Transcript fale dźwiękowe1
Slide 1
FALE DZWIĘKOWE
ELEKTROMAGNETYCZNE
Slide 2
Fale dźwiękowe
• Fale dźwiękowe są podłużnymi falami mechanicznymi. Mogą one
rozchodzić się w ciałach stałych, cieczach i gazach. Zakres
częstotliwości jakie mogą mieć podłużne fale mechaniczne, jest
bardzo szeroki, przy czym falami dźwiękowymi nazywamy te fale o
takich częstotliwościach, które w działaniu na ludzkie ucho i mózg
wywołują wrażenie słyszenia. Zakres tych częstotliwości
rozciągający się od około 20Hz do około 20 000Hz, jest nazywany
zakresem słyszalnym. Podłużne fale mechaniczne o
częstotliwościach mniejszych od częstotliwości słyszalnych są
nazywane infradźwiękami, a fale o częstotliwościach większych niż
słyszalne - falami ultradźwiękowymi. W powietrzu atmosferycznym
fale dźwiękowe rozchodzą się z prędkością około 330 m/s. Ucho
ludzkie rejestruje więc fale o długości od około 1,65 cm aż do 16,5
m.
Slide 3
Fale dźwiękowe
•
Głośność dźwięku jest związana z
natężeniem fali dźwiękowej. Wysokość
dźwięku jest związana z częstotliwością fali.
Im większa jest częstotliwość fali, tym
wyższy jest dźwięk. Barwa dźwięku zależy
natomiast od widma fali. Dźwięki wysyłane
np. przez strunę instrumentu muzycznego są
wynikiem nałożenia się fal o pewnej
najniższej częstotliwości i o
częstotliwościach, które są jej
wielokrotnościami, zwanymi harmonicznymi.
One decydują o barwie. Bardzo niewiele
dźwięków jest prostymi falami
harmonicznymi. Dźwięki tego rodzaju
nazywamy tonami. Tonem jest np. dźwięk
wydawany przez kamerton.
Zaburzenie dźwiękowe rozchodzi się w
powietrzu z określoną, stałą prędkością.
Najłatwiej zaobserwować to dla impulsów
falowych. Bezpośrednie wyznaczenie
prędkości dźwięku polega na przykład na
porównaniu czasu t, w którym do
obserwatora dotarł błysk i huk wystrzału
oddalonego obiektu o l. Prędkość dźwięku
można obliczyć ze wzoru :
Slide 4
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.
Slide 5
Fale elektromagnetyczne
•
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,
Slide 6
Fale elektromagnetyczne
•
•
Fale elektromagnetyczne
powstają na skutek wzajemnego
oddziaływania pól elektrycznych i
magnetycznych, rozchodzących
się w próżni lub w danym ośrodku
, z prędkością światła.
Fala elektromagnetyczna
opisywana jest zależnością,
zwaną równaniem falowym, które
wyprowadza się z równań
Maxwella.
Slide 7
Promieniowanie elektromagnetyczne
Promieniowanie elektromagnetyczne
(fala elektromagnetyczna)
rozchodzące się w przestrzeni
zaburzenie pola
elektromagnetycznego, zaburzenie
to ma charakter fali poprzecznej w
której składowa elektryczna i
magnetyczna prostopadłe do siebie
i kierunku ruchu, nawzajem się
przekształcają. Zmieniające się
pole elektryczne wytwarza pole
magnetyczne, a zmieniajace się
pole magnetyczne wytwarza pole
elektryczne.
Slide 8
Widmo fal elektromagnetycznych
• Fale elektromagnetyczne
zależnie od długości fali
(częstotliwości) przejawiają się
jako (od fal najdłuższych do
najkrótszych): fale radiowe,
podczerwień, światło widzialne,
ultrafiolet, promieniowanie
rentgenowskie (promieniowanie
X), promieniowanie gamma.
Kwantem fali
elektromagnetycznej jest foton.
Slide 9
Wielkości fizyczne fali
•
Długością fali nazywamy odległość jaką przebywa fala
w czasie jednego okresu. Kiedy nadchodzi fala o
określonej częstotliwości, jej grzbiety znajdują się w
równych odległościach od siebie. Odległość związana z
jednym pełnym drganiem to długość fali. Fale o wyższej
częstotliwości mają mniejszą długość fali. Fale o niższej
częstotliwości mają większą długość fali.
Długość fali oznacza się grecką literą lamba (λ). Długość
ta zależy od częstotliwości fali f i prędkości fali V.
