Fale elektromagnetyczne
FALE ELEKTROMAGNETYCZNE
Fale elektromagnetyczne - zaburzenia pola elektromagnetycznego rozchodzące się w przestrzeni ze skończoną prędkością. Fale elektromagnetyczne są falami poprzecznymi, tzn. w każdym punkcie pola wektor natężenia pola elektrycznego E i wektor indukcji magnetycznej B są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fal elektromagnetycznych i do siebie, a ich prędkość rozchodzenia się w próżni c m/s. Własności, warunki powstawania i rozprzestrzeniania się fal elektromagnetycznych opisują w zupełności równania falowe wynikające z równań Maxwella. Istotny wpływ na takie własności fal elektromagnetycznych, jak prędkość rozchodzenia się, polaryzacja, natężenie, ma ośrodek, w którym się fale elektromagnetyczne rozchodzą. W realnych ośrodkach występuje dyspersja fal elektromagnetycznych, tzn. zależność prędkości ich rozchodzenia się od częstości fali. Charakterystyczne dla fal elektromagnetycznych są zjawiska interferencji, dyfrakcji, załamania, oraz całkowitego wewnętrznego odbicia. Charakterystyka przestrzenno-czasowa fal elektromagnetycznych jest określana zarówno przez własności ośrodka, w którym się one rozchodzą, jak przez własności źródła promieniowania. Najprostszy przypadek wzbudzenia oraz rozprzestrzeniania się fal elektromagnetycznych stanowi wzbudzenie w jednorodnym ośrodku izotropowym za pomocą drgającego dipola Hertza. Stanowi go odcinek przewodu o długości l ( - długość wytwarzanej fali elektromagnetycznej), elektrycznie obojętny jako całość, opisany przez elektryczny moment dipolowy. W odległości od dipola dużo większej od tworzy się strefa falowa, gdzie rozchodzą się fale elektromagnetyczne poprzeczne, spolaryzowane liniowo. Ze względu na różne sposoby wytwarzania, odbioru i detekcji fal elektromagnetycznych, jak również ze względu na różny charakter ich oddziaływania z materią rozróżnia się: fale elektromagnetyczne
niskiej częstości ( =10 - 10 m),
fale radiowe ( =10 )-fale elektromagnetyczne wytwarzane, gdy swobodne elektrony zaczynają drgać (a więc są przyspieszane) pod wpływem pola elektrycznego. Ponieważ częstość zależy od przyłożonego pola, fale powstają raczej jak regularny strumień, a nie losowo. Stosowane w komunikowaniu się na odległość.
fale świetlne ( =10 -dzielą się na promieniowanie podczerwone, światło widzialne i promieniowanie ultrafioletowe. Promieniowanie podczerwone są to fale elektromagnetyczne wytwarzane przez gorące ciała. Powodują największy przyrost temperatury spośród wszystkich fal elektromagnetycznych, ponieważ są najłatwiej pochłaniane. Światło widzialne, to fale elektromagnetyczne, które może wykrywać oko. Wytwarzane przez lampy wyładowcze i każdą rozżarzoną substancję. Powoduje zmiany chemiczne, np. na błonie fotograficznej, a różne długości fal w paśmie są widziane jako różne barwy. Promieniowanie ultrafioletowe są to fale elektromagnetyczne wytwarzane np. przy przepływie prądu elektrycznego przez zjonizowany gaz pomiędzy dwoma elektrodami. Są także emitowane przez słońce, lecz tylko niewielka część osiąga powierzchnię ziemi (większość traci energię na jonizację atomów w atmosferze). Te małe ilości są istotne dla życia, lecz większe dawki są niebezpieczne. Ultrafiolet wywołuje fluorescencję, np. w świetlówkach, a także szereg reakcji chemicznych, np. ciemnienie skóry.
promieniowanie rentgenowskie ( =10 -fale elektromagnetyczne jonizujące gazy, wywołujące fosforescencję i zmiany chemiczne w materiałach fotograficznych . Wytwarzane w lampach rentgenowskich, mają liczne zastosowania.
promieniowanie gamma ( <10 -fale elektromagnetyczne emitowane przez substancje promieniotwórcze. są w tym samym paśmie , co promieniowanie rentgenowskie, lecz powstają inaczej i zajmują górny kraniec pasma ze względu na energię.
Najbardziej krótkofalowe promieniowanie elektromagnetyczne obserwuje się w promieniowaniu kosmicznym. Trzeba tu zaznaczyć, że podział taki ma charakter umowny, ponadto w przypadku promieniowania rentgenowskiego i promieniowania gamma odpowiadające im długości fal nie są powszechnie jednoznacznie przyjęte. Największe różnice we własnościach fal elektromagnetycznych z różnych zakresów objawiają się przy ich oddziaływaniu z materią. Przy długościach mniejszych od podczerwieni dominują procesy o charakterze wybitnie kwantowym. Obecny stan techniki budowy urządzeń radiowych bardzo wysokich częstości pozwala zarówno rejestrować fale elektromagnetyczne wysyłane przez atomy i cząsteczki, jak wytwarzać fale elektromagnetyczne mogące być w sposób selektywny pochłaniane przez atomy i cząsteczki, co pozwala na badanie wielu interesujących zjawisk kwantowych w zakresie fal radiowych (radiospektroskopia).