Promieniowanie elektromagnetyczne.html

Fala elektromagnetyczna

Widmo fal elektromagnetycznych

Spektrum fal elektromagnetycznych

Widmo fal elektromagnetycznych A – fale radiowe bardzo długie, B – fale radiowe, C – mikrofale, D – podczerwień, E – światło widzialne, F – ultrafiolet, G – promieniowanie rentgenowskie, H – promieniowanie gamma, I – widmo światła widzialnego

Promieniowanie elektromagnetyczne (fala elektromagnetyczna) – rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego. Zaburzenie to ma charakter fali poprzecznej, w której składowa elektryczna i magnetyczna są prostopadłe do siebie, a obie są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się promieniowania. Oba pola indukują się wzajemnie – zmieniające się pole elektryczne wytwarza zmienne pole magnetyczne, a zmieniające się pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne. Źródłem pola EM jest przyspieszający lub hamujący ładunek elektryczny. Najczęściej źródłem tego promieniowania jest ładunek wykonujący drgania.

edytuj Historia

Istnienie fali elektromagnetycznej przewidział James Clerk Maxwell w roku 1861.
Pierwszej emisji i odbioru fal elektromagnetycznych dokonał Heinrich Hertz w roku 1886.

edytuj Podstawy teoretyczne

Z równań Maxwella w przestrzeni nie zawierającej ładunków (w próżni) wynika:

$\nabla^2 \mathbf{E} = \mu \varepsilon\frac{\partial^2}{\partial t^2} \mathbf{E}$

$\nabla^2 \mathbf{H} = \mu \varepsilon\frac{\partial^2}{\partial t^2} \mathbf{H}$

gdzie

H – wektor natężenia pola magnetycznego,

E – wektor natężenia pola elektrycznego.

Równania te są liniowymi równaniami różniczkowymi fali rozchodzącej się z prędkością $\frac{1}{\sqrt{\mu \varepsilon}}$ . Gdzie: $\varepsilon$ to przenikalność elektryczna, a $μ$ to przenikalność magnetyczna ośrodka, w którym rozchodzi się fala. W próżni prędkość ta jest prędkością światła w próżni i określa ją wzór:

$c = \frac{1}{\sqrt{\mu_0 \varepsilon_0}}$

gdzie przenikalności z indeksem 0 odnoszą się do próżni. Rozwiązaniem różniczkowych równań Maxwella są równania fali biegnącej. Dla fali płaskiej rozchodzącej się w kierunku x równania te mają postać:

$E(x,t)=E_{0}\sin \left( 2\pi \nu t-\frac{2\pi }{\lambda }x \right)$

$H(x,t)=H_{0}\sin \left( 2\pi \nu t-\frac{2\pi }{\lambda }x \right)$

gdzie

E 0

– amplituda natężenia pola elektrycznego,

H 0

– amplituda natężenia pola magnetycznego,

ν

– częstotliwość fali elektromagnetycznej,

λ

– długość fali.

Równania Maxwella i ich rozwiązanie pozwoliło połączyć pole elektryczne i magnetyczne w jedno pole elektromagnetyczne i pokazało bezpośredni związek tego pola ze światłem.

Promieniowanie elektromagnetyczne, choć jest falą, jak wynika z równań Maxwella, jest równocześnie strumieniem kwantów – fotonów. Im mniejsza długość fali, tym bardziej ujawnia się cząsteczkowa natura promieniowania elektromagnetycznego. Energia kwantu zależy od długości fali zgodnie ze wzorem:

$E = h c / \lambda\,$ .

edytuj Własności promieniowania

Promieniowanie elektromagnetyczne rozchodząc się objawia swe własności falowe zachowując się jak każda fala, ulega interferencji, dyfrakcji, spełnia prawo odbicia i załamania.

Rozchodzenie się fali w ośrodkach silnie zależy od ośrodków oraz częstotliwości fali. Fala rozchodząc się w ośrodku pobudza do drgań cząsteczki, atomy i elektrony zawarte w ośrodku, które są źródłami fal wtórnych, zmieniając tym samym warunki rozchodzenia się fali w stosunku do próżni.

Powstawanie i pochłanianie promieniowania elektromagnetycznego wiąże się ze zmianą ruchu ładunku elektrycznego.

Własności promieniowania elektromagnetycznego silnie zależą od długości fali (częstotliwości promieniowania) i dlatego dokonano podziału promieniowania elektromagnetycznego ze względu na jego częstotliwość.

edytuj Widmo fal elektromagnetycznych

Fale elektromagnetyczne zależnie od długości fali (częstotliwości) przejawiają się jako (od fal najdłuższych do najkrótszych):

Pasmo	Długość [m]
Fale radiowe	>10^-4
Mikrofale	3·10^-1 - 3·10^-3
Podczerwień	10^-3 - 7,8·10^-7
Światło widzialne	7,8·10^-7 - 4·10^-7
Ultrafiolet	4·10^-7 - 10^-8
Promieniowanie rentgenowskie	10^-8 - 10^-11
Promieniowanie gamma	<10^-11

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.

edytuj Zobacz też

edytuj Linki zewnętrzne

Widmo fal elektromagnetycznych

p • d • e

Widmo elektromagnetyczne

Gamma • Roentgena • Ultrafiolet • Widzialne • Podczerwień • Mikrofale • Radiowe
Widmo optyczne:	Fiolet • Niebieski • Zielony • Żółty • Pomarańczowy • Czerwony
Pasmo mikrofalowe:	Pasmo W • Pasmo V • Pasmo K: Pasmo Ka, Pasmo Ku • Pasmo X • Pasmo C • Pasmo S • Pasmo L
Pasmo radiowe:	EHF • SHF • UHF • VHF • HF • MF • LF • VLF • ULF • SLF • ELF