Zależność pomiędzy tymi wielkościami jest następująca:
Slide 10
Podział fal elektromagnetycznych
• Podział fal elektromagnetycznych na poszczególne rodzaje
dokonuje się ze względu na sposób ich wytwarzania. Fale
radiowe czy mikrofale są wytwarzane sztucznie za pomocą
przyrządów elektronicznych. Promieniowanie podczerwone,
świetlne i ultrafioletowe powstaje wskutek zmian
energetycznych, zachodzących w elektronowej powłoce
wewnętrznej atomów lub cząsteczek. Promienie X powstają
przez hamowanie w polu kulombowskim jąder sztucznie
wytworzonej wiązki rozpędzonych elektronów lub wskutek
przejść energetycznych, zachodzących w wewnętrznej powłoce
elektronowej atomów. Promieniowanie gamma powstaje przy
przejściach energetycznych wewnątrz wzbudzonych jąder.
Promieniowanie kosmiczne powstaje podczas hamowania
elektronów lub innych cząstek elementarnych o dużej energii w
kulombowskim polu jąder atomowych.
Slide 11
Prędkość fali
Prędkość fal elektromagnetycznych (prędkość światła) jest największą
prędkością znaną we Wszechświecie i wynosi ona w przybliżeniu
około 300,000 km/s. Ta wielkość fizyczna jest bardzo ważna, gdyż
świadczy o elektromagnetycznym charakterze danej fali. Po raz
pierwszy prędkość światła została wyznaczona w 1673 roku przez
Roemera. Korzystając z obserwacji astronomicznych ocenił on
prędkość na około 200,000 km/s.
Poniżej przedstawiono schemat pomiaru prędkości światła metodą
Michelsona
Slide 12
Amplituda fali
• Jest to maksymalne wychylenie cząstki z
położenia równowagi. Amplituda fali to wysokość
grzbietu lub głębokość doliny fali. Większa
amplituda oznacza, że fala niesie więcej energii.
Amplitudę zwykle oznaczamy dużą literą A, lub
też poprzez zapis ymax .
Slide 13
Prędkość fali
•
Wytworzone za pomocą łuku
elektrycznego światło biegło pomiędzy
dwoma szczytami, Mt. Wilson i Mt. San
Antonio w Kalifornii, pokonując odległość
L=(35410 ± 3)m. Padając na wirujący
układ zwierciadeł, odbijało się od
zwierciadła 1, przebywało drogę 2L i po
odbiciu od zwierciadła 2, które w tym
czasie znalazło się w miejscu zwierciadła
3, docierało do obserwatora. Znając
częstotliwość z jaką wirował układ
zwierciadeł oraz drogę L można było z
dużą dokładnością wyznaczyć prędkość
światła. Mierzona wówczas prędkość
wyniosła c=(299796 ± 4) km/s.
Według ostatnich bardzo dokładnych,
eksperymentalnych pomiarów, prędkość
światła jest równa (299792458 ± 1,2) m/s.
Slide 14
Faza fali
•
Gdy przez pewien punkt przechodzą kolejno
grzbiety i doliny fali, jej faza w tym punkcie
zmienia się bez przerwy. Jeśli fale się dodają,
istotna jest różnica faz. Gdy dwie fale o tej
samej częstotliwości są w fazie, ich grzbiety
nadchodzą zawsze razem. Powstaje
wypadkowa fala o większej amplitudzie. Jest
to zasada superpozycji. Jeżeli grzbiety jednej
fali nadchodzą zawsze razem z dolinami
drugiej, to fale są w przeciwfazie i mogą się
wzajemnie całkiem zniwelować. Przy
nakładaniu promieni świetlnych dostajemy
jasny promień, gdy fale są w fazie i
wygaszenie światła, gdy fale są w
przeciwfazie. Na tym polega interferencja fal.
Slide 15
Zjawiska falowe
O tym czy dana fala jest falą elektromagnetyczną świadczyć może fakt,
jakim dana fala "poddaje" się zjawiskom falowym. W początkach wieku
XIX panowała w nauce tzw. korpuskularna teoria światła. Według tej
teorii światło polega na ruchu maleńkich ciałek, korpuskuł, wylatujących
ze źródła światła i poruszających się po liniach prostych. Korpuskuły te,
wpadając do oka, wywołują wrażenie światła. Dzisiaj wiadomo, że
światło jest strumieniem małych porcji energii, zwanych fotonami, które
zachowują się jednocześnie jak fale i jak cząstki. Jest to rodzaj fali
elektromagnetycznej, która ulega zjawiskom dyfrakcji, interferencji i
polaryzacji. W związku z tym, należałoby nieco przybliżyć zjawiska jakie
charakteryzują także i fale elektromagnetyczne. Zjawiska te
przeanalizujemy na przykładzie światła.
