PowerPoint Presentation

Elektromagnetick vlny a zenElektromagnetick zen

(Uebnice strana 86 95) Mnoho prodnch jev a technickch vymoenost souvis s vlastnostmi elektromagnetickho zen. Zapneme rozhlasov nebo televizn pijma a vyladme njakou stanici.Ohvme si jdlo v mikrovlnn troub.V lt se opalujeme.Podstoupme lkask vyeten na rentgenu.Pouvme mobiln telefon. Pozorujeme laserovou show.Vyuvme laserov ukazovtko. Rozsvtme rovku vlkno rovky se zaheje, zmn barvu a svt.Zapneme televizi dlkovm ovladaem a sledujeme televizn vysln.Mnoho prodnch jev a technickch vymoenost souvis s vlastnostmi elektromagnetickho zen.

Nejdleitjm druhem zen je pro ns svtlo. Umouje nm vidn, poznvn a orientaci vokolnm svt. Bez svtla by nebyl mon ivot.

Tyto vlny pak byly skuten objeveny nmeckm fyzikemHeinrichem Hertzem a staly se zkladem pro rozvojradiotechniky, televize a cel bezdrtov techniky spoj.Dlouho vak nebylo znmo, co je vlastn podstatou svtla. Teprve v 19. stolet James Clerk Maxwell dokzal, esvtlo souvis s elektinou a magnetismem a e jsou tovlastn elektromagnetick vlny. Zrove pedpovdl, e krom svtla mus existovat i jin, neviditeln, elektromagnetick vlny.Svlnami rznho druhu se setkvme na kadm kroku (na moi, rybnku,...). Vlnu obyejn znzorujeme kivkou,kter pravideln stoup a kles a nazv se sinusoida ( viz stdav proud). Vlnov dlka je vzdlenost mezi sousednmi vrcholy vlny. Zna se eckm psmenem lambda - . Vlnn me bt mechanick (zvltn druh pohybu, kdy stice kmitaj kolem rovnovnch poloh a vzjemn si pedvaj energii, nap. zvuk, vodn hladina, kdy do n hodme kmen) nebo elektromagnetick. Mechanick vlnn vznik vltkch vech skupenstv a jeho pinou je existence vazebnch sil mezi sticemi (atomy, molekulami) prosted, kterm se vlnn , me vzniknout jen vprunm prosted, kde je dostaten poet stic na jednotku dlky. Proto se zvuk lpe ve vod (kapalina) ne ve vzduchu (plyn), a jet lpe voceli (pevn ltka). Pro jednoduchost ztohoto prosted vybereme adu stic, kter le na jedn pmce.Jednotliv stice jsou mechanick osciltory navzjem spojen vazbou. Jestlie prvn kyvadlo vychlme a nechme jej voln kmitat, zanou postupn kmitat i ostatn kyvadla. Kmitn konstantn rychlost vpostupuje ve smru osy x. Vznik postupn vlnn a rychlost vje rychlost en postupnho vlnn. Je to vzdlenost, kterou vlnn uraz za 1 s.

Prvn kyvadlo vykonalo jeden kmit za dobu rovnou period kmitn T. Za tuto dobu se vlnn rozilo do vzdlenosti, kterou nazvme vlnov dlka . Vlnov dlka je vzdlenost, kterou vlnn uraz za jednu periodu. Veliina f je frekvence kmitn kyvadel.

Postupn vlnn rozdlujeme podle zpsobu en.Vlnn, kdy stice kmitaj kolmo na smr en vlnn, se nazv postupn vlnn pn.

Vt fyzikln vznam m vak vlnn, pi nm stice prunho tlesa kmitaj ve smru, kterm vlnn postupuje. Takov vlnn nazvme postupn vlnn podln. Vznik vtlesech vech skupenstv, tedy i vkapalinch a plynech. Postupnm vlnnm podlnm se vprunch ltkch nap. zvuk.Toto vlnn charakterizuje zhuovn a zeovn kmitajcch bod okolo mst, vnich jsou okamit vchylky kmitajcch bod nulov. Zhutn, pop. zedn postupuje opt rychlost v ve smru osy x. Jednotliv zhutn nebo zedn jsou navzjem vzdlen o vlnovou dlku .

Je charakteristick pro prun pevn tlesa ve tvaru ty, vlken; pro vodn hladinu Pn vlnn snadno vytvome na hadici, kterou voln polome na podlahu a jeden jej konec rozkmitme. Podmnkou vzniku mechanickho vlnn je zdroj kmitn (kyvadlo, zva na pruin, kmitajc struna, blna, ) a prun prosted (mus mt dostaten poet stic na jednotku dlky, kter kmity pen). Ve vakuu nejsou molekuly a atomy, proto se nap. zvuk vakuem ne.Vlnu znzorujeme kivkou, kter pravideln stoup a kles, nazv se sinusoida (viz stdav proud).

vchylkavzdlenost 1Vlnov dlka je vzdlenost mezi sousednmi vrcholy vlny, jednotkou je metr). Doba, za kterou se opakuje asov prbh vchylky, se nazv perioda, zna se T, jednotkou je sekunda. Frekvence (kmitoet) f udv poet period za jednu sekundu. Souvis s vlnovou dlkou m je vlnov dlka krat, tm je vy jej kmitoet.Pro rychlost vlnn v plat:

Zvuk je mechanick vlnn v ltkovm prosted, kter je schopno vyvolat sluchov vjem. Zdroj zvuku rozkmitv molekuly prosted ve svm nejblim okol. Tyto molekuly pak rozkmitvaj dal molekuly.

