbieżność, to znaczy, że jej średnica nie ulega większym zmianom w miarę oddalania się od lasera. Miarą rozbieżności wiązki jest kąt rozbieżności, który zazwyczaj ma wartość od kilku lub kilkudziesięciu miliradianów (lasery gazowe i lasery ciała stałego) do około 10 stopni (lasery półprzewodnikowe). Mała rozbieżność pozwala na przesyłanie wiązki laserowej na duże odległości, a także na jej silne skupienie przez układ optyczny. Im mniejszy jest kąt rozbieżności wiązki, tym mniejsza średnica plamki skupionego promieniowania w ognisku soczewki. Możliwe jest skupienie wiązki do średnicy od kilku do kilkuset mikrometrów. Ponieważ cała moc promieniowania zawarta jest w wąskiej wiązce laserowej, można po skupieniu uzyskać bardzo dużą gęstość mocy promieniowania w ognisku soczewki rzędu 108 – 1012 W/cm2.

2. Promieniowanie laserowe jest monochromatyczne. Żadne źródło nie emituje promieniowania o jednej długości fali. Nawet to światło, które wydaje się jednobarwne, jest złożone z fal zawartych w pewnym przedziale długości fali, dającym tzw. szerokość spektralną. Szerokość spektralna promieniowania laserowego jest bardzo mała i może osiągnąć nawet 10-7 nm, przy czym cała energia promieniowania jest zgromadzona w tej wąskiej linii. Ułatwia to ogniskowanie wiązki laserowej i osiąganie bardzo małych rozmiarów ogniska.

3. Promieniowanie laserowe jest koherentne (spójne). Oznacza to, że występuje stały związek fazowy fali promieniowania w wiązce w czasie (spójność czasowa) i między dowolnymi punktami przekroju poprzecznego wiązki laserowej (spójność przestrzenna).

Wszystkie te właściwości stwarzają olbrzymie możliwości zastosowania promieniowania laserowego.

We współczesnej medycynie znalazło zastosowanie kilkanaście, jeśli nie kilkadziesiąt, różnego rodzaju urządzeń laserowych. Trudno byłoby obecnie wymienić dziedzinę medycyny, która nie korzystałaby z takiego źródła promieniowania, jakim jest laser. Stosuje się je zarówno w diagnostyce, jak i w terapii. A postęp techniczny stwarza nowe możliwości ich wykorzystania.

Laserów używa się przede wszystkim dla “twardej” obróbki tkanek:

* cięcia,
* koagulacji,
* odparowania (fotoablacji oraz ablacji stymulowanej plazmą)
* obróbki mechanicznej (rozrywania, fragmentacji czy kawitacji)

Mammografia jest radiologiczną metodą badania sutka (gruczołu piersiowego). Podobnie jak w pozostałych metodach rentgenowskich, wykorzystuje się tu różnice w pochłanianiu promieni X, przechodzących przez poszczególne tkanki organizmu. Obraz utrwalany jest na błonach retgenowskich.

Badania wykonuje się specjalnym aparatem, wytwarzającym promieniowanie w zakresie 25-40 kV (tak zwane promieniowanie miękkie), przy użyciu czułych błon rentgenowskich.
Pierwsze, dobrze udokumentowane badania, przeprowadził Leborgne w 1951 roku.
Podstawowe projekcje to: osiowa (z góry na dół) i boczna (obu sutków z osobna).

Zdjęcia pozwalają uwidocznić prawidłowe struktury sutka i ewentualne ich zmiany:
- tkankę gruczołową,
- łącznotkankowe podścielisko
- główne przewody mleczne,
-tkankę tłuszczową,
-żyły
- skórę,
- brodawkę sutkową.

Obraz prawidłowego sutka zmienia się z wiekiem. W przypadku zaistnienia nieprawidłowości można stwierdzić:
-patologiczne zagęszczenia – cienie,także guzowate,
-zwapnienia,
-poszerzenie żył,
-pogrubienie skóry,
-ciągnięcie brodawki sutkowej
powiększenie węzłów chłonnych w uwidocznionym fragmencie dołu pachowego.

Mammografia jest cenną metodą wykrywania raka piersi (najczęstszego u kobiet nowotworu złośliwego) oraz innych nieprawidłowości. W przypadku raka sutka czułość tej metody jest oceniana na 80-95%.

Wiadomo, że w skład każdego atomu wchodzi centralnie położone jądro oraz znajdujące się w chmurze elektronowej elektrony. Składnikami jądra natomiast są nukleony czyli protony i neutrony. Liczba protonów, równa liczbie elektronów to tzw. liczba atomowa.
Decyduje ona o lokalizacji pierwiastka w układzie okresowym. Natomiast liczba protonów i neutronów nazywana jest liczbą masową .

Masy składników jądra wynoszą:
?masa protonu = 1.0078 u
?masa neutronu = 1.0086u
Ponieważ masa elektronu jest bardzo mała w porównaniu z tymi masami, około 1840 razy mniejsza dlatego przyjmuje się, ze całą masę atomu stanowi masa jądra.
Ponieważ ładunek elektronu jest co do wartości równy ładunkowi protonu, tak więc dzięki równej liczbie obu cząstek w atomie jest on elektrycznie obojętny.

Rozmiary atomów to 10 – 10m, natomiast średnica jąder wynosi około 10 m.
Autorem pierwszego modelu budowy atomu, który uwzględniał teorię kwantów był Niell Bohr. W tym obrazie atomu ruch elektronów wokół jądra porównywany jest do ruchu planet okrążających Słońce.
Teoria Bohra opierała się na dwóch założeniach.
1.Elektron nie może krążyc po dowolnej orbicie, lecz tylko po tych, dla których .
Każdej orbicie odpowiada inny moment pędu elektronu jest wielokrotnością h/2 stan energetyczny atomu. Znajdując sie na orbicie dozwolonej elektron nie promieniuje energii. Orbity dozwolone zostały nazwane stacjonarnymi. Zakładając, że ruch elektronu odbywa się po orbicie kołowej pierwszy postulat Bohra można zapisać następująco gdzie n jest liczbą całkowitą.
2. Atom przechodząc absorbuje lub emituje promieniowanie w postaci kwantu o energii h jednego stanu energetycznego En do grugiego Ek (czyli przejściu elektronu z jednej orbity dozwolonej na inną). Różnica energii tych stanów atomów równa się energii wypromieniowanego kwantu

Model atomu wodoru Bohra opiera się na następujących postulatach:

a) Elektron krąży po orbicie kołowej wokół jądra, nie wypromieniowując energii.

b) Elektron może krążyć tylko po takiej orbicie, dla której spełniony jest warunek:

gdzie: K = m*v*r ? moment pędu elektronu,

h = 6,62?10 ?34 J*s ? stała Plancka,

n ? liczba naturalna (numer dozwolonej orbity elektronu).

c) Aby elektron mógł przejść z orbity niższej k na orbitę wyższą n, musi zabsorbować kwant energii o wartości En?Ek.

d) Jeżeli elektron przeskakuje z orbity wyższej n na orbitę niższą k, to emituje przy tym kwant promieniowania o energii h*f = En? Ek

gdzie: En, Ek ? energia elektronu na orbicie n i k, f ? częstotliwość emitowanego promieniowania.

