FIZYKA dla studentów POLIGRAFII

Równania MaxwellaFale elektromagnetyczne

Prawo Gaussa

dla pola elektrycznego… …i magnetycznego

,

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

Pole magnetyczne wokół przewodnika z prądem

Prąd przesunięcia

Prawo Ampera

Pole elektryczne i magnetyczne

Prąd elektryczny i/lub zmienne pole elektryczne wytwarzają wirowe pole magnetyczne.

Prąd uogólniony:

Równania Maxwella

Fale

wyc

hyle

nie

x

kxtatx cos,

2

2

22

2 1tvx

Równanie falowe

2

2

002

2

xE1

tE

με 2

2

002

2

xB1

tB

Przekształcając równania Maxwella otrzymujemy:

15.1 Fale elektromagnetyczne

2

2

002

2

xE1

tE

με 2

22

2

2

xv

t

ξξ

00

1v

με

0 = 8.85·10-12 A2·s4·m-3·kg-1

0 =1.26·10-6 m·kg·A-2·s-2v = 3·108 m/s = c

W próżni:

cc1

v00

W ośrodku materialnym:

Fale elektromagnetyczne

00

1

c

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

c

Tc

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

Wys

okoś

ć (w

kil

omet

rach

)

3

12

25

50

100

200

6

Promienio-wanie

Promienio-wanie X UV

Zakres widzialny

Podczer-

wień

Mikrofale

Fale radiowe

Promieniowanie gamma

Źródła promieniowania gamma:

Fale elektromagnetyczne o długości krótszej od 10-10 m

•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

•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).

Lampa rengenowska:

Promieniowanie nadfioletowe (UV)

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.

Długość fali od 4x10-7m do 10-8m (od 400 do 10 nm)

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

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).

Długość fali od około 4x10-7 m do około 7x10-7 m.

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).

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.

Radar