fale elektromagnetyczne

Promieniowanie elektromagnetyczne

(fala elektromagnetyczna)

Przypomnienie

Dualizm korpuskularno-falowy – cecha obiektów kwantowych (np.
fotonów, czy elektronów) polegaj

ca na przejawianiu, w zale

od sytuacji, wła

ciwo

ci falowych (dyfrakcja, interferencja) lub

korpuskularnych (dobrze okre

lona lokalizacja, p

d).

Więcej na http://open.agh.edu.pl/mod/resource/view.php?id=497

Promieniowanie elektromagnetyczne

(fala elektromagnetyczna)

jest to rozchodz

ce si

w przestrzeni zaburzenie pola

elektromagnetycznego. Zaburzenie to ma charakter fali
poprzecznej, w której składowa elektryczna i magnetyczna
s

prostopadłe do siebie, a obie s

prostopadłe do

kierunku rozchodzenia si

promieniowania. Oba pola

indukuj

wzajemnie – zmieniaj

ce si

pole elektryczne

wytwarza zmienne pole magnetyczne, a zmieniaj

ce si

pole magnetyczne wytwarzazmienne pole elektryczne.

ródłem pola EM jest przyspieszaj

cy lub hamuj

ładunek elektryczny. Najcz

ęś

ciej

ródłem tego

promieniowania jest ładunek wykonuj

cy drgania.

l=c/n , gdzie l długość fali, c prędkość fali, a n częstotliwość

Czym większa jest częstotliwość to długość fali jest mniejsza

Promieniowanie elektromagnetyczne, cho

jest fal

jak wynika z równa

Maxwella, jest równocze

nie

strumieniem kwantów – fotonów.
Im mniejsza długo

ść

fali, tym bardziej ujawnia si

steczkowa natura promieniowania

elektromagnetycznego.

http://www.walter-fendt.de/ph14pl/emwave_pl.htm

Własno

ci promieniowania

• Promieniowanie elektromagnetyczne rozchodz

c si

objawia

swe własno

ci falowe zachowuj

c si

jak ka

da fala, ulega

interferencji, dyfrakcji, spełnia prawo odbicia i załamania.

• Rozchodzenie si

fali w o

rodkach silnie zale

y od o

rodków

oraz cz

stotliwo

ci fali. Fala rozchodz

c si

w o

rodku

pobudza do drga

steczki, atomy i elektrony zawarte w

rodku, które s

ą ź

ródłami fal wtórnych, zmieniaj

c tym samym

warunki rozchodzenia si

fali w stosunku do pró

ni.

• Powstawanie i pochłanianie promieniowania

elektromagnetycznego wi

ąŜ

e si

ze zmian

ruchu ładunku

elektrycznego.

• Własno

ci promieniowania elektromagnetycznego silnie zale

Ŝą

od długo

ci fali (cz

stotliwo

ci promieniowania) i dlatego

dokonano podziału promieniowania elektromagnetycznego ze
wzgl

du na jego cz

stotliwo

ść

Granice poszczególnych zakresów promieniowania
elektromagnetycznego są umowne i nieostre. Dlatego
promieniowanie o tej samej długości może być nazywane
falą radiową lub mikrofalą - w zależności od
zastosowania. Graniczne promieniowanie gamma i
promieniowanie rentgenowskie rozróżnia się z kolei ze
względu na źródło tego promieniowania. Najdokładniej
określone są granice dla światła widzialnego. Są one
zdeterminowane fizjologią ludzkiego oka.

* Fale radiowe - ze wzgl

du na długo

ść

fali (czy te

stotliwo

ść

) rozró

nia si

* fale radiowe ultrakrótkie - o długo

ciach fal od 1 do 10

metrów (te s

głównie stosowane w telewizji i radiofonii)

* fale radiowe - o długo

ciach fal od 10 do nawet 2000

metrów. Mo

na je dodatkowo podzieli

na fale krótkie

(10 - 75 metrów),

rednie (200 - 600 metrów) i długie

(1000 - 2000 metrów).

Natomiast fale, których długo

ść

jest wi

ksza od 2000

metrów nie maj

ą Ŝ

adnego zastosowania.

Bior

c pod uwag

ę ś

rodowisko rozchodzenia si

fali dzieli

je na :

•fale przyziemne
•fale troposferyczne
•fale jonosferyczne
•fale w Kosmosie

2- Fale długie łatwo ulegają ugięciu czyli dyfrakcji i mogą stanowić falę długą przyziemną
3 – bądź odbijają się od warstwy D i w ogóle nie są pochłaniane przez jonosferę. Dlatego mają
najdalszy zasięg niezależnie od pory dnia i roku.
4- Fale średnie odbijające się od warstwy E, mają o wiele większy zasięg w nocy, gdyż wtedy
zanika warstwa D, przez którą są pochłaniane.
1 - Fale krótkie natomiast na Ziemi tworzą fala krótką falę przyziemną i odbijają się od warstw
F1 i F2 (5) oraz od powierzchni Ziemi i dzięki temu są słyszalne na bardzo dużym obszarze,
6 – fale ultrakrótkie i mikrofale nie ulegają odbiciu od jonosfery i uciekają w przestrzeń
kosmiczną.

