Pobierz fale elektromagnetyczne, powstawanie i rodzaje i więcej Streszczenia w PDF z Fizyka tylko na Docsity!
Fale elektromagnetyczne
Wprowadzenie:
- Prąd elektryczny płynący w przewodniku indukuje w przestrzeni dookoła przewodnika pole magnetyczne. Widać to po zachowaniu umieszczonej w pobliżu igły magnetycznej. (Doświadczenie Oersteda 1820 r.) Jeżeli prąd jest stały – wówczas pole magnetyczne się nie zmienia. Jeżeli prąd jest zmienny – wówczas odpowiednio zmienia się pole magnetyczne (igła wiruje).
- Zmienne pole magnetyczne indukuje prąd elektryczny – to znaczy (w uproszczeniu!), że wywołuje zmienne pole elektryczne, które jest bezpośrednią przyczyną ruchu elektronów
- Z powyższego wynika, że zmienne pole elektryczne indukuje zmienne pole magnetyczne a to z kolei znów indukuje zmienne pole elektryczne, które natychmiast wytwarza zmienne pole magnetyczne i tak dalej i dalej praktycznie bez końca. W ten sposób powstaje fala elektromagnetyczna. Jest to fala składająca się z wzajemnie indukujących się pól: magnetycznego
i elektrycznego. Pola te tworzą się w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych. Rozchodzenie się takiej fali w przestrzeni można przedstawić następująco: Następuje tu stała i naprzemienna przemiana energii elektrycznej w energię magnetyczną.
Właściwości fali elektromagnetycznej
- Źródłem fali elektromagnetycznej są drgające ładunki elektryczne lub prąd o zmiennym natężeniu.
- Fala elektromagnetyczna przenosi energię.
- Fale elektromagnetyczne rozchodzą się prawie w każdym ośrodku oraz (w przeciwieństwie do fal mechanicznych) - także w próżni. Odbijają się jedynie od elementów metalowych.
- Prędkość fali elektromagnetycznej wynosi w przybliżeniu 300 000 km/s
elektromagnetycznej emitowanej przez pilota, ilość fal jaka wytworzy się między pilotem i bramą oraz czas w jakim sygnał dotrze do bramy. Dane: Szukane: S = 50 m λ =? f = 868 MHz = 8, . 10 8 Hz n =? c = 300 000 km/s = . 10 8 m/s t =? Rozwiązanie: λ = c f = 3 ⋅ 10
m / s 8 , 68 ⋅ 10
Hz = 0 , 35 m n = S λ = 50 m 0 , 35 m = 142 , 8 ≈ 143 t = S c = 50 m 3 ⋅ 10
m / s = 1 , 67 ⋅ 10
s = 167 μs
Klasyfikacja fal elektromagnetycznych
Fale elektromagnetyczne dzielimy ze względu na ich długość (częstotliwość) na kilka podstawowych rodzajów. Każdy rodzaj fal posiada inne własności i znalazł inne zastosowanie.
Promieniowanie gamma - najkrótsze (poniżej 0,1 nm) czyli o największej częstotliwości. Wynika z tego maksymalna zdolność przenikania (przechodzi przez warstwę betonu o grubości 3 m!). Jest emitowane w sposób naturalny przez substancje promieniotwórcze. Towarzyszy reakcjom jądrowym. Jest produktem anihilacji (zderzenia cząstki i antycząstki materii). Ma działanie jonizujące – jest bardzo niebezpieczne dla żywych organizmów. Promieniowanie rentgenowskie (promieniowanie X) – długość fali od 0,1 nm do 10 nm. Promieniowanie to jest częściowo pochłaniane przez materię a stopień pochłaniania wzrasta wraz z gęstością ciała. Jest również silnie jonizujące – czyli szkodliwe dla człowieka. W większych dawkach wywołuje chorobę popromienną. Zastosowanie – w medycynie (zdjęcia RTG, rentgenoterapia – naświetlanie schorzeń); w technice (badanie struktury i uszkodzeń ciał, krystalografia) Jednostką przyjętego napromieniowania jest
Siwert (1 Sv).
Przyjęte dawki promieniowania kumulują się. Śmiertelna dawka dla człowieka to 8 Sv. 0,0001 mSv przyjmujemy zjadając jednego bogatego w potas banana.
Promieniowanie podczerwone – to fale w zakresie od 0,7 μm do 1 mm. Są one głównym nośnikiem promieniowania cieplnego. Słońce ogrzewa Ziemię właśnie takim zakresem fal. Temperatura ciała, które emituje promieniowanie podczerwone przekłada się na długość wypromieniowanej fali. Wszystkie ciała emitują takie promieniowanie – co zostało wykorzystane zarówno w medycynie jak i technice. Powszechnie wykorzystuje się to w termografii. Przykładowe zastosowania: Zastosowanie podczerwieni - obiekty sfotografowana kamerą termowizyjną
Promieniowanie mikrofalowe – to zakres fal od 1mm do 1 m. Promieniowanie w tym zakresie jest w bardzo dużym stopniu absorbowane (pochłaniane) przez dielektryki co powoduje bardzo mocne i szybkie nagrzewanie takich substancji. Zastosowanie mikrofal: Promieniowanie radiowe – wykorzystują zakres od 10
- do 10 5 m. Tradycyjnie fale radiowe dzielimy na: Bardzo długie (powyżej 20 km) Długie (20 km – 3 km) Średnie (3 km – 200 m) Pośrednie (200 m – 100 m) Krótkie (100 m – 10 m) Ultrakrótkie (10 m – 1 m) Mikrofale komunikacyjne (poniżej 1 m) Fale radiowe, aby przenosiły konkretną informację muszą być poddane modulacji. Generator wytwarza fale idealnie stabilne – czyli o tej samej amplitudzie i częstotliwości. Dopiero modulatory odkształcają (psują) strukturę fali nanosząc dźwięki z mikrofonu. Obecnie w radiofonii stosujemy dwa rodzaje modulacji fal: Modulację amplitudy fali (AM) Modulację częstotliwości fali (FM)
Słońce jest głównym źródłem energii dla Ziemi. Energia Słońca bierze się z przemian jądrowych (przemiana wodoru w hel) zachodzących w wewnętrznych warstwach Słońca. Całość energii dostarczonej do Ziemi dociera do nas w postaci promieniowania elektromagnetycznego o pełnym zakresie długości i częstotliwości fal.
Energia wysyłana jako promieniowanie słoneczne dociera do górnej powierzchni atmosfery jako tzw. stała słoneczna w ilości 1,367 kW/m2. Z czego około 20% promieniowania docierającego do powierzchni Ziemi jest przez atmosferę pochłaniane, 30-35% jest odbijane przez nią, a tylko 45-50% energii dociera do powierzchni planety, gdzie jest wykorzystywana w procesie produkcji energii lub wykorzystywana dla innych potrzeb.