Dzięki teorii Bohra było możliwe wyznaczenie zależności dla linii widmowych innych serii, nie tylko serii K.
W dzisiejszych czasach stosuje się jeszcze oznaczanie linii widma promieniowania X zgodnie z założeniami Bohra. I tak kwanty promieniowania , które są emitowane przez atom w wyniku przejścia elektronu na powłokę najbliższą jądru nazywa się promieniowaniem serii K. Następna seria to seria L, czyli promieniowanie powstające przy przeskoku elektronu z wyższych powłok na powłokę drugą z kolei licząc od jądra.
W nomenklaturze uwzględnia się również w ramach danej serii numery orbit, na które nastąpił przeskok. Nazywa się je alfa, beta lub gamma.
Okazało się jednak, że teoria atomu Bohra nie sprawdza się do opisu struktury nadsubtelnej np. dubletów bądź tripletów linii widmowych.

Współczesna teoria budowy atomu przypisuje elektronom zestaw 5 liczb kwantowych, które opisują ich stan energetyczny w atomach.
Są to: główna liczba kwantowa, orbitalna liczba kwantowa, magnetyczna liczba kwantowa, spinowa liczba kwantowa i magnetyczna spinowa liczba kwantowa.
W danym atomie nie mogą istnieć dwa elektrony z identycznym zestawem liczb.

Zgodnie z dualistyczną naturą elektronów można je rozpatrywać zarówno jako falę (fala de Broglie’a) oraz jako cząstkę elementarną.

Model Bohra – aby wyjaśnić stabilność atomu wprowadza pojęcie skwantowanych orbit elektronów:
A) jądro,
B) elektron,
C) orbita elektronu.

Model Bohra był ważnym krokiem w rozwoju teorii atomu. Bardzo wyraźnie pokazał on niestosowalność klasycznej fizyki do zjawisk wewnątrzatomowych oraz pierwszorzędne znaczenie praw kwantowych w mikroświecie.
Obecnie teoria Bohra ma głównie znaczenie historyczne.
Po pierwszych sukcesach tej teorii coraz bardziej widoczne stawały się jej niedociągnięcia. Szczególnie przygnębiające były niepowodzenia wszystkich prób skonstruowania teorii atomu helu – jednego z najprostszych atomów, następnego atomu bezpośrednio po atomie wodoru.
Najsłabszą stroną teorii Bohra, powodującą kolejne niepowodzenia, była jej wewnętrzna sprzeczność logiczna: nie była to teoria ani konsekwentnie klasyczna, ani konsekwentnie kwantowa. Po odkryciu falowych własności materii, stało się zupełnie jasne, że oparta na mechanice klasycznej teoria Bohra mogła być jedynie przejściowym etapem na drodze do stworzenia konsekwentnej teorii zjawisk atomowych.

Silnik czterosuwowy
Suw ssania – tłok (1) przesuwa się w dół z górnego do dolnego skrajnego położenia. W tym czasie zawór ssany (2) jest otwarty co pozwala na zassanie powietrza lub mieszanki paliwo-powietrznej.
Suw sprężania – tłok przesuwa się w górę, do górnego skrajnego położenia. powietrze lub mieszanka paliwo-powietrzna zostaje sprężana do wymaganego ciśnienia. Oba zawory ssący (2) i wydechowy (3) są zamknięte.
Suw pracy – przed osiągnięciem górnego skrajnego położenia w silnikach wysokoprężnych i tych z elektronicznym wtryskiem paliwa następuje wtrysk paliwa i zapłon samoczynny wymuszony iskrą. Spalające się paliwo powoduje gwałtowny wzrost ciśnienia co wymusza ruch tłoka do dolnego skrajnego położenia. Oba zawory: ssący (2) i wydechowy (3) są zamknięte
Suw wydechowy – tłok porusza się w górę do górnego skrajnego położenia podczas gdy zawór wydechowy jest otwarty. Gazowe produkty spalania paliwa (spaliny) zostają wypchnięte z przestrzeni roboczej silnika.

Silnik dwusuwowy
Suw sprężania – w pierwszej fazie suwu sprężania następuje “przepłukanie” przestrzeni roboczej silnika (1). Wtedy to spaliny powstałe w poprzednim cyklu pracy są wytłaczane przez kanał wydechowy (2), jednocześnie do przestrzeni roboczej przez kanał międzykomorowy (3) napływa mieszanka paliwowa zgromadzona wcześniej w przestrzeni korbowej silnika (4). W dalszej fazie suwu sprężania tłok (5), pełniący także rolę zaworu, zamyka kanał wydechowy i międzykomorowy, odsłaniając jednocześnie kanał ssący (6). W czasie sprężania paliwa w komorze spalania, świeża porcja mieszanki paliwowej napływa przez kanał ssący do przestrzeni korbowej silnika.
Suw pracy – Przed dojściem do górnego martwego położenia tłoka następuje zapłon paliwa, które gwałtownie się rozprężając powoduje ruch tłoka w dół do dolnego skrajnego położenia. W końcowej fazie tego suwu odsłaniany jest kanał wydechowy i spaliny zaczynają opuszczać przestrzeń roboczą. Cykl się powtarza. `
Jako, że silniki dwusuwowe nie mogą być wyposażone w miskę olejową, smarowanie układu korbowodowego musi być zapewnione przez mieszankę paliwową. W tym celu do paliwa dodaje się pewną ilość oleju silnikowego. Istnieją też silniki dwusuwowe, gdzie oleju nie dodaje się do paliwa, ale jest on tłoczony z oddzielnego zbiornika bezpośrednio do łożysk oraz na gładzie cylindrów. Układ taki komplikuje jednak silnik, a główną zaletą dwusuwu jest lekkość i prostota (brak rozrządu, brak układu smarowania itd.)Silniki dwusuwowe, aczkolwiek mają swoje zalety, nie znalazły szerokiego zastosowania. Stosowano je głównie do napędu lekkich motocykli i motorowerów. W ostatnich czasach jednak nawet w tych zastosowaniach wypierają je silniki czterosuwowe. W Polsce i NRD produkowano także samochody osobowe(Syrena, Trabant i Wartburg), a nawet i ciężarowe IFA. Produkcja ich została zarzucona. Podstawową wadą silników dwusuwowych jest głośna praca oraz wysoka emisja spalin. Głównym tego powodem jest zawartość w mieszance paliwowej oleju silnikowego, który ulega spalaniu wraz paliwem.

