Fale elektromagnetyczne

1. Fale elektromagnetyczne Seremet Adam

2. Co to jest fala? Określenia fala bieżąca używa się dla podkreślenia faktu, że energia przemieszcza się od źródła do otoczenia. Rozróżnia się dwa rodzaje fal: mechaniczne, np. dźwięk; i elektromagnetyczne np. światło. Ruch falowy przybiera zawsze postać regularnych i powtarzalnych w czasie oscylacji. Fale mechaniczne to ruch, drgania cząsteczek, fale elektromagnetyczne to drgania pól elektrycznych i magnetycznych – przenikające się wzajemnie zmienne pola elektryczne i magnetyczne. Zmienne, czyli na przemian silne i słabe.

3. Fale elektromagnetyczne W XIX wieku okazało się, że zmienne pole elektrycznie i zmienne magnetyczne są od siebie zależnie i takie powiązane ze sobą zmienne pole elektryczne i magnetyczne nazywamy polem elektromagnetycznym. Dziś wiemy, że oddziaływanie elektromagnetyczne jest jednym z czterech podstawowych oddziaływań w przyrodzie. James Maxwell oddziaływanie elektromagnetyczne opisał zestawem czterech równań zwanych dzisiaj równaniami Maxwella. Jego teoria pozwoliła na obliczenie szybkości rozchodzenia się fali elektromagnetycznej. Jest ona równa szybkości światła. Stanowiło to ważny argument za tym, że światło jest falą elektromagnetyczną.

4. Jako pierwszy falę elektromagnetyczną zarejestrował niemiecki fizyk Heinrich Hertz(nie było wówczas jeszcze pewne, że światło jest również falą elektromagnetyczną). W uznaniu zasług Hertza nazwano jego nazwiskiem jednostkę częstotliwości: 1Hz = 1/s. Hertz wykonał swoje doświadczenie w 1886 roku i od tego czasu fale elektromagnetyczne rozpoczęły swoją karierę w technice i w życiu codziennym.Wszystkie fale można uszeregować wg częstotliwości. Taką klasyfikację fal nazywamy widmem fal elektromagnetycznych. Widmo fal elektromagnetycznych nie ma granicy ani górnej ani dolnej.

5. Widmo fal elektromagnetycznych

6. Porównanie z falami mechanicznymi Poruszając rytmicznie końcem patyka po wodzie wzbudzamy fale mechaniczne, tak też poruszając tam i z powrotem naelektryzowaną pałeczką, wytwarzamy w pustej przestrzeni fale elektromagnetyczne. Istotna różnica między falami elektromagnetycznymi a mechanicznymi polega na tym, że do rozchodzenia się fal mechanicznych potrzebny jest ośrodek materialny, natomiast fale elektromagnetyczne nie wymagają obecności ośrodka i mogą się rozchodzić również w próżni. Wiąże się to z istotą obu rodzajów fal: fale mechaniczne polegają na przekazaniu od punktu do punktu zmian położenia, prędkości czy ciśnienia konkretnych obiektów materialnych – cząstek, gdy tymczasem fale elektromagnetyczne wiążą się ze zmianami natężeń pola elektrycznego i magnetycznego, istniejących również w próżni.

7. Przegląd fal elektromagnetycznych FALE RADIOWETo takie fale elektromagnetyczne o częstotliwości mniejszej od 3*1012 Hz i długości większej od 0,1 mm. Fale te powstają przez wypromieniowanie energi z anteny nadawczej. W zależności od długości fale te dzielimy na :· długie – od 800 do 2000 m, rozchodzą się nisko po powierzchni ziemi, są słabo pochłaniane przez ziemię i dają dobry odbiór nawet na odległości kilku tysięcy kilometrów· średnie – 200 do 600 m. Ulegają dużemu pochłanianiu przez ziemię, dają dobry odbiór do 400 m. Zasadniczy wpływ na rozchodzenie się fal ma atmosfera· krótki – od 10 do 100m. Mają własności odbijania się od górnych warst atmosfery i obejmują swoim zasięgiem całą kulę ziemską· ultrakrótkie – 10 cm do 10 m. Fale te rozchodzą się liniowo, dlatego ich zasięg ograniczony jest krzywizną kuli ziemskiej, mają zastosowanie w radiostacjachFale radiowe ulegają rozproszeniu i pochłanianiu, odbiciu i załamaniuMIKROFALEMają długość od 1mm do 30 cm, o częstotliwości od 1 do 300 GHzZastosowanie : radar, urządzenia grzewcze, kuchenki mikrofalowe, łącza telekomunikacyjne, astrologia, radioteleskopy, fizyka doświadczalna.Mikrofale są szkodliwe dla organizmu.PODCZERWIEŃŻródłem jest każde rozgrzane ciało. Stosowana jest w noktowizorach, komunikacji, technice wojskowej, piloty RTV. Noktowizja to widzenie w podczerwieni.