Slide 16
Wielcy uczeni
• Jak tu mówić o falach elektromagnetycznych nie
wspominając o prekursorach elektromagnetyzmu? To oni
właśnie zapoczątkowali nowy i zarazem bardzo ważny
dział fizyki, bez którego trudno dzisiaj sobie wyobrazić
życie. To oni, prowadząc doświadczenia, jako pierwsi
zaobserwowali i zainteresowali się tym tajemniczym
promieniowaniem elektromagnetycznym. To wreszcie oni
jako pierwsi "wytworzyli" falę elektromagnetyczną.
Slide 17
James Clerk Maxwell
•
James Clerk Maxwell (1831-1879) - wybitny
fizyk szkocki, profesor uniwersytetu w
Aberdeen, Kings College w Londynie i
Cambridge. Autor wybitnych prac
teoretycznych dotyczących podstaw
elektrodynamiki klasycznej, kinetycznej teorii
gazów, optyki i teorii barw.
Maxwell jako pierwszy wprowadził pojęcie pola
elektromagnetycznego. Odkrył, że światło jest
promieniowaniem elektromagnetycznym.
Wykonał pierwszą fotografię kolorową.
Przewidział istnienie fal o częstościach od
bardzo szerokiego zakresu do wąskiego.
Maxwell kontynuował zapoczątkowaną przez
Faradaya próbę scharakteryzowania ogólnych
zasad rządzących elektrodynamiką klasyczną,
formułując równania Maxwella. Obliczył, że
fale elektromagnetyczne rozchodzą się z
prędkością około 300000 km/s, czyli bliską
prędkości światła.
Slide 18
Heinrich Hertz
• Heinrich Hertz (1857-1894) - fizyk
niemiecki. Odkrył fale radiowe w
1888 roku. Zauważył, że przeskok
dużej iskry spowodował przeskok
małej iskry w przerwie uzwojenia
cewki z drutu, umieszczonej w pewnej
odległości. Fale radiowe wywołane
przeskokiem iskry wywołały przepływ
prądu w uzwojeniu. Odkrycie Hertza
doprowadziło do powstania radia
przez Marconiego. Na cześć Hertza
jednostkę częstotliwości nazwano
hercem.
Slide 19
Wilhelm Roentgen
•
Wilhelm Roentgen (1845-1923) - fizyk
niemiecki. Studiował inżynierię w
Holandii, w roku 1888 został
profesorem w Instytucie Fizyki w
Wurzburgu w Niemczech. W 1895 roku
Roentgen zauważył, że lampa katodowa
powoduje na odległość świecenie
papieru pokrytego związkiem baru.
Lampa wysyłała nie znane wówczas
promieniowanie, które było przyczyną
świecenia. Roentgen nazwał je
"promieniami X", ponieważ "X"
oznacza niewiadomą. Jego odkrycie, za
które został wyróżniony w 1901 roku
Nagrodą Nobla, zrewolucjonizowało
medycynę, umożliwiając spojrzenie do
wnętrza ludzkiego ciała. Roentgen
odmówił opatentowania promieni X lub
ich wykorzystania.
Slide 20
Hans Oersted
• Hans Oersted (1777-1851) - fizyk
duński. Prekursor
elektromagnetyzmu. Zbliżył on
kompas do drutu, w którym płynął
prąd elektryczny. Wówczas igła
magnetyczna wychyliła się, dając
dowód na to, że przepływowi prądu
elektrycznego w przewodniku
towarzyszy powstanie pola
magnetycznego. W ten sposób
Oersted odkrył elektromagnetyzm,
wykorzystywany dziś w większości
urządzeń elektrycznych.
Slide 21
Michael Faraday
•
Michael Faraday (1791-1867) - fizyk angielski.