Załącznik poniżej z rysunkami;-)

1. Fala dźwiękowa
– polega na rozchodzeniu się zaburzenia w ośrodkach sprężystych np. szkło, woda, powietrze
NIE rozchodzi się w próżni

2. Prędkość dźwięku
– zależy od temperatury danego ośrodka i od rodzaju ośrodka
* im gęstszy ośrodek tym większa prędkość
np. prędkość dźwięku w powietrzu w temperaturze 20°C ? 343 m/s
prędkość dźwięku w wodzie ? 1450 m/s
prędkość dźwięku w szkle ? 5600 m/s

3. Zakres słyszalności dźwięku
– człowiek rejestruje dźwięki w zakresie częstotliwości od 16Hz do 20 kHz (20 000 Hz)
– jeżeli:
* f < 16 Hz ? infradźwięki
np. podczas trzęsienia ziemi
* f < 20 000 Hz ? ultradźwięki
np. niemy gwizdek dla psów myśliwskich, delfiny, nietoperze, echosonda, medycyna ? diagnoza narządów wewnętrznych

4. Natężenie dźwięku
– jest to cecha, która mów czy dźwięk jest silny czy słaby
– nazywamy stosunek ilości energii, która przenika przez powierzchnię ustawioną prostopadle do kierunku rozchodzenia się dźwięku do wielkości tej powierzchni i czasu przepływu

s- wielkość powierzchni

5. Próg słyszalności
– najmniejsza wartość natężenia dźwięku, która jesteśmy w stanie usłyszeć
– natężenie, które odpowiada progowi słyszalności to tzw. poziom zerowy

6. Próg bólu
– najwyższa wartość natężenia dźwięku po przekroczeniu, której zaczynamy odczuwać ból

7. Poziom natężenia dźwięku
– stosunek natężenia dźwięku do natężenia, które odpowiada progowi słyszalności

d- decy = 10
dm = 0,1 m
np. poziom zerowy
(natężenie dźwięku)
0 dB ? poziom natężenia dźwięku
* szept ? 30 dB
* rozmowa ? 60 dB
* koncert rockowy ? 110 dB
* startujący samolot odrzutowy ? 120 dB
* próg bólu ? ok. 130 dB

8. Prawo Dopplera ? efekt Dopplera
– polega na zmianie częstotliwości odbierającego dźwięku w zależności od ruchu obserwatora i ruchu dźwięku
np. pojazd na sygnale wydaje dźwięki częstotliwości wyższej podczas zbliżania się i niższej gdy się oddala, niż w sytuacji gdy stał w miejscu

f ` – częstotliwość dźwięku odbierana przez obserwatora
V ? prędkość dźwięku np. 340 m/s
u ? prędkość źródła dźwięku np. karetka na sygnale
f ? częstotliwość dźwięku wysyłana przez źródło

Prawo ściśliwości określają nam dwa prawa, a mianowicie prawo Pascala i prawo Archimedesa. Prawo Pascala mówi nam o tym, że na każdą część cieczy zamkniętej w pojemniku i na ścianki naczynia wywierane jest takie samo ciśnienie, a prawa Archimedesa mówi nam, że na każde ciało zanurzone w cieczy lub jego część wywierane jest takie samo ciśnienie ( ale tylko na część, która zetknięta jest bezpośrednio z cieczą). Wyróżniamy dwa rodzaje przepływu cieczy do określenia jej lepkości. Jest to przepływ laminarny i turbulentny. Przepływ laminarny trwa do momentu, gdy liczba Reynoldsa nie jest wyższa od 1180, natomiast gdy ja przekracza następuje przepływ turbulentny. W przepływie laminarnym nie dochodzi do wymiany cząstek pomiędzy ściankami, natomiast gdy ruch jest idealny następuje wymiana ruchu cieplnego cząstek, określana tzw. siłą tarcia wewnętrznego. To ona sprawia wtenczas, że cząstki, które poruszają się wolniej przyśpieszają, a cząstki, które poruszają się szybciej zwalniają. Lepkość cieczy zależy od rodzaju cieczy i jej temperatury. Im wyższa temperatura tym mniejszy współczynnik lepkości ponieważ zwiększa sie odległość między cząsteczkowa. Ruch turbulentny następuje kiedy liczba Reynoldsa jest wyższa od 1180, wtedy w rurze następują widoczne gołym okiem zawirowania , które utrudniają przepływ. Jednostka współczynnika lepkości jest Pascalosekunda (Pas). Wzór, który pozwala nam obliczyć współczynnik lepkości:

pi*r (kwadrat) * g* h *p : 8* l* m

pi – liczba pi wynosząca 3,14
r – promień kulki
g – przyciąganie grawitacyjne wynoszące 9,81
h – wysokość rury
p – ciśnienie wywierane na ciało w cieczy
l – długośc rury
m – masa pojemnika

Współczynnik lepkości możemy obliczyć stosując albo metodę bezpośrednią albo metodę Stokesa.

Promieniowanie gamma

wysyłanie promieniowania gamma Są to fale elektromagnetyczne o długości krótszej od 10-10 m. Źródłem promieniowania gamma inaczej zwanego promieniowaniem przenikliwym są procesy zachodzące w jądrze atomowym (np. rozpad pierwiastków promieniotwórczych zawartych w skorupie ziemskiej lub reakcje jądrowe) oraz promieniowanie kosmiczne powstające podczas procesów jądrowych zachodzących w gwiazdach i galaktykach. Najsilniejszym źródłem kosmicznego promieniowania są tak zwane błyski gamma. Widmo promieniowania gamma pierwiastków promieniotwórczych ma charakter dyskretny, tj. obserwuje się oddzielne linie widmowe, energia odpowiadająca tym liniom pozwala identyfikować promieniującą substancję. Promieniowanie gamma dla promieniowania jonizującego o danej energii najlepiej przechodzi przez materię, stąd druga nazwa – promieniowanie przenikliwe. Podobnie jak promienie rentgenowskie najlepiej pochłaniane jest przez substancje o dużej liczbie atomowej. Dlatego najlepszymi materiałem zabezpieczającym przed promieniowaniem gamma jest ołów. Aby obniżyć koszty schrony przeciwatomowe buduje się z na przemian kładzionych warstw ołowiu i betonu, który również dość dobrze pochłania promieniowanie gamma.
Promieniowane gamma niszczy wszystkie żywe komórki, także nowotworowe. Znalazło to szerokie zastosowanie w medycynie (głównie onkologii) do naświetlania chorych tkanek, a także do konserwowania żywności. Ponieważ na ogół wykorzystuje się izotop kobaltu 60, to takie urządzenie nosi nazwę bomby kobaltowej. Oprócz tego stosuje się je do wykrywania wad materiałów (defektoskopia).

