+ Pokaż spis treści

Promieniowanie elektromagnetyczne

A. Drgania elektryczne:

1. Obwód drgający.
Obwód elektryczny zawierający cewkę i kondensator, tak dobrane, by ich opory były sobie równe, stanowi tzw. obwód drgający. W takim obwodzie zachodzą drgania elektryczne, które można porównać do drgań wahadła lub sprężyny. Aby te drgania wywołać trzeba naładować kondensator do jakiegoś napięcia.
Rys.1 Obwód drgający i wahadło.
 
2. Przemiany energii w obwodzie drgającym.
Po naładowaniu kondensatora [rys.1], między jego okładkami zgromadziła się energia elektryczna [po wychyleniu wahadła, ma ono energię potencjalną]. Kondensator rozładowuje się przez cewkę i w obwodzie płynie prąd o rosnącym natężeniu, czyli energia gromadzi się w cewce jako energia pola magnetycznego [podczas ruchu wahadła energia potencjalna zamienia się w kinetyczną]. Gdy energia pola elektrycznego = 0 to energia pola magnetycznego jest maksymalna i równa maksymalnej energii pola elektrycznego [rys.2a]
Rys.2. Obwód drgający - przemiany energii.
Zanikanie pola magnetycznego [natężenie prądu w cewce maleje] prowadzi do ponownego naładowania kondensatora, ale przeciwne do poprzedniego [rys.2b]. To oznacza, że energia pola magnetycznego uległa przemianie w energię pola elektrycznego [energia kinetyczna wahadła uległa przemianie w energię potencjalną]. Kondensator znowu się rozładowuje przez cewkę i energia pola elektrycznego zamienia się w energię pola magnetycznego [rys.2c], a następnie energia pola magnetycznego zamienia się w energię pola elektrycznego [rys.2d] itd. [proces powtarza się]. Czas powtarzalności nazywamy okresem drgań obwodu i jego wartość wynosi:         T = , gdzie L jest indukcyjnością cewki a C pojemnością elektryczną kondensatora.
 
B. Fale elektromagnetyczne: 
 
1. Co to jest fala elektromagnetyczna.
Twórcą teorii fal elektromagnetycznych był Maxwell (1864r).
Z doświadczeń wiadomo, że zbliżanie lub oddalanie magnesu do cewki wzbudza w niej prąd indukcyjny, co prowadzi do wniosku, że zmiana pola magnetycznego wywoła powstanie okrążającego go[czyli wirowego] zmiennego pola elektrycznego. Wiadomo również, że wokół przewodnika z prądem wytwarza się pole magnetyczne, co prowadzi do wniosku, że zmiana pola elektrycznego spowoduje powstanie wokół niego wirowego zmiennego pola magnetycznego [rys.3]
Rys.3. Pola wirowe.

Wirowe zmienne pola elektryczne i magnetyczne wzajemnie się przenikają tworząc jedno pole elektromagnetyczne, które rozchodzi się w próżni i powietrzu z prędkością światła, czyli 300 000 km/s.
Rys.4. Fala elektromagnetyczna.
Rozchodzące się pole elektromagnetyczne jest falą elektromagnetyczną. Źródłami fal elektromagnetycznych są między innymi obwody drgające. W zależności od źródeł, długości  i częstotliwości fal, przenoszonych energii, sposobów rejestracji, oddziaływaniu na organizmy żywe, możliwości wykorzystania itp. można te fale podzielić na kilka rodzajów.
Podział fal elektromagnetycznych uwzględniający różnice w długościach i częstotliwościach fal , to tzw. widmo fal. Bez względu na używaną nazwę wszystkie fale elektromagnetyczne są falami poprzecznymi [rozchodzą się w kierunku prostopadłym do pola elektrycznego i magnetycznego], w próżni rozchodzą się z prędkością około 300 000 km/s , ulegają zjawiskom odbicia, załamania, dyfrakcji, interferencji i polaryzacji.
 
2. Widmo fal elektromagnetycznych.
Klasyfikacja fal elektromagnetycznych uwzględniająca ich częstotliwości [i długości w próżni] jest nazywana widmem fal elektromagnetycznych [rys.5]
Rys.5. Widmo fal elektromagnetycznych.
Z rys.5 wynika, że najdłuższymi falami są fale radiowe - długie, średnie, krótkie i ultrakrótkie, wytwarzane przez obwody drgające i wykorzystywane w radiofonii, telewizji, telefonii komórkowej itd.
W kolejności malejącej długości fal, są:
mikrofale, wykorzystywane w łączności radarowej, kuchenkach mikrofalowych, medycynie [diatermia] - wytwarzane przez obwody drgające i rozgrzane ciała,
promieniowanie podczerwone, wysyłane przez rozgrzane do temperatury około 500 0C ciała
fale widzialne- światło- wysyłane przez rozgrzane ciała stałe i ciekłe oraz pobudzone do świecenia gazy; zawierające światło o barwach od czerwonej do fioletowej
promieniowanie ultrafioletowe, wytwarzane przez lampy kwarcowe i ciała rozgrzane do bardzo wysokich temperatur - stanowi ono składnik światła słonecznego, wykorzystywane np. w medycynie
promieniowanie rentgenowskie, wytwarzane przez odpowiednie lampy, wykorzystywane w medycynie, metalurgii, w różnego typu badaniach naukowych,
oraz tzw. promienie gamma, wysyłane przez ciała promieniotwórcze,  szeroko stosowane w medycynie.
Zakresy fal są przybliżone - niektóre na siebie zachodzą [pokrywają się].
 
 
C. Przekazywanie informacji.
Elektryczne obwody drgające służą do wytwarzania fal elektromagnetycznych, służących do przekazywania informacji bez użycia przewodów [w 1887 roku Hertz wytworzył fale elektromagnetyczne, a w 1896 roku Marconi przesyła informacje na odległość około trzech kilometrów, bez użycia przewodów]. Do przekazywania informacji posługiwano się alfabetem Morse'a. Od 1906 roku rozpoczęto przesyłanie sygnałów dźwiękowych - rozpoczęła się era radia, potem telewizji, telefonii bezprzewodowej itd. , czyli radiotelekomunikacji, bez której obecnie trudno byłoby się obejść. Przekazywanie informacji wymaga nadajnika [wytworzenia fali elektromagnetycznej, nałożenia na nią np. dźwięku czy obrazu i wysłania ze stacji nadawczej], oraz odbiornika, który przesłaną informację odbierze. Nadajnik i odbiornik muszą być do siebie dostrojone, czyli ich obwody drgające muszą mieć te same częstotliwości  i okresy drgań .