Fale w życiu codziennym
1. Kalsyfikacja ogólna fal
W każdej chwili naszego życia jesteśmy „bombardowani” falami energii. Większa część tej energii przechodzi obok nas, a w pewnych tylko przypadkach bezpośrednio przez nas jakichkolwiek szkodliwych skutków.
Większość tych fal zderza się z nami, a my nie zdajemy sobie spawy z ich istnienia. Nie wszystkie jednak uchodzą naszej uwadze. Nasza skóra wyczuwa energię cieplną, oczy dostrzegają energię świetlną, a uszy „rejestrują” energię fal dźwiękowych. Za pomocą urządzeń opisanych w dalszej części referatu, możemy osiągnąć o wiele więcej, a więc komunikować się ze sobą, pozostając w miejscach niewyobrażalnie wprost odległych, rekonstruować obrazy i dźwięki.
Fale podzielić można na trzy zasadnicze grupy: fale dźwiękowe, fale świetlne oraz radiowe.
Mimo iż wydawać by się mogło, ze fale świetlne i radiowe są falami różnego rodzaju, to jednak należą do jednej rodziny fal elektromagnetycznych. Poruszająca się postać energii jest często nazywana promieniami. Promienie cieplne są także przedstawicielami rodziny fal elektromagnetycznych, w obrębie której fale różnią się tylko częstotliwością.
2. Przykłady naturalnych fal występujących w otoczeniu:
Morskie fale, które najczęściej powodowane są przez wiatr,
Promienie słoneczne- źródło fal o długościach mniejszych niż widzialne, czyli tzw. ultrafiolet oraz fal o długościach większych niż widzialnych tzw. podczerwień,
Dźwięki pochodzące od naturalnego źródła rozchodzące się w ośrodku sprężystym lub wrażenie słuchowe wywołane takimi falami,
Wyładowania atmosferyczne, którym towarzyszy powstanie fali akustycznej (tzw. grzmotu) i elektromagnetycznej (w zakresie widzialnym jako tzw. błyskawica),
Ruchy tektoniczne- krótkie i gwałtowne wstrząsy (lub ich seria) powstałe pod powierzchnią Ziemi rozchodzące się w postaci fal sejsmicznych od ośrodka- epicentrum, znajdującego się na powierzchni, gdzie drgania są najsilniejsze. Fale sprężyste rozchodzące się w skorupie ziemskiej, powstałe w wyniku trzęsienia ziemi lub wywołane sztucznie wskutek eksplozji materiałów wybuchowych.
Fale sztucznie wytwarzane, występujące w środowisku:
Dźwięki, których źródeł jest nieskończenie wiele. Jako przykład można podać instrumenty muzyczne, których działanie opiera się na drgających membranach, strunach.
Promieniowanie pochodzące np. z żarówek, świetlówek, będące źródłem promieniowania widzialnego
Fale radiowe, których źródłem są anteny nadawcze transmitujące zmodulowane fale radiowe. Oznacza to, że pierwotny sygnał dźwiękowy jest nakładany na falę radiową, tzw. falę nośną, która staje się nośnikiem dźwięku
Rozgrzane do bardzo wysokiej temperatury przedmioty wysyłające promienie elektromagnetyczne
Promieniowanie laserowe to wiązka światła widzialnego lub podczerwonego o dużym natężeniu, gdzie wszystkie fale wiązki mają dokładnie tę samą częstotliwość, a drgania zachodzą w tym samym kierunku (maja taką samą fazę)
3. Przykłady niektórych urządzeń i instrumentów działających w oparciu o fale
Instrumenty muzyczne
Urządzenia telekomunikacyjne: radia, nadajniki, anteny,
Satelity
Kuchenki mikrofalowe
Baterie słoneczne
Telefony komórkowe
Ekran rentgenologiczny
Ultrasonograf
Sonar
4. Działanie i zastosowanie
Instrumenty muzyczne- Instrumenty muzyczne można podzielić na trzy grupy, w zależności od tego w jaki sposób są w nich wytwarzane dźwięki.
Dmuchanie
Wszystkie instrumenty dęte wydają dźwięki wytwarzane przez drgający słup powietrza.
Szarpanie strun, Kiedy szarpiesz strunę gitary zaczyna ona drgać i w raz nią drga powietrze wokół niej.
Stukanie i uderzanie
Bębny wydają dźwięki, bo ich pokrywy drgają wysyłając w powietrze fale dźwiękowe.
Jak magazynuje się dźwięki?
Taśmy i kasety magnetofonowe przechowują dźwięki zapisane magnetycznie na powłoce z tlenku żelaza.
Muzyka elektryczna
Kiedy trącane są struny elektrycznej gitary ich drgania zamieniane są na sygnały elektryczne i wysyłane do wzmacniacza. Tu sygnały są wzmacniane i wysyłane do głośników, które zamieniają je na dźwięki
Syntezatory
W syntezatorach muzykę tworzy się używając sygnałów elektrycznych zamiast drgań. Syntezatory maja zwykle klawiaturę. Naciśnięcie klawisza powoduje wysłanie odpowiedniego impulsu elektrycznego do syntezatora, który wysyła do głośnika sygnał odpowiadający żądanemu dźwiękowi. Głośnik zamienia sygnał na drgania powietrza, które słyszymy.