Promieniowanie rentgenowskie

zdjęcie rentgenowskie wykonane przez Roentgena Promieniowanie rentgenowskie odkrył w 1895 roku W.C. Roentgen (pierwszy laureat Nagrody Nobla z fizyki) i nazwał promieniowaniem X. Długości fali zawarta jest w przedziale od 10-13m do około 5×10-8m, przy czym zakres promieniowania rentgenowskiego pokrywa się częściowo z niskoenergetycznym (tzw. miękkim) promieniowaniem gamma. Rozróżnienie wynika z mechanizmu wytwarzania promieniowania. Promieniowaniem gamma powstaje w przemianach energetycznych zachodzących w jądrze atomowym natomiast promieniowanie rentgenowskie wytwarzane jest w lampach rentgenowskich i są dwa mechanizmy powstawania tego promieniowania. Przede wszystkim przyspieszone w polu elektrycznym elektrony hamowane są przez materiał anody tracąc swoją energię, która zostaje wypromieniowana jako promieniowanie hamowania. Jest to widmo ciągłe i ograniczone od strony fal krótkich, przy czym położenie jest granicy zależy od napięcia doprowadzonego do lampy. Dodatkowo na skutek wybicia (jonizacji) przez przyspieszone elektrony wewnętrznych elektronów w materiale anody, następuje przeskok elektronu z powłoki zewnętrznej na puste miejsce czemu towarzyszy emisja promieniowania o ściśle określonej długości fali (promieniowanie charakterystyczne).
Promieniowanie rentgenowskie wykorzystuje się w badaniach strukturalnych (rentgenowska analiza strukturalna), w defektoskopii oraz do badania pierwiastkowego składu chemicznego (rentgenowska analiza widmowa). Ponadto promieniowanie rentgenowskie szeroko stosuje się w diagnostyce medycznej wykorzystując fakt, że mięśnie przepuszczają promienie rentgenowskie a kości pochłaniają.

Promieniowanie nadfioletowe

solarium Promieniowanie nadfioletowe zwane inaczej ultrafioletowym ( w skrócie UV) ma długość od 4×10-7m do 10-8m (od 400 do 10 nm) i dzieli się na ultrafiolet tzw. bliski (400-190 nm) i daleki (190-10 nm). Naturalnymi źródłami są ciała o dostatecznie wysokiej temperaturze. Znikome, ale zauważalne ilości tego promieniowania wysyłają już ciała o temperaturze 3000K i ze wzrostem temperatury natężenie wzrasta. Silnym źródłem jest Słońce, którego temperatura powierzchni wynosi 6000K. Technicznymi źródłami są lampy wyładowcze, przede wszystkim rtęciowe zwane kwarcówkami (lampy te osłania szkło kwarcowe, które przepuszcza promieniowanie nadfioletowe, zwykłe szkło nadfiolet pochłania) wytwarzane np. w lampach kwarcowych. Promieniowanie nadfioletowe ma silne działanie fotochemiczne. Przy długości fali poniżej 300 nm wywołuje już jonizację i jest zabójcze dla organizmów żywych, wywołuje lub przyspiesza szereg reakcji chemicznych. Przed promieniowaniem nadfioletowym chroni nas warstwa ozonowa, pochłaniająca promieniowanie ultrafioletowe o długości fali poniżej 290 nm, a także powietrze, które pochłania całkowicie promieniowanie nadfioletowe w zakresie ultrafioletu dalekiego.
Ze względu na działanie na skórę docierające z kosmosu promieniowanie dzieli się na trzy zakresy: UV-A (320-400nm), UV-B (290-320nm), UV-C (230-290nm). Promieniowanie z zakresu o największej długości fali UV-A nie jest w normalnych dawkach szkodliwe i stosuje się je klinicznie w leczeniu niektórych dolegliwości skóry, jak np. łuszczycy. Jest także wykorzystywane do stymulowania wytwarzania witaminy D u pacjentów, którzy są uczuleni na preparaty z ta witaminą. Promieniowanie UV-B powoduje zaczerwienienie skóry, po którym następuje pigmentacja czyli opalanie się. Nadmierne naświetlenie może spowodować powstanie groźnych pęcherzy. Promieniowanie UV-C o najmniejszych długościach fali jest szczególnie szkodliwe powoduje ono raka skóry. Normalnie zatrzymywane jest przez warstwę ozonową, ale pojawia się przy jej zubożeniu.
Promieniowanie nadfioletowe ma wiele zastosowań w medycynie (o czym wspomnieliśmy wcześniej), biologii (badania mikroskopowe tkanek i komórek), mineralogii (analiza minerałów), farmacji (sterylizacja), przemyśle spożywczym (konserwowanie żywności), przemyśle chemicznym (przyspieszanie reakcji) i wielu innych.

