Fale elektromagnetyczne cd

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Fale elektromagnetyczne cd"

Łukasz Sikora
7 lat temu
Przeglądów:

1 Fale elektromagetycze cd

2 Falami elektromagetyczymi azywamy rozchodzące się zaburzeia pola elektromagetyczego (tz. zmiee pole elektromagetycze). Twierdzeie o istieiu fal elektromagetyczych wyika bezpośredio z rówań Maxwella div rot B t divb rotb µ ε t Fale elektromagetycze swobode pole elektromagetycze

3 Fale elektromagetycze w zależości od częstotliwości v (lub długości fali w próżi λc/v, gdzie c jest prędkością fal elektromagetyczych w próżi) oraz od atury promieiowaia i metody rejestracji dzielimy a fale : 1. radiowe 2. promieiowaie świetle 3. retgeowskie 4. promieiowaie gamma 1. Fale radiowe - fale elektromagetycze, których długość fali w próżi λ w próżi jest większa iż m ( v < Hz). Zgodie z międzyarodową zasadą podziału częstotliwości oraz odpowiadające im zakresy długości, fale radiowych zostały podzieloe a 12 zakresów.

5 2. Promieiowaie świetle (optycze) iaczej światło fale (promieiowaie) elektromagetycze, których długość w próżi leży w zakresie od 1 m do 1mm. Promieiowaie świetle dzielimy a promieiowaie: podczerwoe (IR) - emitowae przez ciała ogrzae, którego długość fal w próżi leży w przedziale od 1 mm do 77 m widziale (światło widziae)- są to fale o długości w próżi w zakresie od 77 do 38 m, które w oku ludzkim bezpośredio wywołują wrażeie świetle. ultrafioletowe (UV) promieiowaie o długości fal w próżi od 38 do 1m.

6 3. Promieiowaie retgeowskie (Roetgea) promieiowaie elektromagetycze powstałe w wyiku działaia aładowaych cząsteczek i fotoów z atomami substacji a jego długość fal w próżi leży w szerokim zakresie od 1-1m do.1-1pm (graice umowe) 4. Promieiowaie gamma azywamy promieiowaiem elektromagetyczym o długości fal w próżi miejszych od,1m, które jest emitowae przez wzbudzoe w reakcjach jądrowych i przemieych promieiotwórczych jądra atomowe, lub powstaje podczas rozpadu cząsteczek, aihilacji par cząsteczka- atycząstka i w iych procesach.

7 Falową Kwatową Optyka: Postać ogóla fali elektromagetyczej B i( k e i( k B e r ωt) r ωt) k ω c

8 Widmo spektroskopowe to zarejestroway obraz promieiowaia rozłożoy a częstotliwości, długości fali lub eergie, które zostało wyemitowae albo weszło w kotakt z aalizowaą substacją, przeszło przez ią lub zostało przez ią odbite. Widma są w staie dostarczyć szeregu ceych iformacji o aalizowaej substacji. Aalizą i tłumaczeiem mechaizmów powstawaia widm zajmuje się spektroskopia, metoda badawcza wykorzystywaa w wielu dziedziach auk doświadczalych, główie fizyce i chemii i w zastosowaiach praktyczych (p. w medycyie).

9 Widma klasyfikuje się : Ze względu a wygląd widma widmo ciągłe - ma postać ciągłego obszaru lub szerokich pasów (widmo o składowych, występujących w sposób ciągły wzdłuż skali charakterystykę ), widmo liiowe - ma postać oddzielych liii a pasku widmowym; typowo występuje dla atomów gazów rozrzedzoych, Ze względu a sposób powstaia widmo emisyje- powstaje w wyiku emisji promieiowaia przez ciało absorpcyje- powstaje w wyiku oddziaływaia (przejścia lub odbicia) fali o widmie zazwyczaj ciągłym z substacja

10 W zależości od rodzaju fali: Aaliza serii promieiowaia retgeowskiego pomogła określić zaczeie liczby atomowej oraz odkryć iektóre pierwiastki. Aaliza serii widmowych wodoru (serie Lymaa, Balmera, Paschea ) doprowadziła do zbudowaia w 1913 roku przez Nielsa Bohra plaetarego modelu atomu wodoru. Aaliza struktury subtelej widm pozwoliła a koleje odkrycia dotyczące modelu atomu. Obecie techiki aalizy widmowej staowiła ajdokładiejsze arzędzie do wykrywaia i badaia substacji.

