Elektryczność i Magnetyzm

Wykład: Jan GajPokazy: Tomasz Kazimierczuk/Karol Nogajewski,

Tomasz Jakubczyk

Wykład dwudziesty ósmy 25 maja 2010

Z poprzedniego wykładu

Falowód planarny i prostokątny zbudowany z metalu. Mody TE i TM, prędkość fazowa i grupowa.

Mikrofala: załamanie, odbicie (także całkowite wewnętrzne, tunelowanie)

Opis fali elektromagnetycznej na granicy ośrodków nieprzewodzących

Światło jako fala elektromagnetyczna, światłowód wielomodowy i jednomodowy

Fala elektromagnetyczna terahercowa

Straty energii przy odbiciu (padanie prostopadłe) – nowy wariant

Gęstość mocy (na jedn. powierzchni) = gęstość objętościowa energii prędkość fali

220 HRvH f

22

222 H

dbI

dabI

bda

abRI

Gęstość mocy traconej = moc w warstwie naskórkowej na jedn. powierzchni

Dla miedzi = 1.7 10-8 m, przy 10 GHz d = 0.65 10-6 mOszacowanie względnej straty przy odbiciu: /dRf = 2.5 10-2 / 377 jest rzędu 10-4 – bardzo małe straty

Oszacowanie (dla próżni):

d

b

a

I

2120 fRv

2221 d

abaabd

abUR

dRf/ - rzędu 104 – kompletna bzdura!

Wyjaśnienie: pole na powierzchni jest sumą pól fali padającej i odbitej

Wektor Poyntinga S = H

Rozważmy iloczyn wektorowy S = H. Ma on kierunek i zwrot wektora

propagacji k ze względu na prostopadłość i prawoskrętność układu

wektorów k, i H.

Jego długość jest równa gęstości mocy na jednostkę powierzchni dostarczanej przez falę.

Nosi on nazwę wektora Poyntinga i reprezentuje transport energii przez falę elektromagnetyczną.Strumień wektora Poyntinga reprezentuje moc fali elektromagnetycznej.

Gęstość energii w fali elektromagnetycznej wynosi

Hv

HHw εεε 100

20

20

Gęstość mocy dostarczana przez falę na jednostkę powierzchni prostopadłej

Hvw ε

Anteny

Antena dipolowa odbiorcza

+ + + + - - - -+ + + + - - - -

Telefon komórkowy

900 MHz

Widmo fal elektromagnetycznych

Promieniowanie terahercowe

Tu byliśmy

Podczerwień

Spektrometr fourierowski

Spektroskopia fourierowska

0 50 100 150 200 250 300

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

interferogram

0.0 0.1 0.20.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Frequency (Hz)

Am

plitu

de

-200-100

0100200300400500600

0.0 0.1 0.2Frequency (Hz)

Ang

le(d

eg)

widmo

FFT

Spektroskopia fourierowska jest wykorzystywana w obszarze od dalekiej podczerwieni do nadfioletu.

Dalsza podczerwień (rzędu 10-5 m)

Źródło: przedmioty o temperaturze porównywalnej z pokojową

Wykrywanie: termostos, dioda z półprzewodnika o małej przerwie energetycznej, kamera termowizyjna

Właściwości: nie przechodzi przez szkło (efekt cieplarniany)

Zastosowanie: medycyna, budownictwo, ...

Każdy z nas świeci!

Daleka podczerwień grzeje

Albo ziębi?

Promieniowanie termiczne

Termowizja

Efekt cieplarniany

Efekt cieplarniany

Bliska podczerwień (rzędu 10-6 m)

Źródło: dioda półprzewodnikowa (na przykład pilot)

Wykrywanie: efekt cieplny, fototranzystor, kamera video

Właściwości: podobne do światła widzialnego, w szczególności przechodzi przez szkło

Zastosowanie: telekomunikacja światłowodowa, pilot TV, ...

Pilot źródłem (bliskiej) podczerwieni

Sygnały pilota na oscyloskopie

Transmisja danych w podczerwieni