Światło widzialne

światło Jest promieniowanie elektromagnetyczne o długości od około 4×10-7 m do około 7×10-7 m. Taki zakres odbiera nasze oko, ale zwierzęta mogą rejestrować promieniowanie o innych długościach, np. pszczoły “widzą” promieniowanie nadfioletowe. Najlepiej widzimy w środku zakresu dla barwy żółtozielonej (długość około 550nm) a najgorzej na końcach. Światło w naszym oku odbierają receptory znajdujące się na siatkówce: 125 milionów pręcików i 6,5 miliona czopków. Dzięki czopkom człowiek rozróżnia barwy w jasnym pomieszczeniu oraz ostro widzi szczegóły. Czopki zawierają trzy typy barwników o maksimach czułości w obszarach błękitu, oranżu i czerwieni. W zależności od stopnia podrażnienia każdego z barwików mózg otrzymuje różne serie impulsów nerwowych i interpretuje je jako różne kolory. Czopki potrafią również rozróżniać natężenie światła czyli jego intensywność.
Czułość widmowa oka
Czułość widmowa oka.
Współczynnik K podaje jak odbieramy fale o poszczególnych długościach w stosunku do wartości maksymalnej. Linią przerywaną zaznaczono czułość pręcików, a ciągłą wypadkową czułość czopków
Gdy oświetlenie jest słabe, czopki przestają pracować i nie rozpoznajemy wtedy barw. Zaczynają wtedy odpierać pręciki, które pozwalają widzieć jednobarwne przedmioty przy słabym oświetleniu, rejestrując ich natężenie. Pręciki zawierają barwnik zwany rodopsyną. Rodopsyna jest bardziej czułą na kolor niebieski i zielony, natomiast wykazuje małą czułość na kolor czerwony, który w nocy odbieramy prawie tak jak czarny. Czułość odbieranego światła przez pręciki jest więc przesunięta bardziej w stronę fal krótszych (nadfioletu), co pokazuje wykres zamieszczony obok.
Naturalnymi źródłami są ciała ogrzane do temperatury ponad 700°C. Na skutek ruchów cieplnych następuje wtedy wzbudzenie elektronów wewnątrz substancji i przy powrocie do niższych stanów energetycznych następuje emisja światła. Taki proces zachodzi w zwykłych żarówkach. Innym sposobem jest pobudzanie do świecenia atomów substancji (najczęściej rtęci) przepływającym prądem w gazach. Są to lampy wyładowcze np. świetlówki lub żarówki energooszczędne. Osobliwym źródłem jest laser a jeszcze innym zjawisko luminescencji. Więcej o tym zakresie pisać nie będziemy ponieważ na światło się jeszcze dosyć napatrzysz.

Promieniowanie podczerwone

Brasilia
Satelitarne zdjęcie w podczerwieni stolicy Brazylii
Podczerwone promieniowanie zwane inaczej promieniowaniem cieplnym lub krótko podczerwienią ma długości fali od 7×10-7 m do 2×10-3m. Emitowane jest przez rozgrzane ciała w wyniku wzbudzeń cieplnych elektronów wewnątrz substancji. Im niższa temperatura im mniejsze natężenie i dłuższe fale. Ciała w temperaturze pokojowej wysyłają długość 19 mm. Ciała o temperaturze do około 400°C wysyłają praktycznie tylko podczerwień. Promieniowanie podczerwone jest silnie pochłaniane przez niektóre składniki atmosfery np. parę wodną i dwutlenek węgla. Długości od 14 mm do 1500 mm atmosfera ogóle nie przepuszcza i dzięki temu stanowi swojego rodzaju płaszcz ochronny Ziemi, zabezpieczający planetę przed zbytnim ochłodzeniem.
Wykorzystuje się je w badaniach strukturalnych (spektroskopia widma cząsteczek organicznych), w lecznictwie (diatermia), biologii (badania mikroskopowe w podczerwieni) także do obserwacji w ciemności (noktowizor, czujniki alarmowe). Duże znaczenie naukowe i praktyczne ma fotografika w bliskiej podczerwieni: diagnostyka stanów patologicznych układu krążenia w medycynie, wykrywanie fałszerstw dokumentów w kryminalistyce, ekspertyza dzieł sztuki. Znacznie słabsze rozpraszanie promieniowania podczerwonego w porównaniu ze światłem widzialnym ułatwia dokładne fotografowanie obiektów przez mgłę i dym. Zdjęcia satelitarne również są na ogół wykonywane w podczerwieni.

Mikrofale

radar Są to fale o długości od 10-4 m do 0,3 m(0,1mm do 30 cm). Mikrofale z górnego zakresu mogą powstawać w elektronicznych układach drgających podobnie jak fale radiowe i dlatego dość często zalicza się je do fal radiowych nie wyszczególniając osobno. Obecnie opracowano wiele innych sposobów generacji mikrofal. Mogą to być lampy mikrofalowe: klistrony, karcinotrony, i magnetrony (jest to dwuelektrodowa lampa elektronowa umieszczona w polu magnetycznym gdzie opóźniane elektrony krążąc w polu magnetycznym po spiralach emitują mikrofale). Rozwój elektroniki pozwolił na stworzenie źródeł mikrofal z wykorzystaniem półprzewodników: generator Gunna, diody lawinowe, a także tranzystory bipolarne i polowe.
Mikrofale wykorzystuje się w radiolokacji (radar), także w pomiarach prędkości pojazdów dlatego czasami nazywane są inaczej falami radarowymi, a także do podgrzewania potraw w mikrofalówkach. Zastosowanie mikrofal jest coraz większe. Ostatnio wymyślono sposób monitorowania stanu zapór wodnych czy mostów w rejonach zagrożonych trzęsieniem ziemi. W krytycznych miejscach budowli umieszcza się puste metalowe pudełka wielkości paczki papierosów, do których dochodzą rurki. Przez rurki doprowadzane są mikrofale, a pudełka działają jak wnęki rezonansowe. Gdy pudełko wygina się pod wpływem naprężeń, częstotliwość rezonansowa ulega zmianie, co stanowi wczesne ostrzeżenie o możliwych problemach.

Fale radiowe

Fale radiowe to fale elektromagnetyczne o długości większej od 10-4 m (0,1 mm). Ze względu na długość fali (czy też częstotliwość) rozróżnia się poszczególne typy fal radiowych. Istnieją dwa podziały: tradycyjny i dekadowy, zalecany przez Regulamin Radiokomunikacyjny. Fale radiowe powstają przez wypromieniowanie energii z anteny nadawczej (układu nadawczego), który jest elektronicznym układem drgającym.
fale radiowe Ze względu na środowisko propagacji wyróżnia się falę przyziemną (powierzchniową i nadziemną), falę troposferyczną, falę jonosferyczną i w przestrzeni kosmicznej. W zależności od długości fali radiowej jej propagacja jest poddana wpływowi różnorodnych zjawisk, np. dyfrakcji, refrakcji, odbicia od jonosfery itp. Ogromną rolę w przesyłaniu i odbiorze fal radiowych odgrywa jonosfera. Jest to górna część atmosfery ziemskiej, zjonizowana przez działanie promieniowania ultrafioletowego i rentgenowskiego wysyłanego przez Słońce. Dolna jej część dzieli się na warstwy: D (60-90 km), E (około 120 km), F1 (180-240 km) i F2 (220-300 km). Fale długie łatwo ulegają ugięciu czyli dyfrakcji i mogą stanowić fala długą przyziemną (oznaczone 2 na rysunku) oraz odbijają się od warstwy D (3 na rysunku) i w ogóle nie są pochłaniane przez jonosferę. Dlatego mają najdalszy zasięg niezależnie od pory dnia i roku. Fale średnie odbijające się od warstwy E (4 na rysunku), mają o wiele większy zasięg w nocy, gdyż wtedy zanika warstwa D, przez którą są pochłaniane. Fale krótkie natomiast na Ziemi tworzą fala krótką falę przyziemną (na rysunku 1) i odbijają się od warstw F1 i F2 (5 na rysunku) (warstwa F1 występuje jedynie w lecie) oraz od powierzchni Ziemi i dzięki temu są słyszalne na bardzo dużym obszarze, jednak tylko w tych miejscach, do których biegnie fala po odbiciu od jonosfery. Ale ultrakrótkie i mikrofale (6 na rysunku) nie ulegają odbiciu od jonosfery i uciekają w przestrzeń kosmiczną. To właśnie one są nadawane i odbierane przez satelity telekomunikacyjne (UKF) lub służą do łączności satelitarnej (mikrofale).

