Promienie X — odkrycie Röntgena
Rozszerzenie tematu fal elektromagnetycznych i widma EM. Promienie X to fale elektromagnetyczne o bardzo krótkiej długości fali i dużej energii fotonu — przenikają tkanki miękkie, ale są silnie pochłaniane przez materiały gęste (kości, metal), dlatego na zdjęciu rentgenowskim gęste obszary wychodzą jasne. Wilhelm Röntgen odkrył je przypadkiem w 1895 r., badając promieniowanie katodowe, i za to odkrycie otrzymał w 1901 r. pierwszą w historii Nagrodę Nobla z fizyki.
Dam Ci docelowe pochłanianie promieni X — dobierz gęstość ρ, by je uzyskać. A = 1 − e^(−μρ).
Co się właśnie stało?
Zwiększyłeś gęstość prześwietlanego materiału do wartości typowej dla kości. Więcej fotonów promieniowania X zostało pochłoniętych w próbce, więc mniej dotarło do detektora — miejsce na „kliszy” wyraźnie pojaśniało.
Czym są promienie X?
To fale elektromagnetyczne o bardzo krótkiej długości fali (a więc — zgodnie z — o dużej energii fotonu), znacznie krótszej niż światło widzialne. Odkrył je przypadkiem Wilhelm Conrad Röntgen w 1895 roku, badając promieniowanie katodowe w rurze próżniowej: zauważył, że pobliski ekran świeci, mimo że lampa była szczelnie osłonięta czarnym kartonem. Nie znając natury tego promieniowania, nazwał je „promieniami X”. Za to odkrycie w 1901 roku otrzymał pierwszą w historii Nagrodę Nobla z fizyki.
Dlaczego kości są jasne na zdjęciu RTG?
Pochłanianie promieniowania X rośnie wraz z gęstością materiału (im więcej atomów na jednostkę objętości, tym większa szansa na absorpcję fotonu):
gdzie ρ — gęstość materiału, μ — współczynnik osłabienia (zależny od materiału i grubości próbki), T — transmisja (część promieniowania, która przechodzi), A — pochłanianie. Kości (bogate w wapń) są znacznie gęstsze niż tkanki miękkie (głównie woda) — pochłaniają więcej promieniowania, więc mniej dociera do detektora, a to miejsce wychodzi jasne. Tkanki miękkie przepuszczają promienie prawie bez przeszkód, więc na zdjęciu są ciemniejsze.
Po co Ci to na maturze:
Promienie X to jeden z przykładów fal elektromagnetycznych w zadaniach o widmie EM i energii fotonu — a odkrycie Roentgena to klasyczny przykład tego, że wielkie odkrycia bywają przypadkowe, ale ich zrozumienie i opis wymaga rzetelnej metody naukowej.
Zapamiętaj: promienie X = fale elektromagnetyczne o krótkiej długości fali i dużej energii fotonu; im większa gęstość materiału, tym większe pochłanianie — kości są jasne, tkanki miękkie ciemniejsze na zdjęciu RTG. Odkrycie W. Roentgena (1895) — pierwsza Nagroda Nobla z fizyki (1901).
Teoria i wzory
Fale EM o krótkiej fali
Promienie X to fale elektromagnetyczne o bardzo krótkiej długości fali i dużej energii fotonu: Dzięki temu przenikają tkanki miękkie.
Pochłanianie
Gęste materiały (kości, metal) silniej pochłaniają promieniowanie X — dociera mniej promieniowania do detektora, więc na zdjęciu wychodzą jasne. Röntgen odkrył je w 1895 r. (pierwszy Nobel z fizyki, 1901).
Oznaczenia: — energia fotonu, — stała Plancka, — częstotliwość, — prędkość światła, — długość fali.
Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.
Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.
Najczęstsze pytania
›Dlaczego kości są jasne na zdjęciu RTG?
Bo silniej pochłaniają promieniowanie X niż tkanki miękkie — mniej promieniowania dociera do detektora, co na zdjęciu daje jasny obszar.
›Czym są promienie X?
Falami elektromagnetycznymi o bardzo krótkiej długości fali i dużej energii fotonu, niewidzialnymi dla oka.
›Jak Röntgen odkrył promienie X?
Przypadkiem, badając promieniowanie katodowe w lampie próżniowej — zauważył świecenie ekranu mimo osłony lampy.