Urządzenia telekomunikacyjne:
Bardzo długie fale elektromagnetyczne oraz fale radiowe wykorzystywane są w urządzeniach elektronicznych znanych z życia codziennego: radiu, telewizji oraz urządzeniach radiolokacyjnych.
Radio, urządzenie elektrotechniczne służące do odbierania fal elektromagnetycznych rozchodzących się w przestrzeni, przetwarzania ich na przebiegi elektryczne, a przebiegów elektrycznych w dźwięk.
Radiofonia
Radiowa stacja nadawcza składa się z dołączonego do anteny generatora wielkiej częstotliwości (wytwarzającego niegasnące drgania o stałej amplitudzie) oraz połączonego z nim urządzenia elektroakustycznego (np. mikrofonu, magnetofonu itp.), którego drgania elektryczne o częstotliwości i amplitudzie odpowiadającej fali dźwiękowej nakładają się drgania generatora zmieniając odpowiednio amplitudę fali nośnej, a sam proces nosi nazwę modulacji amplitudowej. Po odpowiednim wzmocnieniu sygnał zostaje wypromieniowany przez antenę, gdzie jako wzajemnie indukujące się zmiany pola elektrycznego i magnetycznego rozchodzi się w przestrzeni we wszystkich kierunkach docierając do odbiorników radiowych.
Nadajniki- urządzenia elektroniczne służące do wytwarzania energii elektromagnetycznej wielkiej częstotliwości, przystosowanej do celów łączności za pośrednictwem fal radiowych. W zależności od częstotliwości przebiegu nośnego oraz długości fali radiowej rozróżnia się nadajniki: długo-, średnio-, krótkofalowe i najczęściej spotykane - ultrakrótkofalowe. W zależności od przeznaczenia rozróżnia się m.in.: nadajniki radiofoniczne, nadajniki telewizyjne, nadajniki radiokomunikacyjne, nadajniki radiolokacyjne.
Anteny,
Radar- Właściwości fal elektromagnetycznych (prostoliniowość ich rozchodzenia się i odbijanie się od przewodników) zostały wykorzystane w radarze, który służy do wykrywania i określania położenia odległych obiektów np. samolotów, statków itp. Zasada działania radaru polega na wysyłaniu przez specjalną antenę nadajnika fal ultrakrótkich najczęściej o długości kilku centymetrów o czasie trwania 1 s wytwarzanych przez generator wielkiej częstotliwości o odpowiednio dużej mocy (rzędu setek kilowatów). Fale elektromagnetyczne emitowane przez nadajnik radarowy są skupiane przez paraboliczną antenę kierunkową, obracającą się wokół osi z prędkością uzyskującą postać równoległej wiązki, która przeszukuje systematycznie otaczającą przestrzeń. Wiązka ta natrafiając na przeszkodę odbija się od niej i pomimo znacznego rozproszenia znaczna jej część wraca w postaci echa do anteny odbiornika, którym jest najczęściej ta sama antena. Wyznaczony przez położenie anteny nadawczej kierunek wiązki odbitej jest przenoszony w postaci sygnałów elektrycznych na cewki specjalnej lampy oscyloskopowej odbiornika radarowego, powodując świecenie na niej promieniowej linii, której kierunek odpowiada kierunkowi wysłanej wiązki fali radarowej. Świecąca linia podobnie jak antena obraca się wokół środka ekranu z odpowiednią prędkością obrotową. Impuls emitowany z anteny nadajnika po odbiciu się od obserwowanego obiektu wraca w postaci echa do anteny odbiornika radarowego.
Satelita:
Telekomunikacyjny – sztuczny satelita przeznaczony do przekazywania sygnałów radiowych i telewizyjnych pomiędzy stacjami naziemnymi. Wyróżnia się m.in. satelity: aktywne, pasywne, stacjonarne i skoordynowane.
Meteorologiczny- sztuczny obiekt wprowadzony przez człowieka na orbitę wokół Ziemi, służący do badania wyższych warstw atmosfery i podawania drogą radiową i telewizyjną danych o aktualnym stanie pogody panującej na kuli ziemskiej
Kuchenki mikrofalowe- urządzenia wykorzystujące mikrofale, czyli radiowe fale elektromagnetyczne o długości od 0,0001 do 0,3 m (częstotliwości od 3000 do 1 GHz) występujące w widmie między radiowymi falami ultrakrótkimi a podczerwienią;
Baterie słoneczne zbudowana z ogniw, które przetwarzają energię promieniowania słonecznego w energię elektryczną.
