Embed Size (px)
Citation preview
Fale elektromagnetyczneRyszard J. Barczyński, 2017Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała StałegoMateriały dydaktyczne do użytku wewnętrznego
Krótka historia odkrycia fali elektromagnetycznej (1)
● Starożytni Grecy: znamy dwa różne zjawiska: elektryczność i magnetyzm...● Hans Christian Oersted (1820): wcale nie są takie różne...
Krótka historia odkrycia fali elektromagnetycznej (2)
● Michael Faraday (1833): zmienne pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne...
Krótka historia odkrycia fali elektromagnetycznej (3)
●. Clerk Maxwell (1867): i wzajemnie zmienne pole elektryczne ● wytwarza pole magnetyczne. Może będzie z tego fala...● Hermann Ludwig von Helmholtz (ok. 1884?): fale rozchodzą się?
Może pan to sprawdzi, panie Hertz?● Heinrich Hertz (1889):
Rozchodzą się!!!...
Heinrich Hertz (1889): Rozchodzą się!!!...
Zarówno w roli nadajnika, jak i odbiornika fal elektromagnetycznych Hertz wykorzystał pętle z drutu. Często czynimy tak również dziś...
Rozważmy równania Maxwella..bez źródełRozważmy równania Maxwella..bez źródeł
Przyjmujemy, że w przestrzeni nie ma ładunków ani prądów.Prawa Maxwella przyjmują wtedy postać:
∮S
E dS=0 ∮S
B dS=0
∮l
E dl=−d
m
dt∮
l
B dl=0 0
d
dt
Rozważmy równania Maxwella... oraz falęRozważmy równania Maxwella... oraz falę
Sprawdzimy, że nasze równania są spełnione przez falę elektromagnetyczną
rozchodzącą się w kierunkux o następującej konfiguracji:
E= Ey= E0 sin kx− t B= B
z= B0 sin kx− t
Zastosujemy prawo indukcji Faradaya do przedstawionego na rysunku
wąskiego prostokąta znajdującego się w płaszczyźnie xy.
∮l
E dl=EdE h−E h=h dE
d m
dt=
d B h dx
dt=h d x
d B
dt
∮l
E dl=−d
m
dt⇒ h dE=−h d x
d B
dt⇒
∂ E
∂ x=−
∂ B
∂ t(*)
Podobnie zastosujemy prawo indukcji Maxwella do przedstawionego na
rysunku wąskiego prostokąta znajdującego się w płaszczyźnie xz.
∮l
B dl=−BdBhB h=−h dB
d
dt=
d E h dx
dt=h d x
d E
dt
∮l
B dl=0 0
d
dt⇒ h dB=−0 0 h d x
d E
dt⇒
∂ B
∂ x=−0 0
∂ E
∂ t(**)
Do pierwszego z otrymanych równań (*) wstawimy równania opisujące postulowaną przez nas postać fali
∂ E
∂ x=−
∂ B
∂ t
E=E0sin k x− t B=B
0sin k x− t
∂ E
∂ x=k E
0cosk x− t
∂ B
∂ t=− B
0cosk x− t
k E0 cosk x− t = B0 cosk x− t ⇒E0
B0
=
k=c
Stosunek amplitudy pola elektrycznego do amplitudy pola elektrycznego jest równy prędkości fali,
To samo uczynimy z drugim równaniem (**)
E=E0 sin k x− t B=B0 sin k x− t
∂ B
∂ x=k B0 cosk x− t
∂ E
∂ t=−0 0 E0 cosk x− t
k B0 cosk x− t = 00 E0 cosk x− t ⇒E0
B0
=1
0
0
k
=1
0
0c
E0
B0
=c ⇒ c=1
0 0
Prędkość fali elektromagnetycznej jest stała!!!
∂ B
∂ x=−00
∂ E
∂ t
Widmo fal elektromagnetycznych
Widmo fal elektromagnetycznych
Widmo fal elektromagnetycznchFale radiowe
f=30kHz kilka GHzl=10km kilka cm
Widmo fal elektromagnetycznch
Mikrofalef=kilka GHz kilkaset GHzl=od kilku cm do kilku mm
Widmo fal elektromagnetycznch
Podczerwieńf=1011 1014 Hz l=1mm 1m
Widmo fal elektromagnetycznch
Światło widzialnel=800nm 400nm
This page is left blank...
Widmo fal elektromagnetycznch
Ultrafioletl=400nm 10nm
Widmo fal elektromagnetycznch
Promienie Xl=10nm 0.005nm
Widmo fal elektromagnetycznch
Promienie l < 0.005nm
Właściwości fal elektromagnetycznych
Mimo, że fale o różnej częstotliwości mają bardzo różne właściwości, to czasami okazują się naprawdę bardzo podobne...
Polaryzacja
Właściwości fal elektromagnetycznychMimo, że fale o różnej częstotliwości mają bardzo różne właściwości, to czasami okazują się naprawdę bardzo podobne...Odbicie
Właściwości fal elektromagnetycznych
Mimo, że fale o różnej częstotliwości mają bardzo różne właściwości, to czasami okazują się naprawdę bardzo podobne...
Ekranowanie
Właściwości fal elektromagnetycznych
Mimo, że fale o różnej częstotliwości mają bardzo różne właściwości, to czasami okazują się naprawdę bardzo podobne...
Fala stojąca, interferencja, dyfrakcja
Właściwości fal elektromagnetycznych
● Fale o większej energii...... mogą pobudzać materię do wysyłania fal o energii mniejszej
● Jeżeli energia fal jest odpowiednio duża...... mogą na materię (w tym ożywioną :) ) wywierać działanie... bardzo destruktywne (promienie X albo gamma)
