Fizyka_MSOS_20
advertisement
Kalendarium Nie ma wykładu Zajęcia terenowe Wykład Wykład Zajęcia terenowe Wykład Wykład Sesja Egzamin pisemny 18.06, ustny 19-21.06 Indukowane pole magnetyczne Prawo Faradaya: zmienne pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne d B E ds dt Prawdziwe jest również zjawisko ‘odwrotne’. Zmienne pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne d E B d s 0 0 dt B – indukowane pole magnetyczne wzdłuż zamkniętego konturu, E – zmienny strumień elektryczny objęty tym konturem. Indukowane pole magnetyczne Kondensator płaski, o kołowych okładkach jest ładowany stałym prądem I. Ponieważ zwiększa się ładunek na okładkach kondensatora, wewnątrz rośnie pole elektryczne. Widok z wnętrza kondensatora. Zmienne pole E jest jednorodne i skierowane prostopadle do okładek. Natężenie pole E przechodzącego przez kontur się zmienia, zmienia się więc również strumień elektryczny przechodzący przez kontur. Zmiana strumienia indukuje pole B, jak pokazano na rysunku. Pole B będzie indukowane również wzdłuż konturu przechodzącego przez punkt 2. Indukowane pole magnetyczne Prawo Ampera: B ds 0 I p Indukowane pole magnetyczne: d E B ds 0 0 dt Uogólnione prawo Ampera: d E B ds 0 0 dt 0 I p Prąd przesunięcia Uogólnione prawo Ampera: d E B ds 0 0 dt 0 I p Natężenie prądu przesunięcia: I prz d E 0 dt Prądowi przesunięcia w rzeczywistości nie odpowiada żaden ruch ładunków elektrycznych. Fikcyjny prąd Iprz możemy traktować jako kontynuację rzeczywistego prądu I przepływającego przez kondensator. Równania Maxwella Równania Maxwella „Każdemu, kogo motywacja sięga poza to, co jest najbardziej wąsko praktyczne, warto jest wyjaśnić równania Maxwella dla dobra jego duszy" - J.R. Pierce, Electrons, Waves and Messages, Hanover House, 1956. "czy był bogiem ten, kto napisał te linie..." - Ludwig Boltzmann - laureat nagrody Nobla z fizyki - na temat równań Maxwella (cytując werset z Goethego) "Sformułowanie równań Maxwella jest najważniejszym wydarzeniem od czasów Newtona" Albert Einstein Równania Maxwella - znaczenie •Równania Maxwella są kompletnym opisem jednego z czterech fundamentalnych oddziaływań – oddziaływań elektromagnetycznych •Gdy powstawały równania Maxwella wiedziano jedynie o istnieniu światła podczerwonego, widzialnego, nadfioletowego. Równania Maxwella pokazały czym jest światło – falą elektromagnetyczną. Przewidziały i opisały wiele zjawisk, nieznanych w momencie ich tworzenia, np. fale radiowe. •Równania Maxwella określają prędkość rozchodzenia się wszystkich fal elektromagnetycznych: c 1 0 0 Równania Maxwella – do zapamiętania Ładunki w przestrzeni wytwarzają pole elektryczne Nie istnieją monopole magnetyczne ? Zmienne pole magnetyczne powoduje powstanie pola elektrycznego Zmienne pole elektryczne powoduje powstanie pola magnetycznego Fale elektromagnetyczne Generacja fal elektromagnetycznych Zasadniczym elementem anteny jest pręt przewodzący. Zmieniający się sinusoidalnie prąd w obwodzie wywołuje oscylacje ładunku w prętach. Zmienne są również kierunek i wartość natężenia pola elektrycznego E. + + + + E Generacja fal elektromagnetycznych Zmieniający się prąd w obwodzie wywołuje zmienne pole magnetyczne. Wektor B jest zawsze prostopadły do wektora E. Zmienne pole B wytwarza zmienne pole E. Zmienne pola tworzą wspólnie falę elektromagnetyczną. + + + B + Generacja fal elektromagnetycznych Natężenie pola elektrycznego i indukcja pola magnetycznego zmieniają się sinusoidalnie. Wektory E i B są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali. Fala elektromagnetyczna jest falą poprzeczną. Antena nadajnika E Prędkość fal elektromagnetycznych Wszystkie fale elektromagnetyczne, w tym również światło widzialne rozchodzą się w próżni z taką samą prędkością c. c 1 0 0 3 108 m / s Związek między częstością i