DOLNA JONOSFERA I JEJ 4 WARSTWY
D (60-90 km), E (około 120 km),
F1 (180-240 km) i F2 (220-300 km)

* Mikrofale - s

to fale o długo

ciach fal od 1 milimetra do

1 metra.

ródłem takiego promieniowania mog

obwody z pr

dem o wysokiej cz

stotliwo

ci. W sposób

celowy mikrofale wytwarzane s

przez klistrony,

magnetrony i inne obwody półprzewodnikowe

W oparciu o mikrofale działaj

radary i kuchenki

mikrofalowe.
Pole mikrofalowe mo

e w niekorzystny sposób

oddziaływa

n organizmy

ywe. Przede wszystkim

obserwuje si

podwy

szenie temperatury ciała, ogólne

czenie, bóle głowy , zaburzenia pami

ci i apati

. Do

takiej sytuacji mo

e doj

ść

gdy

rednia g

sto

ść

strumienia mocy stacjonarnej mikrofal przekroczy
warto

ść

0,1 W/m . Warto

ść

ta uwa

ana jest za graniczn

dla strefy bezpiecze

stwa.

* Podczerwie

to promieniowanie o długo

ciach fali

od 760 nanometrów do 2000 mikrometrów. Dalszy
podział dzieli promieniowanie podczerwone na:

podczerwie

blisk

rednia podczerwie

dalek

podczerwie

. Promieniowanie to jest emitowane

przez wszystkie rozgrzane obiekty oraz przez
lampy wyładowcze. Promieniowanie podczerwone
jest odbierane przez narz

dy zmysłów jako ciepło.

Fale z zakresu podczerwieni wykorzystywane s

wielu gał

ziach nauki i przemysłu m.in. w analizach

chemicznych. Promieniowanie podczerwone
emitowane przez ciała jest podstawa działalno

noktowizorów.

Ciała  w  temperaturze  pokojowej  wysyłają fale  o
długości  19  mm.  Ciała  o  temperaturze  do  około
400°C  wysyłają praktycznie  tylko  podczerwień.
Promieniowanie

podczerwone

jest

silnie

pochłaniane  przez  niektóre  składniki  atmosfery
np.  parę wodną i  dwutlenek  węgla.  Długości  od
14  mm  do  1500  mm  atmosfera  ogóle  nie
przepuszcza  i  dzięki  temu  stanowi  swojego
rodzaju płaszcz ochronny Ziemi, zabezpieczający
planetę przed zbytnim ochłodzeniem.

wiatło widzialne - obejmuje zakres fal o

długo

ciach od 380 do 780 nanometrów.

Promieniowanie to wywołuje w ludzkim
oku wra

enie widzenia. W zakresie tym

wyró

nia si

długo

ci fal odpowiadaj

poszczególnym barwom od czerwieni
przez

pomara

czowy,

ółty,

zielony,

niebieski a

do fioletowego. Dlatego

czasem obszar ten nazywa si

obszarem

czy.

A pszczoły "widzą" promieniowanie nadfioletowe

Promieniowanie rentgenowskie
obejmuje fale o długo

ciach z

przedziału od 10 nm do 0.001 nm.
Przedział ten dodatkowo dzieli si

na promieniowanie rentgenowskie
mi

kkie , czyli to o dłu

szych

falach oraz promieniowanie
rentgenowskie twarde, o mniejszej
długo

ci fali. Promieniowanie

twarde cechuje si

ksz

przenikliwo

Promieniowanie gamma - obejmuje
promieniowani elektromagnetyczne o
długościach mniejszych od 0.1 nm. Źródłem
tego promieniowania są wzbudzone atomy.

Źródła promieniowania gamma:
Reakcja rozpadu - jądra atomowe izotopów
promieniotwórczych ulegają rozpadowi, co powoduje emisję
fotonu gamma.
Reakcja syntezy - dwa jądra atomowe zderzają się tworząc
nowe jądro i emitując foton gamma.
Anihilacja - zderzenie cząstki i antycząstki, np elektronu i
pozytonu powoduje anihilację obu tych cząstek i emisję
dwóch fotonów gamma.
Kosmos (minimalne)

Promienie gamma mog

słu

do sterylizacji sprz

medycznego, jak równie

produktów spo

ywczych. W

medycynie u

ywa si

ich w radioterapii (tzw. bomba

kobaltowa) do leczenia raka, oraz w diagnostyce np.
pozytonowa

emisyjna

tomografia

komputerowa.

Ponadto promieniowanie gamma ma zastosowanie w
przemy

le oraz nauce, np. pomiar grubo

ci gor

cych

blach stalowych, pomiar grubo

ci papieru, wysoko

ciekłego  szkła  w  wannach  hutniczych,  w  geologii
otworowej  (poszukiwania  ropy  i  gazu  ziemnego),  w
badaniach  procesów  przemysłowych  (np.  przeróbki
rudy miedzi).

Do powierzchni Ziemi dociera tylko światło widzialne z niewielkim marginesem promieniowania
nadfioletowego i podczerwonego oraz fale radiowe. Ponieważ odbiornik fal powinien mieć rozmiary
tego samego rzędu, co długość fali, ze zrozumiałych względów nie możemy być wyposażeni w
detektor fal radiowych. Nic dziwnego, że w toku ewolucji wykształciły się oczy odbierające ten
właśnie zakres. W pozostałych zakresach na powierzchni Ziemi panuje bowiem ciemność.

Krzywe spektralne i wykorzystanie w
praktyce

to, jaka cz

ęść

promieniowania ulega odbiciu, jaka

absorpcji, a jaka transmisji zale

y od wła

ciwo

ci obiektu

i długo

ci fali promieniowania. Charakterystyka

współczynnika odbicia w zale

ci od długo