Zvuk se jako vlnn, kter se projevuje se jako stdn mst, kde jsou molekuly zhutny a mst, kde jsou naopak zedny. Vmstech zhutnin molekul pak bude tak vy tlak.

Frekvence (kmitoet) udv, kolikrt se za dobu jedn sekundy vystd vuritm mst zhutnina molekul sezedninou. Je to tedy poet zhutnin nebo zednin vuritm mst za jednu sekundu. Zna se f. Jednotkou frekvence je hertz (Hz)Perioda je doba, kter ubhne mezi dvma zhutninami nebo dvma zedninami, zna se T. Jednotkou je sekunda (s).Mezi frekvenc a periodou plat:

Vzdlenost mezi dvma zhutninami nebo dvma zedninami je vlnov dlka, zna se (eck psmeno lambda), jednotkou je metr (m).

Podstatou mechanickho vlnn je penos kmitn ltkovm prostedm. en vln nen spojeno spenosem ltky. Vlnnm se vak pen energie.Pkladem mechanickho vlnn je vznik kruhovch vln na vodn hladin, na kterou dopadl kmen. Vmst dopadu kamene vznikl kmitav rozruch, kter se vpodob vln vemi smry. Plovouc pedmty vurit vzdlenosti od msta dopadu se vokamiku, kdy je dostihne vlna, rozkmitaj. To znamen, e kmitav rozruch se zjednoho msta penesl na jin msto a tam vzniklo kmitn. Plovouc pedmty vak setrvvaj na svm mst a nejsou vlnnm uneny.

Vlna na vod se projevuje tak, e stice na hladin vodystdav stoupaj a klesaj a tento rozruch se po hladin uritou rychlost v. Plat:Vlna na povrchu vody, kam jsme hodili kmen, se brzy rozplyne. Aby vznikaly nov vlny, museli bychom povrch vody neustle rozkmitvat.

Elektromagnetickou vlnou nazvme dj, pi nm se prostorem pn vlnn elektrickho a magnetickho pole.Existenci tchto vln pedpovdl v roce 1832 anglick fyzik Michael Faraday a skotsk fyzik James Clerk Maxwell je v roce 1865 teoreticky dokzal pomoc svch slavnch matematickch rovnic - nyn znmch jako Maxwellovy rovnice.

Pole magnetick bud pole elektrick a naopak.Elektromagnetick zen m dv navzjem neoddliteln sloky elektrickou a magnetickou, kter jsou navzjem kolm a jejich kmity probhaj nap ke smru, kterm se vlnn .elektrick slokamagnetick slokaJakkoli elektrick nboj pohybujc se s nenulovm zrychlenm vyzauje elektromagnetick vlnn. Kdy vodiem (nebo jinm objektem, nap. antnou) prochz stdav elektrick proud, vyzauje elektromagnetick zen o frekvenci proudu. Na elektromagnetick zen se d nahlet jako na vlnu nebo proud stic. Jako vlnu je charakterizuje rychlost en rovn rychlosti svtla ve vakuu, vlnov dlka a frekvence. Velektromagnetick vln se navzjem propojuj elektrick a magnetick pole, v ase se neustle pravideln mn a se rychlost svtla (rychlost svtla ve vzduchoprzdnu c = 300 000 km/s ).Frekvence (kmitoet) f udv poet kmit (period) za 1 sekundu, jednotkou je 1 Hz (hertz). Vypot se

Frekvence souvis nepmo mrn svlnovou dlkou, m krat je vlnov dlka, tm vt je frekvence.

Zdrojem elektromagnetickho vlnn je elektromagnetick osciltor (kmity molekul, zmny elektromagnetickho pole uvnit atom), pro en elektromagnetickho vlnn jsou nutn jen zmny elektrickho a magnetickho pole, proto se me it i vakuem.Prvnm vyuitm umle vytvoench elektromagnetickch vln byl penos informace (bezdrtov telegraf).Aby se zdanho msta ily stle nov a nov vlny, museli bychom je budit. A to tak, e nechme pravideln kmitat stice selektrickm nbojem. To znamen, e nechme vodiem protkat stdav proudy o vysokm kmitotu. Takov vodi bude vyslat elektromagnetick vlny a nazv se antna.Vatomech a molekulch jsou ptomny elektricky nabit stice nap. elektrony, kter mohou pravideln kmitat, chovat se jako mal antny a vyslat vlny o velmi krtkch vlnovch dlkch.stic elektromagnetickho vlnn je foton. Elektromagnetick pole me ve vodii indukovat napt a naopak, toho se vyuv v antnch. Elektromagnetick vlnn mohou pohlcovat molekuly, pijat energie se bude pemovat na teplo. Toho se vyuv v mikrovlnn troub. Vlastnm penaeem elektrick energie je prv elektromagnetick pole jako takov. Nikoliv napt ani proud, co jsou pouze vnj projevy tohoto pole. Elektromagnetick zen se ve vech prostedch (zvuk pouze v ltkovm prosted), ve vakuu rychlost svtla c = 300 000 km/s, v ltkovm prosted se men rychlost. Pro frekvenci f elektromagnetickho zen o vlnov dlce plat vztah:

Elektromagnetick spektrum (nkdy zvan Maxwellova duha) zahrnuje elektromagnetick zen vech monch vlnovch dlek. Elektromagnetick zen o vlnov dlce (ve vakuu) m frekvenci f

Elektromagnetick spektrum dlme podle vlnov dlky:gama zenrentgenov zenultrafialov zenviditeln svtloinfraerven zenmikrovlnyrdiov vlny10210104106108101010121014101610181020102210241026frekvencekHzMHzGHzionizujc zenneionizujc zenvlnov dlka