Są to cząstki, których budowa wewnętrzna nie jest znana i których przy aktualnym stanie wiedzy i techniki nie można dzielić ich na części składowe. Stanowią one podstawowe elementy budowy materii, a ich wzajemne oddziaływania warunkują własności materii i przebieg procesów w otaczającym nas świecie. Cząstki elementarne charakteryzowane są przez następujące wielkości: masę spoczynkową, ładunek elektryczny, spin (czyli moment pędu), moment magnetyczny oraz średni czas życia. Masę spoczynkową cząstek elementarnych określa się jako wielokrotność masy elektronu lub w jednostkach energii- elektronowoltach (eV); ładunek elektryczny cząsteczki elementarnej może wynosić 0, +1, -1, +2, -2 ładunku elementarnego (ładunek elektronu wynosi -1); średni czas życia podawany jest w sekundach. Podstawowym kryterium podziału cząstek elementarnych jest ich masa spoczynkowa. Wg tego kryterium, poza fotonem, rozróżnia się cząstki elementarne lekkie – leptony, o średniej masie – mezony i ciężkie – bariony. Mezony i bariony biorą udział w oddziaływaniach silnych – są to tzw. hadrony. Wszystkim cząstkom elementarnym odpowiadają antycząstki. Zjawisko zderzenia cząstki z antycząstką nazwano ANIHILACJĄ , co oznacza kres ich istnienia. Np. w wyniku zderzenia pozyton i elektron zamieniają się na dwa fotony. Wiedza o cząsteczkach elementarnych pochodzi głównie z doświadczeń prowadzonych w cyklotronach oraz z badań promieniowania kosmicznego. O istnieniu nie znanych jeszcze cząstek uczeni czasami wnioskują na podstawie rozważań teoretycznych. Historia odkryć cząsteczek elementarnych liczy ok. 100 lat:-1896r- J.J.Thomson odkrył elektron ujemny -negaton, -1905r-A. Einstein wprowadził pojęcie fotonu i cząstki te łącznie z protonem były jedynymi znanymi cząstkami elementarnymi do 1932.-1932r- J. Chadwick odkrył neutron, a C.D. Anderson i P. Blackett elektron dodatni -pozyton. W. Pauli przewidział istnienie neutrina-1956r -Reines i C. Cowan doświadczalnie potwierdzili istnienie neutrina -1935r- H. Yukawa przewidział istnienie mezonu -1937r- C.D. Anderson i S.H. Neddermeyer wykryli mezon. Kolejne lata przynosiły, odkrycia nowych cząsteczek elementarnych., obecnie jest ich już kilkaset. Z definicji cząsteczki wynika jednak, że uznanie określonej cząstki za elementarną uzależnione jest od stanu wiedzy i techniki doświadczalnej, a właściwie ich niedoskonałości. Można sądzić, że wiele z cząstek traktowanych dzisiaj jako elementarne, a może nawet wszystkie, nie zasługuje na to miano. Obecnie sądzi się powszechnie, że prawdziwie elementarnymi cząstkami są kwarki.
ANION
Jon ujemny; atom lub grupa atomów wykazująca ujemny ładunek elektryczny. Aniony mają nadmierną liczbę elektronów; tworzą się np. podczas dysocjacji elektrolitycznej.

ANTYCZĄSTKA
Odpowiednik cząstki elementarnej (np. protonu, neutronu, elektronu) o takiej samej masie, spinie, czasie życia, lecz przeciwnym ładunku i zwrocie momentu magnetycznego. Zderzenie antycząstek z odpowiadającą jej cząstką powoduje anihilację.

BARIONY
Cząstki o spinie połówkowym. Do barionów zalicza się hiperony i nukleony oraz ich stany rezonansowe. Bariony biorą udział w oddziaływaniach silnych, a także elektromagnetycznych i słabych

BOZONY- CZĄSTKI BOSEGO
Cząstki o spinie całkowitym. Są nimi fotony, mezony, układy złożone z bozonów, a także układy złożone z parzystej liczby fermionów. Liczba bozonów w dowolnym stanie kwantowym nie jest ograniczona, a układ taki opisywany jest funkcją falową.

DEUTERON
Jądro atomu deuteru -wodoru ciężkiego. Składa się z protonu i neutronu. Liczba atomowa 1, liczba masowa 2. Oznaczany symbolem chemicznym D+ lub symbolem d, stosowany jest do wywoływania reakcji jądrowych.

ELEKTRON
Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 9,1 · 10-31kg, ujemnym ładunku elektrycznym 1,6 · 10-19C i spinie , odkryta w 1897r przez J.J. Thomsona. Obok protonów i neutronów elektrony są podstawowymi składnikami materii, tworzącymi w atomach powłoki elektronowe, których struktura decyduje o właściwościach fizycznych i chemicznych materii. Elektron posiada swoją antycząstkę – pozyton, o dodatnim ładunku elektrycznym równym ładunkowi negatonu. Elektrony występują też jako cząstki swobodne, wyrwane z atomów w wyniku dostarczenia im odpowiedniej energii większej od pracy wyjścia (pracy, jaką trzeba wykonać, by przemóc siły wiążące elektron z atomem , np. w zjawisku fotoelektrycznym lub w wyniku termoemisji). Elektrony swobodne powstają też w przemianach promieniotwórczych lub rozpadach innych cząstek elementarnych. Wiązki elektronów, mające też właściwości falowe zgodnie z hipotezą de Broglie’a, znalazły ważne zastosowanie w mikroskopach elektronowych.