Urodził się w Londynie. W wieku 14 lat został
czeladnikiem u introligatora. Zainspirowany
książkami naukowymi, zaczął uczęszczać na
wykłady wielkiego naukowca Humphry
Davyego. Szczegółowe notatki z tych wykładów
Faraday oprawił i w formie książkowej
przedstawił uczonemu, prosząc jednocześnie o
przyjęcie do pracy. Davy zatrudnił go jako
swojego asystenta w laboratorium Instytutu
Królewskiego, gdzie prowadzono wiele badań
naukowych. Tam też Faraday pracował do końca
życia, badając zjawisko elektryczności. W roku
1831 wykorzystał on doświadczenia
elektromagnetyczne Oersteda. Wynalazł
transformator oraz odkrył zasadę działania
prądnicy elektrycznej (indukcję
elektromagnetyczną). W roku 1832 Francuz
Hippolyte Pixii jako pierwszy wykorzystał teorie
Faradaya do budowy prądnicy.
Slide 22
Guglielmo Marconi
•
Guglielmo Marconi (1874-1937) - fizyk włoski
z Bolonii. W roku 1895 zaczął prowadzić
doświadczenia z falami elektromagnetycznymi,
które zademonstrował mu naukowiec niemiecki
Heinrich Hertz. Rok później Marconi zbudował
telegraf, mogący odbierać o nadawać
wiadomości radiowe na odległość ponad jednej
mili. Był to pierwszy radionadajnik i
radioodbiornik. Ministerstwo Poczty i Telegrafu
uznało jednak, że system ten nie był wielkim
ulepszeniem istniejącego telegrafu
elektrycznego. Zniechęcony Marconi przeniósł
się do Anglii, gdzie założył firmę "The Wireless
Telegraphy and Signal Company Ltd".
(Telegrafia Bezprzewodowa i Urządzenia
Sygnalizacyjne Sp. z o.o.). W roku 1901 udała
mu się transmisja sygnału radiowego przez
Ocean Atlantycki. trzy lata później otrzymał
wraz z Karlem Braunem, który powiększył
zasięg jego nadajnika, Nagrodę Nobla w
dziedzinie fizyki.
Slide 23
Alessandro Volta
•
Alessandro Volta (1745-1827) - profesor fizyk
w Como we Włoszech. Prowadził eksperymenty
z elektrycznością. Badania opierał na
osiągnięciach swojego przyjaciela, Luigi
Galvaniego, który zaobserwował, że mięśnie
nogi martwej żaby kurczą się pod dotknięciem
dwóch różnych metali. Galvani sądził, że był to
efekt "zwierzęcej elektryczności" w mięśniach,
tymczasem Volta założył, że metale wytwarzają
prąd (a mięśnie go tylko wykrywają), co
doprowadziło go do prawidłowego wyjaśnienia
pojęcia obwodu elektrycznego. W roku 1802
Volta rozdzielił płytki srebra oraz cynku słoną
wodą i zademonstrował prąd elektryczny, który
płynął po zamknięciu obwodu. Uczony nazwał
tę konstrukcję "Stosem Volty" - była to pierwsza
bateria elektryczna. Nazwiskiem Volty nazwano
jednostkę potencjału elektrycznego – wolt.
Slide 24
Thomas Young
Thomas Young (17731829) - fizyk angielski,
rozwinął falową teorię
światła Huygensa.
Rozszerzył też prace
Hooke'a nad
sprężystością. Od jego
nazwiska pochodzi nazwa
stałej w prawie Hooke'a moduł Younga.
Slide 25
Dziękujemy za uwagę
Slide 26
Bibliografia
http://faleelektromagnetyczne.republika.pl/
http://portalwiedzy.onet.pl/33073,,,,fale_elektromagnetyczne,
haslo.html
http://www.sciaga.pl/tekst/3439-4-fale_elektromagnetyczne
http://pl.wikipedia.org/wiki/Promieniowanie_elektromagnety
czne
FALE DZWIĘKOWE
ELEKTROMAGNETYCZNE
Slide 2
Fale dźwiękowe
• Fale dźwiękowe są podłużnymi falami mechanicznymi. Mogą one
rozchodzić się w ciałach stałych, cieczach i gazach. Zakres
częstotliwości jakie mogą mieć podłużne fale mechaniczne, jest
bardzo szeroki, przy czym falami dźwiękowymi nazywamy te fale o
takich częstotliwościach, które w działaniu na ludzkie ucho i mózg
wywołują wrażenie słyszenia. Zakres tych częstotliwości
rozciągający się od około 20Hz do około 20 000Hz, jest nazywany
zakresem słyszalnym. Podłużne fale mechaniczne o
częstotliwościach mniejszych od częstotliwości słyszalnych są
nazywane infradźwiękami, a fale o częstotliwościach większych niż
słyszalne - falami ultradźwiękowymi. W powietrzu atmosferycznym
fale dźwiękowe rozchodzą się z prędkością około 330 m/s. Ucho
ludzkie rejestruje więc fale o długości od około 1,65 cm aż do 16,5
m.