8. ULTRAFIOLETFale mają długość od 10 do 400 nm. Nie wywołuje wrażeń wzrokowych. Promieniowanie to dzieli się na :- zakres a o długości 315 – 400 nm- zakres b o długości 280 – 315 nm- zakres c o długości 200 – 280 nm- nadfiolet próżniowy 10 – 200 nmNajsilniejszym źródłem jest słońce i lampa kwarcowa.Stosowane są w medycynie, przemyśle spożywczym, analiza luminezencyjna, świetlówka, sterylizacja pomieszczeń, biologia, badania mikroskopowe, kryminalistyka, muzeum.W małych dawkach jest zdrowotne, w dużych szkodliweRENTGEN1885 – odkrył RentgenWłasności :- długość 0,03 A do 200 A A = 1*10-10 mFale o dużej częstotliwości są niewidzialne dla oka, oddziaływują na kliszę fotograficzną, rozchodzą się prostoliniowo, podlegają interferencji i ugięciu, przenikają przez materiały przez które światło nie przejdzie np. drewno aluminium. Są pochłaniane przez materiały o dużym ciężaże właściwym np. ołów. Zastosowanie : medycyna, technikaŹródło : lampa, korona słoneczna, ciało niebieskie.GAMMADługość mniejsza od 10-10. Emitowana przez jądra atomowe, wzbudzone podczas przemian jądrowych naturalnych, sztucznych, a także powstające w wyniku zderzeń cząsteczek naładowanych czy też aninilacji

9. WŁAŚCIWOŚCI FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH- fale elektromagnetyczne emiotowane są z nadajnika, a odbierane przez odbiornik- f.e. przechodzą przez izolatory, a nie przechodzą przez przewodniki- f.e. podlegają zjawisku odbicia zgodnie z prawem odbicia- f.e. jest falą poprzeczną- f.e. ulegają zjawisku dyfrakcji, interferencji i polaryzacji DYFRAKCJA ŚWIATŁADyfrakcja światła polega na odchyleniu kierunku rozchodzenia się światła od kierunku pierwotnego, jeśli przechodzi ono przez niewielkie otwory lub szczeliny oraz kiedy natrafia na przeszkody. Efektem ugięcia światła jest obraz przedstawiający układ jasnych i ciemnych prążków. Szczególnie wyraźnie zjawisko dyfrakcji można zaobserwować przy przejściu światła przez siatkę dyfrakcyjną. Zjawisko dyfrakcji potwierdza falową naturę światła.INTERFERENCJA ŚWIATŁAInterferencja światła polega na nakładaniu się przynajmniej dwóch wiązek światła spójnego, w wyniku czego otrzymuje się obraz interferencyjny w postaci jasnych i ciemnych prążków (miejsc wzajemnego wzmacniania się i wygaszania światła docierającego z różnych źródeł).Zjawisko interferencji potwierdza falową naturę światła. POLARYZACJA ŚWIATŁAZjawisko polaryzacji dotyczy wyłącznie fal poprzecznych i polega na uporządkowaniu drgań ośrodka. Światło jest falą elektromagnetyczną, więc ma charakter fali poprzecznej. Kierunek polaryzacji fali elektromagnetycznej jest taki, jak kierunek pola elektrycznego E~ (przez płaszczyznę polaryzacji należy rozumieć płaszczyznę zawierającą wektor E~ oraz kierunek rozchodzenia się fali). Światło, w którym drgania pola elektrycznego odbywają się w różnych kierunkach, nazywamy niespolaryzowanym. Jego polaryzacja polega na uporządkowaniu drgań wektorów natężenia pola elektrycznego E~.Światło może być spolaryzowane:- liniowo - drgania pola elektrycznego odbywają się tylko w jednym kierunku;- kołowo - kierunek drgań obraca się cyklicznie (koniec wektora pola elektrycznego fali biegnącej zakreśla linię śrubową o przekroju kołowym).Polaryzacja światła zachodzi podczas: załamania, rozpraszania lub odbicia.

10. Prędkość światła Prędkość światła w próżni stała się wzorcem i wynosi dokładnie 299792458m/s. W mniej dokładnych obliczeniach, często używa się też przybliżonej wartości tej prędkości: 3 x 108 m/s