FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Fale elektromagnetyczne

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 Prąd elektryczny i/lub zmienne pole elektryczne wytwarzają wirowe pole magnetyczne Pole elektromagnetyczne

15.1 Równania Maxwella

15.1 Fale wychylenie x

15.1 Równanie falowe y x z

15.1 Równanie falowe I równanie Maxwella: II równanie Maxwella:

15.1 Fale elektromagnetyczne W próżni: 0 = 8.85·10-12 A2·s4·m-3·kg-1 v = 3·108 m/s = c 0 =1.26·10-6 m·kg·A-2·s-2 W ośrodku materialnym:

Fale elektromagnetyczne

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

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

Wysokość (w kilometrach) Mikrofale Zakres widzialny Promienio-wanie  Promienio-wanie X Podczer-wień Fale radiowe UV 200 100 50 25 Wysokość (w kilometrach) 12 6 3

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.

Fale radiowe Fale elektromagnetyczne o długości większej od 10-4 m (0,1 mm). Fale krótkie Fale długie Fale średnie jonosfera Fale ultrakrótkie i mikrofale

15.4 Rozchodzenie się światła w ośrodku materialnym Prędkość światła w ośrodku materialnym o względnej przenikalności elektrycznej  i magnetycznej : Współczynnik załamania światła: Współczynnik załamania ośrodka drugiego względem  pierwszego:

15.4 Zasada Huyghensa Każdy punkt w przestrzeni, do którego dociera fala, staje się źródłem nowej fali kulistej.  x Ugięcie fali płaskiej na przeszkodzie Propagacja fali płaskiej w kierunku x

15.4 Załamanie światła Promień padający v1 Kąt padania 1 Kąt załamania 2 v2 Promień załamany

15.4 Załamanie światła 1 2 n1 n2 B B’ A’ A Prawo Sneliusa:

15.4 Całkowite wewnętrzne odbicie gr v1 v2

15.5 Zasada Fermata Światło biegnie po takiej drodze, na pokonanie której potrzebny jest ekstremalny (na ogół najmniejszy) czas.

15.5 Zasada Fermata dla odbicia fal 1 2 P P’ x d - x d Z

15.5 Zasada Fermata dla załamania fal Help! ?

15.5 Zasada Fermata dla załamania fal 1 2 n1 n2 B A c b c - x x a l1 l2 droga optyczna

15.6 Polaryzacja fali fala niespolaryzowana fala spolaryzowana liniowo fala spolaryzowana kołowo

15.6 Polaryzacja światła Prawo Malusa:

15.6 Polaryzacja przez odbicie kąt Brewstera B n1 n2  lub gdzie:

15.6 Dwójłomność kryształu promień nadzwyczajny promień zwyczajny