Fale elektromagnetyczne
advertisement
FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Równania Maxwella Fale elektromagnetyczne , Prawo Gaussa dla pola elektrycznego… …i magnetycznego Pole elektryczne i magnetyczne Powstanie siły elektromotorycznej musi być związane z powstaniem wirowego pola elektrycznego. Zmienne pole magnetyczne wywołuje w każdym punkcie pola powstawanie wirowego pola elektrycznego Pole elektryczne i magnetyczne Prawo Ampera Pole magnetyczne wokół przewodnika z prądem Prąd przesunięcia Pole elektryczne i magnetyczne Prąd uogólniony: Prąd elektryczny i/lub zmienne pole elektryczne wytwarzają wirowe pole magnetyczne. Równania Maxwella Fale 1 2 2 2 x v t 2 wychylenie 2 x, t a cost kx x Równanie falowe Przekształcając równania Maxwella otrzymujemy: E 1 E 2 2 t ε0 μ0 x 2 2 B 1 B 2 2 t 0 0 x 2 2 15.1 Fale elektromagnetyczne E 1 E 2 t ε0 μ0 x 2 2 2 W próżni: 2 2ξ ξ 2 v 2 t x 2 1 v ε0 μ0 0 = 8.85·10-12 A2·s4·m-3·kg-1 0 =1.26·10-6 m·kg·A-2·s-2 W ośrodku materialnym: v v = 3·108 m/s = c 1 0 0 c c Fale elektromagnetyczne 1 c 0 0 Fale elektromagnetyczne Częstotliwość - liczba pełnych zmian pola magnetycznego i elektrycznego w ciągu jednej sekundy, wyrażona w hercach. Długość fali - odległość między sąsiednimi punktami w których pole magnetyczne i elektryczne jest takie samo c T c Fale elektromagnetyczne Częstotliwość dla danej fali jest stała i niezależna od ośrodka. Natomiast długość fali zmienia się, bowiem prędkość fali zależy od rodzaju ośrodka. W ośrodkach materialnych prędkość fali elektromagnetycznej jest zawsze mniejsza i zależna od rodzaju ośrodka oraz od częstotliwości fali. Widmo fal elektromagnetycznych Widmo fal elektromagnetycznych Zakres widzialny Promienio- Promieniowanie X UV wanie Wysokość (w kilometrach) 200 100 50 25 12 6 3 Mikrofale Fale radiowe Promieniowanie gamma Fale elektromagnetyczne o długości krótszej od 10-10 m Źródła promieniowania gamma: •procesy zachodzące w jądrze atomowym (np. rozpad pierwiastków promieniotwórczych zawartych w skorupie ziemskiej lub reakcje jądrowe) •promieniowanie kosmiczne powstające podczas procesów jądrowych zachodzących w gwiazdach i galaktykach. Błyski gamma Promieniowanie rentgenowskie Długości fali zawarta jest w przedziale od 10-13 m do około 5x10-8 m Promieniowanie rentgenowskie Lampa rengenowska: •Przyspieszone w polu elektrycznym elektrony hamowane są przez materiał anody, tracąc swoją energię, która zostaje wypromieniowana jako promieniowanie hamowania (widmo ciągłe) •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 nadfioletowe (UV) Długość fali od 4x10-7m do 10-8m (od 400 do 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. 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. Światło widzialne Długość fali od około 4x10-7 m do około 7x10-7 m. 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 (żarówka). Promieniowanie podczerwone Długość fali od 7x10-7 m do 2x10-3m 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. Zdjęcie lotnicze w podczerwieni Mikrofale Długość fali od 10-4 m do 0,3 m (0,1 mm do 30 cm). Radar Mikrofale z górnego zakresu mogą powstawać w elektronicznych układach drgających podobnie jak fale radiowe. Lampy mikrofalowe - elektrony krążąc w polu magnetycznym po spiralach emitują mikrofale.