11 W widmie światła widzialego moża wydzielić przedziały długości fal, które oko ludzkie odbiera jako wyrażeie różych barw: m fiolet, m iebieski, m zieloy, m zólty (żółty), m pomarańczowy, m czerwoy.

12 Widmo promieiowaia elektromagetyczego

13 Pole elektromagetycze a graicy dwóch ośrodków ε1 ε 2 ˆ h D 1 D D 1τ τˆ ds ˆ ds divd ρ D ds Q D ˆ ds Q

14 Co się dzieje z polem elektromagetyczym, gdy przechodzi przez ośrodek? Q Sc D ˆ ds Do1 + Do2 + Bok D S D + ładuek powierzchiowy ma więc wartość: 1 Do 2 Do h Bok S Q pow D D ) ( 1 2 S Da

15 dla pola elektryczego Skok składowej ormalej: D 1 D 2 δ pow dla pola magetyczego divb wiec, B B 1 2 składowa ciągła dla pola magetyczego

16 Korzystamy z prawa Ampera dla wektora H roth ε + j t ε 1 ε 2 l h H 1l H H 1Γ Γ B Hdl Γ µ H d dt S D ds + I

17 obliczeia wykoujemy po koturze figury: H l zakładając, że: H l + 1Γ 2Γ Bok ( h) d dt D ds + D ds d dt I otrzymujemy wiec: H l H l 1τ 2τ I

18 Skok składowej styczej dla pola magetyczego H H 1τ 2τ j pow aalogiczie dla pola elektrostatyczego rot B t wiec, τ 1 2τ składowa stycza pola elektryczego jest ciągła

19 Fala elektromagetycza padająca a graice ośrodków Niech płaska fala elektromagetycza pada a płaska graicę dwóch jedorodych i izotropowych dielektryków. Dielektryk posiada przeikalość ε 1, ε 2. ε 1 k α α k ε 2 β k cos( ωt kr ) ϕ

20 Fala elektromagetycza padająca a graicę dwóch ośrodków ulega częściowemu odbiciu od powierzchi dzielącej ośrodki oraz częściowemu załamaiu, przechodząc do ośrodka drugiego. Promieie k, k, k wskazują kieruek rozchodzeia się fal płaskich: padającej, odbitej i załamaej. Kąty miedzy imi to: α- kąt padaia α - kąt odbicia β- kąt załamaia Płaszczyzą padaia azywamy płaszczyzę przechodzącą w pukcie padaia przez promień padający oraz ormalą do powierzchi rozdzielającej ośrodki.

21 Fala padająca: cos( ωt k x + k y ) x y ϕ Fala odbita: Fala przechodząca: cos( ω t k x k y ) x y ϕ cos( ω t k x + k y ) x y ϕ

22 Prawo odbicia i załamaia fal elektromagetyczych a graicy dwóch ośrodków dielektryczych moża otrzymać a podstawie waruków graiczych pola elektromagetyczego. x + x x D y +D y D y 12 y + 12 y 22 D y +D y D y 12 y + 12 y 22 Dε D 2 ox cos( ωt k x ϕ) + cos( ω t k x ϕ) x cos( ω t k x ) x x ϕ x x

23 W ośrodku ε 1 a pole fali padającej akłada się pole fali odbitej. W ośrodku ε 2 istiej tylko pole (przechodzącej do tego ośrodka) fali załamaej. Fala odbita i załamaa są rówież falami moochromatyczymi o tej same częstości co fala padająca. Rówaia wyikające z waruków graiczych, słusze są dla dowolego x, w każdej chwili czasu t, a wiec: dla każdego x: dla każdego t: k x k x k x ω ω ω

24 1. Zgodie z powyższym warukami jeżeli: k x k x k siα k siα wówczas występuje zależość odbicia k α α k 2π 1 λ zwaa prawem Prawo odbicia Promień odbity leżący w jedej i tej samej płaszczyźie z promieiem padającym i ormalą wystawioą w pukcie padaia. Wyika z tego ze kąt padaia rówy jest kątowi odbicia.