Slide 3
Fale dźwiękowe
•
Głośność dźwięku jest związana z
natężeniem fali dźwiękowej. Wysokość
dźwięku jest związana z częstotliwością fali.
Im większa jest częstotliwość fali, tym
wyższy jest dźwięk. Barwa dźwięku zależy
natomiast od widma fali. Dźwięki wysyłane
np. przez strunę instrumentu muzycznego są
wynikiem nałożenia się fal o pewnej
najniższej częstotliwości i o
częstotliwościach, które są jej
wielokrotnościami, zwanymi harmonicznymi.
One decydują o barwie. Bardzo niewiele
dźwięków jest prostymi falami
harmonicznymi. Dźwięki tego rodzaju
nazywamy tonami. Tonem jest np. dźwięk
wydawany przez kamerton.
Zaburzenie dźwiękowe rozchodzi się w
powietrzu z określoną, stałą prędkością.
Najłatwiej zaobserwować to dla impulsów
falowych. Bezpośrednie wyznaczenie
prędkości dźwięku polega na przykład na
porównaniu czasu t, w którym do
obserwatora dotarł błysk i huk wystrzału
oddalonego obiektu o l. Prędkość dźwięku
można obliczyć ze wzoru :
Slide 4
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.
Slide 5
Fale elektromagnetyczne
•
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,
Slide 6
Fale elektromagnetyczne
•
•
Fale elektromagnetyczne
powstają na skutek wzajemnego
oddziaływania pól elektrycznych i
magnetycznych, rozchodzących
się w próżni lub w danym ośrodku
, z prędkością światła.
Fala elektromagnetyczna
opisywana jest zależnością,
zwaną równaniem falowym, które
wyprowadza się z równań
Maxwella.
Slide 7
Promieniowanie elektromagnetyczne
Promieniowanie elektromagnetyczne
(fala elektromagnetyczna)
rozchodzące się w przestrzeni
zaburzenie pola
elektromagnetycznego, zaburzenie
to ma charakter fali poprzecznej w
której składowa elektryczna i
magnetyczna prostopadłe do siebie
i kierunku ruchu, nawzajem się
przekształcają. Zmieniające się
pole elektryczne wytwarza pole
magnetyczne, a zmieniajace się
pole magnetyczne wytwarza pole
elektryczne.
Slide 8
Widmo fal elektromagnetycznych
• Fale elektromagnetyczne
zależnie od długości fali
(częstotliwości) przejawiają się
jako (od fal najdłuższych do
najkrótszych): fale radiowe,
podczerwień, światło widzialne,
ultrafiolet, promieniowanie
rentgenowskie (promieniowanie
X), promieniowanie gamma.
Kwantem fali
elektromagnetycznej jest foton.
Slide 9
Wielkości fizyczne fali
•
Długością fali nazywamy odległość jaką przebywa fala
w czasie jednego okresu. Kiedy nadchodzi fala o
określonej częstotliwości, jej grzbiety znajdują się w
równych odległościach od siebie. Odległość związana z
jednym pełnym drganiem to długość fali. Fale o wyższej
częstotliwości mają mniejszą długość fali. Fale o niższej
częstotliwości mają większą długość fali.
Długość fali oznacza się grecką literą lamba (λ). Długość
ta zależy od częstotliwości fali f i prędkości fali V.
Zależność pomiędzy tymi wielkościami jest następująca:
Slide 10
Podział fal elektromagnetycznych
• Podział fal elektromagnetycznych na poszczególne rodzaje
dokonuje się ze względu na sposób ich wytwarzania. Fale
radiowe czy mikrofale są wytwarzane sztucznie za pomocą
przyrządów elektronicznych. Promieniowanie podczerwone,
świetlne i ultrafioletowe powstaje wskutek zmian
energetycznych, zachodzących w elektronowej powłoce
wewnętrznej atomów lub cząsteczek. Promienie X powstają
przez hamowanie w polu kulombowskim jąder sztucznie
wytworzonej wiązki rozpędzonych elektronów lub wskutek
przejść energetycznych, zachodzących w wewnętrznej powłoce
elektronowej atomów. Promieniowanie gamma powstaje przy
przejściach energetycznych wewnątrz wzbudzonych jąder.