FERMIONY
Cząstki podlegające statystyce kwantowej Fermiego-Diraca -stąd nazwa. Charakteryzują się spinami połówkowymi. Do fermionów należą m.in. elektrony, nukleony, neutrina

FONON
Nibycząstka. Kwant energii drgań harmonicznych sieci krystalicznej lub powierzchni jądra atomu; teoria fonów wyjaśnia m.in. nadprzewodnictwo niskotemperaturowe

FOTON
Kwant energii pola elektromagnetycznego, cząstka elementarna o masie spoczynkowej m 0 = 0, l ,liczbie spinowej s = 1, nie posiadająca ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, poruszająca się z prędkością światła w próżni. Foton jest kwantem ( czyli porcją) promieniowania elektromagnetycznego; jego energia (E), pęd (p) i masa (m) zależą od częstotliwości (ν) promieniowania i są równe: E = hν, p = hν /c, m = h ν /c2, gdzie: h = 6,62*10-34 Js (stała Plancka). Fotony powstają w wyniku przejścia atomu lub jądra atomowego z wyższego na niższy poziom energetyczny. I odwrotnie – gdy atom lub jądro pochłania foton, to przechodzi z niższego na wyższy poziom energetyczny. Ponieważ różnica energii pomiędzy poziomami energetycznymi jest ściśle określona, wielkość fotonów emitowanych lub absorbowanych przez dany atom lub jądro nie może być dowolna, lecz jest równa tej różnicy. Wynikiem absorpcji fotonu może być zjawisko fotoelektryczne lub fotoreakcja jądrowa. Hipotezę istnienia fotonu wysunął w 1905r A. Einstein na podstawie koncepcji kwantów M. Plancka.

GLUON
Cząstka elementarna, bozon pośredniczący w oddziaływaniach silnych kwarków. W oddziaływaniach silnych gluony, odmiennie niż fotony w elektromagnetyzmie, oddziałują ze sobą. Gluony istnieją w ośmiu stanach ładunkowych (tzw. kolorach). Dotychczas nie zaobserwowano swobodnego gluona (być może jest to w ogóle niemożliwe), jednak istnieją silne przesłanki doświadczalne ich istnienia. Nazwa pochodzi od angielskiego słowa “glue” (klej)

GRAWITON
Przewidywany teoretycznie, lecz dotąd nie zaobserwowany kwant pola grawitacyjnego. Według kwantowej teorii pola grawiton powinien mieć masę spoczynkową równą zero i spin równy 2.

HADRONY
Rodzaj najprostszych cząstek elementarnych biorących udział we wszystkich rodzajach oddziaływań (zwłaszcza oddziaływań silnych). Dzielą się na bariony (fermiony o spinie połówkowym) i mezony (bozony o spinie całkowitym). Większość hadronów jest nietrwała. Składają się z kwarków, np. bariony są zbudowane z 3 kwarków, mezony zaś z pary kwark-antykwark. Mają rozmiar rzędu 10-15 metra.

HIPERONY
Cząstki elementarne z grupy barionów, cięższe od nukleonów, lecz lżejsze od deuteronów. Hiperony powstają w zderzeniach mezonów i nukleonów z nukleonami lub jądrami atomowymi . Są cząstkami nietrwałymi, o średnim czasie życia rzędu 10-10 sekundy, rozpadają się zazwyczaj w procesach oddziaływań słabych, niekiedy w procesach oddziaływań silnych lub elektromagnetycznych. Pierwszy hiperon został odkryty w 1947 r przez G.D. Rochestera i C.C. Butlera.

JON
Atom lub grupa atomów obdarzona ładunkiem elektrycznym; powstają w wyniku jonizacji, przyłączania elektronów do obojętnych atomów lub cząsteczek i dysocjacji elektrolitycznej. W zależności od liczby posiadanych ładunków elementarnych (przyłączonych lub utraconych elektronów) mogą być jedno-, dwu-, trój- itd. dodatnie (kationy) lub ujemne (aniony). Charakteryzuje je również określony promień jonowy i budowa powłoki elektronowej. Jak elektrony są nośnikami prądu elektrycznego (mogą się przemieszczać w polu elektrycznym). W gazach szybko zobojętniają się ( ulegają rekombinacji), w roztworach elektrolitów są trwałe dzięki wzajemnemu oddziaływaniu z rozpuszczalnikiem, występują też w węzłach sieci krystalicznej tzw. kryształów jonowych. Jony swobodne łatwo reagują ze sobą i innymi substancjami chemicznymi. W organizmach żywych występują we wszystkich tkankach i cieczach organicznych (wpływając np. na biochemiczne właściwości białek). Nazwę jonów wprowadził w 1824r M. Faraday

KATION
Jon dodatni, atom lub cząsteczka z niedomiarem elektronów. Przykłady: kation (prosty) sodu Na+, kation potasu K+, kation wapnia Ca2+, kation (złożony) amonu NH4+, kation (kompleksowy) heksaaminaniklu(II) [Ni(NH3)6]2+. W procesie elektrolizy kationy wędrują do katody (elektroda).

KWARKI
Podstawowe, uznawane za najbardziej elementarne, cząstki materii, z których zgodnie ze współcześnie przyjętymi modelami zbudowane są hadrony. W przyrodzie istnieje 6 kwarków i 6 odpowiadających im antykwarków. Ich odmiany (tzw. zapachy) oznaczone są pierwszymi literami angielskich nazw: u (up – górny), d (down – dolny), s (strange – dziwny), c (charm – powabny), b (beauty – piękny, nazywany także bottom – denny) oraz t (true – prawdziwy lub inaczej top – szczytowy). Wszystkie kwarki mają spin ½ liczbę barionową 1/3 oraz jedną z dwóch wartości ładunku elektrycznego; kwarki u, c, t ładunek 2/3 e, natomiast kwarki d, s, b ładunek 1/3 e ( e – ładunek elementarny). Kwarki podobnie jak gluony wiążące kwarki w hadron nie mogą występować jako samoistne obiekty. Tworzą one inne cząstki (np. protony, neutrony), a jako składniki doskonałe nie mogą być z nich wydzielone. Wg modelu kwarkowego kwarki i antykwarki (różniące się od kwarków w oznaczeniach kreską nad symbolem) o ładunkach ułamkowych tworzą cząstki o ładunkach całkowitych, np.: proton o ładunku + 1e tworzony jest przez 2 kwarki u i 1 kwarek d, neutron – 2 kwarki d i 1 kwarek u, mezon+ – po jednym kwarku u i d. Hipoteza zakładająca istnienie kwarków jako podstawowych składników hadronów została sformułowana w 1964 r, niezależnie, przez M. Gell-Manna i G. Zweiga. Nazwa kwarków wprowadzona przez M. Gell-Manna . Poszukiwania dowodów istnienia kwarków trwały wiele lat. Pierwsze kwarki zaobserwowano w 1968 r w Laboratorium Stanforda w USA, a istnienie ostatniego z sześciu kwarków – (t) – potwierdziły wyniki badań przeprowadzonych w 1994 r. Odkrycie to uznano za potwierdzenie słuszności modelu standardowego, najbardziej zaawansowanego modelu świata materialnego..

