1 FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Równania Maxwella Fale elektromagnetyczne

2 , Prawo Gaussa …i magnetycznego dla pola elektrycznego…

3 Pole elektryczne i magnetycznePowstanie siły elektromotorycznej musi być związane z powstaniem wirowego pola elektrycznego. Zmienne pole magnetyczne wywołuje w każdym punkcie pola powstawanie wirowego pola elektrycznego

4 Pole elektryczne i magnetycznePrawo Ampera Pole magnetyczne wokół przewodnika z prądem Prąd przesunięcia

5 Pole elektryczne i magnetycznePrąd uogólniony: Prąd elektryczny i/lub zmienne pole elektryczne wytwarzają wirowe pole magnetyczne.

6 Równania Maxwella

7 Fale wychylenie x

8 Równanie falowe Przekształcając równania Maxwella otrzymujemy:

9 15.1 Fale elektromagnetyczneW próżni: 0 = 8.85·10-12 A2·s4·m-3·kg-1 v = 3·108 m/s = c 0 =1.26·10-6 m·kg·A-2·s-2 W ośrodku materialnym:

10 Fale elektromagnetyczne

11 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

12 Fale elektromagnetyczneCzęstotliwość 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.

13 Widmo fal elektromagnetycznych

14 Widmo fal elektromagnetycznych

15 Wysokość (w kilometrach)Mikrofale Zakres widzialny Promienio-wanie  Promienio-wanie X Podczer-wień Fale radiowe UV 200 100 50 25 Wysokość (w kilometrach) 12 6 3

16 Promieniowanie gamma Fale elektromagnetyczne o długości krótszej od m Źródła promieniowania gamma: 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

17 Promieniowanie rentgenowskieDługości fali zawarta jest w przedziale od m do około 5x10-8 m

18 Promieniowanie rentgenowskieLampa rengenowska: 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).

19 Promieniowanie nadfioletowe (UV)Długość fali od 4x10-7m do 10-8m (od 400 do 10 nm) 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. 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.

20 Światło widzialne Długość fali od około 4x10-7 m do około 7x10-7 m.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).

21 Promieniowanie podczerwoneDługość 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

22 Mikrofale Długość fali od 10-4 m do 0,3 m (0,1 mm do 30 cm). RadarMikrofale z górnego zakresu mogą powstawać w elektronicznych układach drgających podobnie jak fale radiowe. Lampy mikrofalowe - elektrony krążąc w polu magnetycznym po spiralach emitują mikrofale.