Fale elektromagnetyczneRyszard J. Barczyński, 2017Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała StałegoMateriały 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 równania Maxwella..bez źródełRozważmy równania Maxwella..bez źródeł

    Przyjmujemy, że w przestrzeni nie ma ładunków ani prądów.Prawa Maxwella przyjmują wtedy postać: 

∮S

E dS=0 ∮S

B dS=0

∮l

E dl=−d

m

dt∮

l

B dl=0 0

d

dt

Rozważmy równania Maxwella... oraz falęRozważmy równania Maxwella... oraz falę

    Sprawdzimy, że nasze równania są spełnione przez falę elektromagnetyczną

rozchodzącą się w kierunkux o następującej konfiguracji: 

E= Ey= E0 sin kx− t B= B

z= B0 sin kx− t

 Zastosujemy prawo indukcji Faradaya do przedstawionego na rysunku 

wąskiego prostokąta znajdującego się w płaszczyźnie xy.

∮l

E dl=EdE h−E h=h dE

d m

dt=

d B h dx

dt=h d x

d B

dt

∮l

E dl=−d

m

dt⇒ h dE=−h d x

d B

dt⇒

∂ E

∂ x=−

∂ B

∂ t(*)

 Podobnie zastosujemy prawo indukcji Maxwella do przedstawionego na 

rysunku wąskiego prostokąta znajdującego się w płaszczyźnie xz.

∮l

B dl=−BdBhB h=−h dB

d

dt=

d E h dx

dt=h d x

d E

dt

∮l

B dl=0 0

d

dt⇒ h dB=−0 0 h d x

d E

dt⇒

∂ B

∂ x=−0 0

∂ E

∂ t(**)

 Do pierwszego z otrymanych równań (*) wstawimy równania opisujące postulowaną przez nas postać fali

∂ E

∂ x=−

∂ B

∂ t

E=E0sin k x− t B=B

0sin k x− t

∂ E

∂ x=k E

0cosk x− t

∂ B

∂ t=− B

0cosk x− t

k E0 cosk x− t = B0 cosk x− t ⇒E0

B0

=

k=c

 Stosunek amplitudy pola elektrycznego do amplitudy pola elektrycznego jest równy prędkości fali,  

 To samo uczynimy z drugim równaniem (**)

E=E0 sin k x− t B=B0 sin k x− t

∂ B

∂ x=k B0 cosk x− t

∂ E

∂ t=−0 0 E0 cosk x− t

k B0 cosk x− t = 00 E0 cosk x− t ⇒E0

B0

=1

0

0

k

=1

0

0c

E0

B0

=c ⇒ c=1

0 0

 Prędkość fali elektromagnetycznej jest stała!!!

∂ B

∂ x=−00

∂ E

∂ t

Widmo fal elektromagnetycznych

Widmo fal elektromagnetycznych

Widmo fal elektromagnetycznchFale radiowe

f=30kHz ­ kilka GHzl=10km ­ kilka cm

Widmo fal elektromagnetycznch

Mikrofalef=kilka GHz ­ kilkaset GHzl=od kilku cm do kilku mm

Widmo fal elektromagnetycznch

Podczerwieńf=1011 ­ 1014 Hz l=1mm ­ 1m

Widmo fal elektromagnetycznch

Światło widzialnel=800nm ­ 400nm

This page is left blank...

Widmo fal elektromagnetycznch

Ultrafioletl=400nm ­ 10nm

Widmo fal elektromagnetycznch

Promienie Xl=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 elektromagnetycznychMimo, 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)