Telefon komórkowy- telefon bezprzewodowy umożliwiający łączność z (prawie) dowolnego miejsca z wybranym abonentem światowej sieci telekomunikacyjnej, którego działanie opiera się na komunikacji satelitarnej. Globalne systemy łączności zbudowane są z sieci naziemnych stacji nadawczo-odbiorczych i układu przekaźników satelitarnych.
Ekran rentgenologiczny- ekran o elementach fluoryzujących, które pod wpływem promieniowania X dają obraz słabo odbierany przez siatkówkę oka. Promieniowanie X, rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o długości fali zawartej w przedziale od 0,1 pm do ok. 50 nm, tj. pomiędzy promieniowaniem gamma i ultrafioletowym, przy czym zakres promieniowania rentgenowskiego pokrywa się częściowo z niskoenergetycznym (tzw. miękkim) promieniowaniem gamma.
Ultrasonograf- aparat do wykonywania diagnostyki wykorzystujący zjawiska odbicia ultradźwięków na granicy badanych tkanek lub narządów, pozwalającego na zidentyfikowanie i umiejscowienie ich prawidłowości lub patologii
Sonar- (z angielskiego Sound Navigation and Ranging), urządzenie do określania położenia obiektów podwodnych (ławic ryb, okrętów podwodnych) za pomocą dźwięków i ultradźwięków. Rodzaj hydrolokatora
5. Ciekawostki
Siły powietrzne USA pracują nad generatorami mikrofal o wysokiej intensywności (HPM), bronią, która wytwarza potężne impulsy elektromagnetyczne zdolne do niszczenia systemów elektronicznych i unieszkodliwiania tym samym wojskowego sprzętu nieprzyjaciela
Podczerwień w suszeniu włosów
Lampy podczerwone są coraz częściej używane do suszenia włosów w salonach fryzjerskich i piękności.
Możliwe jest użycie podczerwieni zamiast lub w dodatku do konwencjonalnych suszarek wykorzystujących ciepłe powietrze. Nadają się do różnych fryzur np. trwałej, farbowania, czy rozjaśniania. W porównaniu z dotychczas używanymi suszarkami lampy podczerwone mają szereg zalet takich jak:
- Działają cicho, podczas gdy suszarki konwencjonalne irytująco hałasują
- Fryzura lepiej się zachowuje, gdyż nie ma niepotrzebnych zawirowań powietrza.
- Łatwo zmieniać temperaturę do różnych potrzeb w zależności od dostarczonej mocy, w ten sposób ogrzewanie może być kontrolowane w sposób ciągły a nie stopniowany. Jeśli zachodzi taka potrzeba lampy mogą być indywidualnie włączane i wyłączane.
- Jednostki zawierające promienniki podczerwieni mogą łatwo być używane do suszenia tylko
części włosów.
Lampy emitujące krótkofalowe promieniowanie w okolicach 1000 nm ( IR - A) mają szerokie zastosowanie w celach terapeutycznych. Są to między innymi - leczenie reumatyzmu, przeziębień, lumbago, nerwobóli, ulżenia bólów mięśni, w sporcie i fizjoterapii.
Mechaniczne źródła ultradźwięków:
Piszczałka ultradźwiękowa Galtona - przywoływacz psów. W bardzo małej rurce piszczałki powietrze drga z o wiele większą częstotliwością niż w dużej rurze organów koncertowych.
Generator piezoelektryczny. Są materiały (kryształy piezoelektryczne), które zmieniają swoje wymiary po przyłożeniu do nich napięcia, jeżeli to napięcie zmienia się bardzo szybko, wtedy kryształ bardzo szybko się kurczy i rozszerza, przez co generuje ultradźwięki.
Generator magnetostrykcyjny: zjawisko jest podobne do piezoelektrycznego, tylko, że w tym wypadku ruch w generatorze wywoływany jest przez szybko zmienne pole magnetyczne
Fale theta- fale mózgowe o częstotliwości 4-8 Hz. W stanie tym doznajemy przeżyć emocjonalnych.
Fale ELF -(ang. Extra Low Frequency) - fale niezwykle niskiej częstotliwości (od 1 - 100 Hz). Oprócz ELF wyróżnia się jeszcze VLF (Very Low Frequency) mieszczące się w zakresie 10 - 30 kHz. Fale z przedziału ELF mogą być szczególnie niebezpieczne dla umysłu człowieka jeśli działają przez dłuższy czas w zakresie częstotliwości prądów czynnościowych mózgu (2 - 16 Hz).
Fale tętna-ze względu na spręzystość naczyń krwionośnych, krew wtłaczana do aorty i tetnic powoduje ich rozszerzanie. Odkształcenie przesuwa się wzdłuż tętnic- powstaje fala tętna, której prędkość jest większa( 5-8 m/s) od prędkości krwi (0,5 m/s). Jej długość wynosi około 4 m.
PROSZE NIE PRZEPISYWAC SLOWO W SLOWO, BO NIEKTORZY NAUCZYCIELE SĄ BARDZO WYCZULENI NA KOPIOWANIE PRAC Z NETA, MAM NADZIEJE ZE SIE TO KOMUS PRZYDA, POZDRO