Promieniowanie elektromagnetyczne

Z Wikipedii

Skocz do: nawigacji, szukaj
Fala elektromagnetyczna
Widmo fal elektromagnetycznych
Spektrum fal elektromagnetycznych
Widmo fal elektromagnetycznych A – fale radiowe bardzo długie (ELF, SLF, ULF, VLF), 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 zmiennego pola elektromagnetycznego jest przyspieszający ładunek elektryczny. Najczęściej źródłem tego promieniowania jest ładunek wykonujący drgania.

Spis treści

[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: ε 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

E0 – amplituda natężenia pola elektrycznego,
H0 – 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 = \frac{hc}{\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 właściwości tych ośrodków oraz częstotliwości fali. Fala rozchodząc się w ośrodku pobudza do drgań ładunki zawarte w cząsteczkach i atomach, najczęściej są to elektrony. Indukowane w ten sposób drgania elektronów są źródłem fal wtórnych, którą poprzez superpozycję z falą padającą zmieniają jej długość i prędkość rozchodzenia się.

Powstawanie i pochłanianie promieniowania elektromagnetycznego wiąże się ze zmianą energii cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznym, zwykle elektronów, jako cząstek o małej masie.

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

Źródło „http://pl.wikipedia.org/wiki/Promieniowanie_elektromagnetyczne”