LEPTONY
Cząstki elementarne nie biorące udziału w oddziaływaniach silnych, np. neutrina, elektrony, miony. Wszystkie leptony są fermionami, mają spin połówkowy i liczbę barionową równą 0.

MEZONY
Silnie oddziałujące cząstki elementarne o spinie całkowitym i zerowej liczbie barionowej. Do najlepiej poznanych należą piony (mezony pi) i kaony (mezony K). Nazwa pochodzi od greckiego mésos – pośredni, bowiem mezony mają masę pośrednią między masą elektronu i masą protonu.

MIONY , μ
Cząstki elementarne o ładunku elektrycznym równym ładunkowi elektronu i masie 105,7 MeV. Są nietrwałe (średni czas życia wynosi 2,197 *10-6 s). Mają własności podobne do elektronów. Odkryte 1937 przez C.D. Andersona i S.H. Neddermeyera.

NEGATON
Nazwa wprowadzona 1948 dla ujemnego elektronu, w odróżnieniu od elektronu dodatniego -pozytonu, wraz z którym tworzy pierwszą poznaną parę „cząstka – antycząstka”

NEUTRINO , ν
Trwała cząstka elementarna z grupy leptonów o ładunku elektrycznym równym zeru i spinie połówkowym oraz bardzo małej masie spoczynkowej. Neutrina są produktem promieniotwórczego rozpadu β, wychwytu elektronu i rozpadu mionów oraz mezonów π i K (istnieją neutrina elektronowe , neutrina mionowe, neutrina taonowe ). Każdy cm2 powierzchni Ziemi wypromieniowuje co sekundę ok. 1 mln neutrinów. Neutrino zostało w 1931r przewidziane teoretycznie przez W. Pauliego, a zaobserwowane w 1956 r przez F. Reinesa i C.L. Cowana.

NEUTRON
Cząstka elementarna z grupy barionów. Ładunek elektryczny 0, masa 1,67 · 10-27kg, spin połówkowy. Neutron wraz z protonami (jako nukleony) wchodzą w skład jąder atomowych. Swobodny neutron ulega rozpadowi β na proton, elektron i antyneutrino elektronowe. Średni czas życia 0,93 · 103 s. Dzięki zerowemu ładunkowi elektrycznemu neutron wykorzystuje się w badaniach jąder atomowych (brak kulombowskiej bariery potencjału pozwala neutronowi łatwo przenikać do jądra atomowego). Neutron został odkryty w 1932 r przez J. Chadwicka.

NUKLEON
Cząstka elementarna, podstawowy składnik materii jądrowej, istniejąca w dwóch stanach ładunkowych: nukleon naładowany dodatnio – proton, nukleon elektrycznie obojętny – neutron. Masa obu nukleonów w przybliżeniu wynosi 939 MeV/c2. Zgodnie z teorią Diraca nukleony mają antycząstki (tzw. antynukleony), których istnienie zastało potwierdzone doświadczalnie. Nukleony biorą udział w oddziaływaniach silnych, elektromagnetycznych i słabych. Liczba nukleonów w jądrze jest zwana liczbą masową, ale w atomach danego pierwiastka może być zmienna -izotopy.

PARTONY
Wspólna nazwa dla cząstek będących składnikami barionów i mezonów. Hipoteza partonów sformułowana została po odkryciu złożoności protonu przez R. Hofstadter. Wykorzystywana jest w obliczeniach. Zgodnie z obecnym stanem wiedzy partonami są gluony, kwarki i antykwarki.

POZYTON
Cząstka elementarna (antycząstka negatonu) o takiej samej masie jak masa elektronu, lecz o elementarnym ładunku dodatnim. Swobodny pozyton jest cząstką trwałą. Jego zderzenie z negatonem prowadzi do anihilacji. Odkryty w 1932 r przez C.D. Andersona.

PROTON
Trwała cząstka elementarna o masie spoczynkowej 1,67* 10-27 kg, elementarnym ładunku dodatnim 1,60* 10-19 C i spinie ½. Składnik każdego jądra atomowego. Liczba protonów w jądrze atomowym stanowi niepowtarzalną cechę charakterystyczną danego pierwiastka zwaną liczbą atomową (Z). Odkryty w 1919 r przez E. Rutherforda. W 1955 r odkryto antycząstkę protonu – antyproton.

TACHIONY
Hipotetyczne cząstki o prędkościach większych od prędkości światła w próżni. Ruch tachionu byłby równoważny poruszaniu się wstecz w czasie.

Klasyfikacja cząsteczek elementarnych.
zapraszam do przeczytania ZAŁĄCZNIKA

Izolator elektryczny – materiał, który nie przewodzi prądu elektrycznego (np. dielektryk). Izolatorami są np.: szkło, porcelana, specjalna guma, pewne rodzaje plastików, suche drewno,olej transformatorowy, suche powietrze, próżnia. Ciekawostką jest, że czysta chemicznie, tzn. wolna od soli mineralnych i bakterii woda też jest dobrym izolatorem.
Mianem izolatory elektryczne określa się materiały lub wyroby z nich wykonane, w których występuje niska koncentracja nośników swobodnych (elektronów lub jonów), tzn. takich, które mogłyby się swobodnie poruszać w ich wnętrzu lub po ich powierzchni.
Mikroskopowe (fizyczne) definicje izolatora
Ze względu na to, że przewodnictwo materiałów zmienia się w sposób ciągły nie istnieje jedna granica wartości przewodnictwa poniżej której wszystkie materiały byłyby izolatorami stosowane są różne definicje izolatora bazujące na mikroskopowym mechaniźmie przewodnictwa. Przykładowo:
•izolatorem określa się substancje, dla których poziom Fermiego leży pomiędzy pasmami
•izolatorem określa się substancję, dla której przewodnictwo rośnie wraz z temperaturą, w przeciwieństwie do metalu, gdzie przewodnictwo maleje ze wzrostem temperatury.
W tym kontekście często półprzewodniki kategoryzowane są jako izolatory.

Ważnym parametrem izolatora jest jego przenikalność elektryczna. Jest to liczba wskazująca ile razy osłabnie pole elektryczne w danym dielektryku, pochodzące od jakichkolwiek ładunków, w porównaniu z polem od tych samych ładunków po usunięciu dielektryka. Za wzorzec przyjęto próżnię, gdzie jej przenikalność wynosi 1.
Technika
Najistotniejszymi parametrami technicznymi charakteryzującymi izolatory elektryczne są:
•napięcie przebicia – zwane czasem wytrzymałością elektryczną
•prąd upływu
•współczynnik strat dielektrycznych