25 2. Zgodie z powyższym założeiem jeżeli: k x k x k siα k si β 2π siα λ 1 2 2π si β λ k 2π 1 k 2 λ 2π λ wówczas otrzymujemy zależość: siα si β 2 1 zwaą prawem załamaia lub prawem SNLLA

26 Prawo załamaia Gdy promień załamay leży w jedej i tej samej płaszczyźie z promieiem padającym i ormalą wystawioą w pukcie padaia, wówczas stosuek siusa kąta padaia do siusa kąta załamaia jest wielkością stałą dla daego ośrodka. Stosuek prędkości fali świetlej w próżi do prędkości fazowej v w pewym ośrodku azywa się bezwzględym współczyikiem załamaia ośrodka i ozacza się go literką. c i vi v i c i

27 Wartości współczyika załamaia charakteryzują gęstość optyczą ośrodka. Ośrodek o dużym azywa się optyczie gęstszym od ośrodka z miejszym. Odpowiedio zaś ośrodek z miejszym azywa się optyczie rzadszym od ośrodka z większym. siα si β Względym współczyikiem załamaia dwóch ośrodków (ośrodka drugiego względem pierwszego) azywamy wielkość 21, rówą stosukowi współczyików załamaia tych ośrodków: 21 v v

28 Waruki graicze dla amplitudy korzystamy z zależości: oy oy oy ox ox ox ) ( β α α cos cos cos o ox o ox o ox β α α si si si o oy o oy o oy

29 po przekształceiu powyższych rówań otrzymujemy: ( ) cosα 2 1 ( ) siα si β + stosujemy prawo Sella + ) 1 cos β po zastosowaiu przekształceia otrzymujemy: ( cosα cosα cos β cos β Zależość określająca amplitudę fali odbitej

30 Kąt padaia α B, dla którego promień odbity i załamay są wzajemie prostopadłe, azywamy kątem Brewstera. Jeżeli, α α Br, wówczas: α α Br π β α 2 Współczyik odbicia r fali świetlej a graicy dwóch ośrodków jest to stosuek atężeia fali odbitej do atężeia fali padającej. cosα r 2 def cosα cos β cos β

31 Polaryzacja światła przez odbicie Światło emitowae przez zwykłe (ielaserowe) źródło składa się z dużej liczby płasko spolaryzowaych ciągów fal, których wektory elektrycze drgają we wszystkich kierukach prostopadłych do promieia. Światło azywamy aturalym lub iespolaryzowaym, jeśli żade z tych kieruków ie jest wyróżioy. W przypadku światła wypadkowe atężeie w każdym pukcie pola wykouje drgaia, których kieruek szybko i bezwładie zmieia się w płaszczyźie prostopadłej do promieia.

32 Światło azywamy światłem częściowo spolaryzowaym, jeśli istieje wyróżioy kieruek drgań wektora. Częściowo spolaryzowae światło moża rozpatrywać jako zbiór rozchodzących się jedocześie w tym samym kieruku światła aturalego i liiowo spolaryzowaego. Polaryzacją światła azywamy wydzieleie światła o polaryzacji liiowej ze światła aturalego lub częściowo spolaryzowaego. W tym celu stosujemy specjale przyrządy zwae polaryzatorami. Działaie polaryzatorów oparte jest a polaryzacji światła przy odbiciu i załamaiu a graicy dwóch ośrodków dielektryczych. Urządzeia te moża stosować rówież jako aalizatory, czyli jako urządzeia określające rodzaj oraz stopień polaryzacji światła.

Podobne dokumenty

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Zajęcia wyrówawcze z fizyki -Zestaw 5 -Teoria Optyka geometrycza i optyka falowa. Prawo odbicia i prawo załamaia światła, Bieg promiei świetlych w pryzmacie, soczewki i zwierciadła. Zjawisko dyfrakcji