T: Fale elektromagnetyczne. Teoria Maxwella.

1.       Obwód drgający LC jest źródłem drgań elektromagnetycznych , czyli w tym obwodzie można wytwarzać fale elektromagnetyczne

2.       Istnienie fal elektromagnetycznych przewidział angielski fizyk James Maxwell w drugiej połowie XIX w , a Hertzowi udało się te fale otrzymać w 1888 r.

3.       Fale elektromagnetyczną stanowią przemieszczające się w przestrzeni zaburzenia pola elektromagnetycznego.

4.       Fale elektromagnetyczne rozchodzą się z prędkością światła. Drgania pola elektrycznego i magnetycznego odbywają się z tą samą fazą. Wektory natężeń tych pól są wzajemnie prostopadłe, a jednocześnie obydwa są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali elektromagnetycznej. Prędkość światła w ośrodkach materialnych jest mniejsza od prędkości światła w próżni i wyraża się wzorem :

5.       Na podstawie doświadczenia z otwartym obwodem drgań i dostrojonym do niego obwodem rezonansowym potwierdził założenia teori Maxwella i odkrył następujące właściwości fal elektromagnetycznych :

-                      w próżni fale elektromagnetyczne rozchodzą się prostoliniowo, z prędkością c

-                      fale elektromagnetyczne nie przechodzą przez przewodnik lecz zostają od nich odbita zgodnie z prawem odbicia ruchu falowego, natomiast przechodzą przez dielektryk i ulegają w nim zjawisku załamania.

-                      Fale elektromagnetyczne padające i odbite interferują ze sobą tworząc fale stojące.

T: Przegląd fal elektromagnetycznych

FALE RADIOWE

To 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 radiostacjach

Fale radiowe ulegają rozproszeniu i pochłanianiu, odbiciu i załamaniu

MIKROFALE

Mają długość od 1mm do 30 cm, o częstotliwości od 1 do 300 GHz

Zastosowanie : radar, urządzenia grzewcze, kuchenki mikrofalowe, łącza telekomunikacyjne, astrologia, radioteleskopy, fizyka doświadczalna.

Mikrofale są szkodliwe dla organizmu.

PODCZERWIEŃ

Żródłem jest każde rozgrzane ciało. Stosowana jest w noktowizorach, komunikacji, technice wojskowej, piloty RTV. Noktowizja to widzenie w podczerwieni.

ULTRAFIOLET

Fale 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 nm

Najsilniejszym 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 szkodliwe

RENTGEN

1885 – odkrył Rentgen

Własności :

- długość 0,03 A do 200 A    A = 1*10-10 m

Fale 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, technika

Źródło : lampa, korona słoneczna, ciało niebieskie.

GAMMA

Długość 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

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

PRĘDKOŚĆ ŚWIATŁA

Światło rozchodzi się w próżni ze stałą prędkością, która w przybliżeniu wynosi c = 3*10 8 m/s. Według współczesnej fi­zyki jest to największa prędkość, jaką może uzyskać obiekt materialny.

DYFRAKCJA ŚWIATŁA

Dyfrakcja 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 ŚWIATŁA

Interferencja 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.

SIATKA DYFRAKCYJNA

Siatką dyfrakcyjną nazywamy układ wielu równoległych i równoodległych szczelin (płytka szklana, zarysowana równoległymi liniami w ilości przynajmniej kilkuset na 1 mm). Promienie światła ugięte na siatce dyfrakcyjnej interferują ze sobą, dając na ekranie ciemne i jasne prążki interferencyjne (w zależności od fazy w jakiej się spotkają). Jasny prążek na środku ekranu nazywany jest zerowym. Kolejne prążki po obu jego stronach nazywa się odpowiednio prążkami pierwszego rzędu, drugiego rzędu itd.

Warunek powstania n-tego prążka interferencyjnego:

d sin a = n lambda

d - stała siatki (odległość pomiędzy ry­sami);

a - kąt pomiędzy promieniem nieugiętym, a promieniem ugiętym, tworzącym jasny prążek n-tego rzędu;

lamda - długość fali świetlnej.

FALE ELEKTROMAGNETYCZNE

Falami elektromagnetycznymi nazywamy indukujące się wzajemnie zmienne poła elektryczne i magnetyczne, przy czym wek­tor natężenia pola elektrycznego i wek­tor indukcji poła magnetycznego są w każ­dym punkcie prostopadłe do siebie i do kierunku rozchodzenia się fali (fale po­przeczne). Prędkość rozchodzenia się fał elektromagnetycznych w próżni jest równa prędkości światła w próżni i jest określona wzorem:

WIDMO ELEKTROMAGNETYCZNE

Widmem elektromagnetycznym nazywamy zestawienie fal elektromagnetycznych we­dług ich częstotliwości.

-          widmo liniowe – dają poszczególne pierwiastki i obserwujemy go w postaci prążków

-          widmo pasmowe – tworzy pasma barwne

-          widmo ciągłe – tworzą kolejne barwy przechodząc jedna w drugą bez przerwy. W widmie ciągłym możemy wyróżnić następujące barwy : czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, indygo, niebieski, fiolet. Każda barwa ma inną długość. Na barwę wstążka rozszczepia się światło białe ( jest ono złożone ze wszystkich barw )

POLARYZACJA ŚWIATŁA

Zjawisko 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;

-          odbicia.