długością fali dla fal EM: c = ln l - długość fali, n - częstość Spektrum fal elektromagnetycznych Skala spektrum nie ma końców – nie ma naturalnego ograniczenia długości fali z żadnej ze stron. Fale radiowe Fale z zakresu widma 104 – 1011 Hz są nazywane falami radiowymi Fale radiowe wykorzystywane są w -komunikacji -nadawaniu (radio, TV) -astronomii (radio-teleskopy) Alokacja częstości Fale radiowe w życiu codziennym telefony komórkowe telefony bezprzewodowe piloty (garaż, samochód) radio i TV radar (prędkość samochodów, ruch lotniczy) nawigacja GPS kuchenka mikrofalowa Bluetooth WiFi Zigbee RFID (przepustki, paszporty, dotykowe karty kredytowe, metki produktów, opłaty na autostradzie) radia CB zdalne sterowanie urządzeniami (zabawki) mikrofony bezprzewodowe Fale podczerwone Częstości fal podczerwonych znajdują się pomiędzy częstościami fal radiowych i widzialnych. Każde ciało ma pewną temperaturę i promieniuje fale EM o częstości zależnej od temperatury. Energia fal EM w zakresie podczerwonym jest odbierana przez nas jako ciepło. Temperatura obiektów może być rejestrowana z pomocą urządzeń czułych na podczerwień. Głowa kota w podczerwieni. Kolor pomarańczowy -obszary najcieplejsze, kolor niebieski – najzimniejsze. Fale podczerwone Leonardo da Vinci, Madonna na skałach, 1483-1486, Luwr Leonardo da Vinci, Madonna na skałach, 1495-1508, Londyn Reflektogram, Madonna na skałach, Londyn Zakres widzialny Zakres widma 430 – 690 nm nosi nazwę zakresu widzialnego. Na skali odpowiadającej 10 000 km, zakres ten stanowi 8 mm. Względna czułość ludzkiego oka. Środek obszaru widzialnego znajduje się przy ok. 555 nm, co odpowiada barwie żółtozielonej. Rozpraszanie Rayleigha Rozpraszanie Rayleigha to rozpraszanie światła na cząsteczkach o rozmiarach mniejszych od długości fali rozpraszanego światła. Rozproszenie światła zależy silnie od długości fali świetlnej (odwrotność w 4. potędze), Światło jest rozpraszane we wszystkich kierunkach, Rozpraszanie Rayleigha Promienie UV Fale z zakresu widma 10 – 400 nm noszą nazwę promieniowania ultrafioletowego (UV). Zdjęcie Słońca w zakresie UV. Promienie UV-B (280-315 nm ) i UV-C (100-280 nm) są pochłaniane w atmosferze przez warstwę ozonową. Promieniowanie UV-A 315-400 nm, mniej szkodliwe niż UV-BC dociera do powierzchni Ziemi. W lampie fluorescencyjnej (świetlówce) światło emitowane jest przez luminofor wzbudzony przez promieniowanie UV, powstałe wskutek wyładowania w rurze wypełnionej gazem. Próbki minerałów świecące w różnych długościach fali przy oświettleniu przez promieniowanie UV Promienie Roentgena Fale z zakresu widma 0.01 – 10 nm noszą nazwę promieniowania rentgenowskiego lub promieniowania X. Jest ono wytwarzane w wyniku zderzeń elektronów z atomami. Zdjęcie dłoni żony Roentgena - pierwsze zdjęcie zdjęcie rentgenowskie ludzkiego ciała. Fluoroskop do przymierzania butów. Ok. 1930-1940. Rentgenografia strukturalna opiera się na rejestracji obrazów dyfrakcyjnych promieni rentgenowskich, powstających na skutek interakcji tego promieniowania atomami z tworzącymi analizowany kryształ. Promienie Gamma Fale o długości fali mniejszej od 124 pm (124*10-12 m) noszą nazwę promieni gamma. Promieniowanie gamma wytwarzane jest w wyniku przemian jądrowych albo zderzeń cząstek subatomowych . Emisja promieni gamma z jądra atomowego Anihilacja pary elektron – pozyton prowadzi do powstania kwantu gamma Nożem gamma można usunąć nowotwór mózgu, poprzez skupienie wielu promieni w małej objętości. Rozbłysk Gamma Zapadnięciu się gwiazdy do postaci czarnej dziury, towarzyszy uwolnienie energii w postaci promieni gamma. Błyski gamma trwające ok. kilku sekund zaliczane są do najjaśniejszych znanych źródeł promieniowania we Wszechświecie. Ich energia wynosi ok. 1047 J, tyle co całkowita energia zmagazynowana w Słońcu.
