Fale elektromagnetyczne Ryszard J. Barczyński, 2017 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały 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 Rozważmy równania równania Maxwella Maxwella..bez..bez źródeł źródeł Przyjmujemy, że w przestrzeni nie ma ładunków ani prądów. Prawa Maxwella przyjmują wtedy postać: E ds=0 S E dl= l B ds=0 S d m dt d B dl= 0 0 dt l
Rozważmy Rozważmy równania równania Maxwella Maxwella...... oraz oraz falę falę Sprawdzimy, że nasze równania są spełnione przez falę elektromagnetyczną rozchodzącą się w kierunku x o następującej konfiguracji: = E = E sin kx t E 0 y B = B z = B 0 sin kx t
Zastosujemy prawo indukcji Faradaya do przedstawionego na rysunku wąskiego prostokąta znajdującego się w płaszczyźnie xy. E de h E h=h de E dl= l d m dt E dl= l d m dt = d B h dx dt =h d x h de= h d x db dt db dt E x = B t (*)
Podobnie zastosujemy prawo indukcji Maxwella do przedstawionego na rysunku wąskiego prostokąta znajdującego się w płaszczyźnie xz. B db h B h= h db B dl= l d dt = d E h dx dt =h d x de dt de d h db= 0 0 h d x B dl= 0 0 dt dt l B x = 0 0 (**) E t
Do pierwszego z otrymanych równań (*) wstawimy równania opisujące postulowaną przez nas postać fali E=E 0 sin k x t E x =k E 0 cos k x t E x = B t B=B 0 sin k x t B t = B 0 cos k x t k E 0 cos k x t = B 0 cos k x t E0 B0 = k =c Stosunek amplitudy pola elektrycznego do amplitudy pola elektrycznego jest równy prędkości fali,
B To samo uczynimy z drugim równaniem (**) x E=E 0 sin k x t B x =k B0 cos k x t B0 t B=B0 sin k x t E t = 0 0 E 0 cos k x t k B0 cos k x t = 0 0 E 0 cos k x t E0 = 0 0 E =c c= E0 B0 = 1 0 0 = k 1 0 0 Prędkość fali elektromagnetycznej jest stała!!! 1 0 0 c
Widmo fal elektromagnetycznych
Widmo fal elektromagnetycznych
Widmo fal elektromagnetycznch Fale radiowe f=30khz kilka GHz l=10km kilka cm
Widmo fal elektromagnetycznch Mikrofale f=kilka GHz kilkaset GHz l=od kilku cm do kilku mm
Widmo fal elektromagnetycznch Podczerwień f=1011 1014 Hz l=1mm 1 m
Widmo fal elektromagnetycznch This page is left blank... Światło widzialne l=800nm 400nm
Widmo fal elektromagnetycznch Ultrafiolet l=400nm 10nm
Widmo fal elektromagnetycznch Promienie X l=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 elektromagnetycznych Mimo, 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)