Fale elektromagnetyczne
Ryszard J. Barczyński, 2019
Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego
Ryszard J. Barczyński, 2019
Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały 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 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
mdt ∮
l
B dl=
0
0d
dt
Rozważmy równania Maxwella ... oraz falę
Sprawdzimy, że nasze równania są spełnione przez falę
elektromagnetyczną
rozchodzącą się w kierunku x o następującej konfiguracji:
E= E
y= E
0sinkx− t B= B
z= B
0sinkx− 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
mdt = d B h dx
dt = h d x d B dt
∮
l
E dl=− d
mdt ⇒ 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=− BdB hB h=−h dB d
dt = d E h dx
dt =h d x d E dt
∮
l
B dl=
0
0d
dt ⇒ h dB=−
0
0h 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=E
0sin k x− t B=B
0sin k x− t
∂ E
∂ x = k E
0cosk x− t ∂ B
∂ t =− B
0cosk x− t k E
0cosk x− t = B
0cosk x− t ⇒ E
0B
0=
k =c
Stosunek amplitudy pola elektrycznego do amplitudy pola elektrycznego jest równy prędkości fali,
To samo uczynimy z drugim równaniem (**)
E=E0
sink x− t
B=B0sink x−t
∂
B∂
x=k B
0cosk x− t ∂
E∂
t=−
0
0
E0cosk x− t
k B0cosk x− t=
0
0
E0cosk x−t ⇒
E0B0
= 1
0
0
k= 1
0
0c E0B0
=
c ⇒ c=1
0
0Prędkość fali elektromagnetycznej jest stała!!!
∂ B
∂ x =−
0
0∂ E
∂ t
Widmo fal elektromagnetycznych
Widmo fal elektromagnetycznych
Widmo fal elektromagnetycznch
Fale radiowe
f=30kHz - kilka GHz
l=10km - kilka cm
Widmo fal elektromagnetycznch
Mikrofale
f=kilka GHz - kilkaset GHz
l=od kilku cm do kilku mm
Widmo fal elektromagnetycznch
Podczerwień f=10
11- 10
14Hz
l=1mm - 1mm
Widmo fal elektromagnetycznch
Światło widzialne l=800nm - 400nm
This page is left blank...
Widmo fal elektromagnetycznch
Ultrafiolet
l=400nm - 10nm
Widmo fal elektromagnetycznch
Promienie X
l=10nm - 0.005nm
Widmo fal elektromagnetycznch
Promienie g
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 elektromagnetycznych
Mimo, 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
●
