Post on 06-Jan-2016
description
Pole elektryczne i magnetyczne
Powstanie siły elektromotorycznej musi być związane z powstaniem wirowego pola elektrycznego.
Zmienne pole magnetyczne wywołuje w każdym punkcie pola powstawanie wirowego pola elektrycznego
Pole elektryczne i magnetyczne
Prąd elektryczny i/lub zmienne pole elektryczne wytwarzają wirowe pole magnetyczne
Pole elektromagnetyczne
15.1 Równanie falowe
tB
xE
tE
xB
00
με
I równanie Maxwella:
II równanie Maxwella:
x
t
txB
xE 2
2
2
2
2
00
2
tE
xtB
με
2
2
002
2
xE1
tE
με 2
2
002
2
xB1
tB
15.1 Fale elektromagnetyczne
2
2
002
2
xE1
tE
με 2
22
2
2
xv
t
ξξ
00
1v
με
0 = 8.85·10-12 A2·s4·m-3·kg-1
0 =1.26·10-6 m·kg·A-2·s-2v = 3·108 m/s = c
W próżni:
cc1
v00
W ośrodku materialnym:
Fale elektromagnetyczne
Częstotliwość - liczba pełnych zmian pola magnetycznego i elektrycznego w ciągu jednej sekundy, wyrażona w hercach.
Długość fali - odległość między sąsiednimi punktami w których pole magnetyczne i elektryczne jest takie samo
c
Tc
Fale elektromagnetyczne
Częstotliwość dla danej fali jest stała i niezależna od ośrodka. Natomiast długość fali zmienia się, bowiem prędkość fali zależy od rodzaju ośrodka.
W ośrodkach materialnych prędkość fali elektromagnetycznej jest zawsze mniejsza i zależna od rodzaju ośrodka oraz od częstotliwości fali.
Wys
okoś
ć (w
kil
omet
rach
)
3
12
25
50
100
200
6
Promienio-wanie
Promienio-wanie X UV
Zakres widzialny
Podczer-
wień
Mikrofale
Fale radiowe
Promieniowanie gamma
Źródła promieniowania gamma:
Fale elektromagnetyczne o długości krótszej od 10-10 m
•procesy zachodzące w jądrze atomowym (np. rozpad pierwiastków promieniotwórczych zawartych w skorupie ziemskiej lub reakcje jądrowe)
•promieniowanie kosmiczne powstające podczas procesów jądrowych zachodzących w gwiazdach i galaktykach.
Błyski gamma
Promieniowanie rentgenowskie
•Przyspieszone w polu elektrycznym elektrony hamowane są przez materiał anody, tracąc swoją energię, która zostaje wypromieniowana jako promieniowanie hamowania (widmo ciągłe)
•Na skutek wybicia (jonizacji) przez przyspieszone elektrony wewnętrznych elektronów w materiale anody, następuje przeskok elektronu z powłoki zewnętrznej na puste miejsce czemu towarzyszy emisja promieniowania o ściśle określonej długości fali (promieniowanie charakterystyczne).
Lampa rengenowska:
Promieniowanie nadfioletowe (UV)
Naturalnymi źródłami są ciała o dostatecznie wysokiej temperaturze. Znikome, ale zauważalne ilości tego promieniowania wysyłają już ciała o temperaturze 3000K i ze wzrostem temperatury natężenie wzrasta. Silnym źródłem jest Słońce, którego temperatura powierzchni wynosi 6000K.
Długość fali od 4x10-7m do 10-8m (od 400 do 10 nm)
Promieniowanie nadfioletowe ma silne działanie fotochemiczne. Przy długości fali poniżej 300 nm wywołuje już jonizację i jest zabójcze dla organizmów żywych, wywołuje lub przyspiesza szereg reakcji chemicznych.
Światło widzialne
Naturalnymi źródłami są ciała ogrzane do temperatury ponad 700°C. Na skutek ruchów cieplnych następuje wtedy wzbudzenie elektronów wewnątrz substancji i przy powrocie do niższych stanów energetycznych następuje emisja światła (żarówka).
Długość fali od około 4x10-7 m do około 7x10-7 m.
Promieniowanie podczerwone
Długość fali od 7x10-7 m do 2x10-3m
Emitowane jest przez rozgrzane ciała w wyniku wzbudzeń cieplnych elektronów wewnątrz substancji. Im niższa temperatura im mniejsze natężenie i dłuższe fale. Ciała w temperaturze pokojowej wysyłają długość 19 mm. Ciała o temperaturze do około 400°C wysyłają praktycznie tylko podczerwień.
Zdjęcie lotnicze w podczerwieni
Mikrofale
Długość fali od 10-4 m do 0,3 m (0,1 mm do 30 cm).
Mikrofale z górnego zakresu mogą powstawać w elektronicznych układach drgających podobnie jak fale radiowe.
Lampy mikrofalowe - elektrony krążąc w polu magnetycznym po spiralach emitują mikrofale.
Radar
Fale radiowe
Fale elektromagnetyczne o długości większej od 10-4 m (0,1 mm).
jonosfera
Fale długieFale średnie
Fale krótkie
Fale ultrakrótkie i mikrofale
15.4 Rozchodzenie się światła w ośrodku materialnym
cc
v
Prędkość światła w ośrodku materialnym o względnej przenikalności elektrycznej i magnetycznej :
Współczynnik załamania światła:vc
n
c
cn
2
1
1
22,1 v
vnn
n Współczynnik załamania ośrodka drugiego względem pierwszego:
15.4 Zasada Huyghensa
Każdy punkt w przestrzeni, do którego dociera fala, staje się źródłem nowej fali kulistej.
Propagacja fali płaskiej w kierunku x
x
Ugięcie fali płaskiej na przeszkodzie
15.4 Załamanie światła
nc
v
1
1
1'AA v
sin'BAv
'AAt
2
2
2'BB v
sin'BAv
'BBt
'BB'AA tt
2
2
1
1
vsin
vsin
2211 sinnsinn Prawo Sneliusa:
nnn
sinsin
1
2
2
1
1
2
n1
n2
B
B’
A’
A
15.5 Zasada Fermata
Światło biegnie po takiej drodze, na pokonanie której potrzebny jest ekstremalny (na ogół najmniejszy) czas.
15.5 Zasada Fermata dla odbicia fal
ab
A
B
1
2
PP’
1
2
x d - x
d
Z
2222 xdbxas
0xdb2
xd2
xa2
x2dxds
2222
2222 xdb
xd
xa
x
21 sinsin
vs
t
21
15.5 Zasada Fermata dla załamania fal
clnln
vl
vl
t 2211
2
2
1
1
cl
t
2211 lnlnl
droga optyczna
0xcb2
xc2n
xa2
x2n
dxdl
222221
221 xal
222 xcbl
222221xcb
xcn
xa
xn
2211 sinnsinn
1
2
n1
n2
B
A
c
b
c - xxa
l1
l2
15.6 Polaryzacja przez odbicie
B2B0
2B1 cosn90sinnsinn
kąt Brewstera
1
2B n
ntg 21B ntg
1
212 n
nn lub gdzie:
B Bn1
n2