Promieniowanie kosmiczne powstaje podczas hamowania
elektronów lub innych cząstek elementarnych o dużej energii w
kulombowskim polu jąder atomowych.
Slide 11
Prędkość fali
Prędkość fal elektromagnetycznych (prędkość światła) jest największą
prędkością znaną we Wszechświecie i wynosi ona w przybliżeniu
około 300,000 km/s. Ta wielkość fizyczna jest bardzo ważna, gdyż
świadczy o elektromagnetycznym charakterze danej fali. Po raz
pierwszy prędkość światła została wyznaczona w 1673 roku przez
Roemera. Korzystając z obserwacji astronomicznych ocenił on
prędkość na około 200,000 km/s.
Poniżej przedstawiono schemat pomiaru prędkości światła metodą
Michelsona
Slide 12
Amplituda fali
• Jest to maksymalne wychylenie cząstki z
położenia równowagi. Amplituda fali to wysokość
grzbietu lub głębokość doliny fali. Większa
amplituda oznacza, że fala niesie więcej energii.
Amplitudę zwykle oznaczamy dużą literą A, lub
też poprzez zapis ymax .
Slide 13
Prędkość fali
•
Wytworzone za pomocą łuku
elektrycznego światło biegło pomiędzy
dwoma szczytami, Mt. Wilson i Mt. San
Antonio w Kalifornii, pokonując odległość
L=(35410 ± 3)m. Padając na wirujący
układ zwierciadeł, odbijało się od
zwierciadła 1, przebywało drogę 2L i po
odbiciu od zwierciadła 2, które w tym
czasie znalazło się w miejscu zwierciadła
3, docierało do obserwatora. Znając
częstotliwość z jaką wirował układ
zwierciadeł oraz drogę L można było z
dużą dokładnością wyznaczyć prędkość
światła. Mierzona wówczas prędkość
wyniosła c=(299796 ± 4) km/s.
Według ostatnich bardzo dokładnych,
eksperymentalnych pomiarów, prędkość
światła jest równa (299792458 ± 1,2) m/s.
Slide 14
Faza fali
•
Gdy przez pewien punkt przechodzą kolejno
grzbiety i doliny fali, jej faza w tym punkcie
zmienia się bez przerwy. Jeśli fale się dodają,
istotna jest różnica faz. Gdy dwie fale o tej
samej częstotliwości są w fazie, ich grzbiety
nadchodzą zawsze razem. Powstaje
wypadkowa fala o większej amplitudzie. Jest
to zasada superpozycji. Jeżeli grzbiety jednej
fali nadchodzą zawsze razem z dolinami
drugiej, to fale są w przeciwfazie i mogą się
wzajemnie całkiem zniwelować. Przy
nakładaniu promieni świetlnych dostajemy
jasny promień, gdy fale są w fazie i
wygaszenie światła, gdy fale są w
przeciwfazie. Na tym polega interferencja fal.
Slide 15
Zjawiska falowe
O tym czy dana fala jest falą elektromagnetyczną świadczyć może fakt,
jakim dana fala "poddaje" się zjawiskom falowym. W początkach wieku
XIX panowała w nauce tzw. korpuskularna teoria światła. Według tej
teorii światło polega na ruchu maleńkich ciałek, korpuskuł, wylatujących
ze źródła światła i poruszających się po liniach prostych. Korpuskuły te,
wpadając do oka, wywołują wrażenie światła. Dzisiaj wiadomo, że
światło jest strumieniem małych porcji energii, zwanych fotonami, które
zachowują się jednocześnie jak fale i jak cząstki. Jest to rodzaj fali
elektromagnetycznej, która ulega zjawiskom dyfrakcji, interferencji i
polaryzacji. W związku z tym, należałoby nieco przybliżyć zjawiska jakie
charakteryzują także i fale elektromagnetyczne. Zjawiska te
przeanalizujemy na przykładzie światła.
Slide 16
Wielcy uczeni
• Jak tu mówić o falach elektromagnetycznych nie
wspominając o prekursorach elektromagnetyzmu? To oni
właśnie zapoczątkowali nowy i zarazem bardzo ważny
dział fizyki, bez którego trudno dzisiaj sobie wyobrazić
życie. To oni, prowadząc doświadczenia, jako pierwsi
zaobserwowali i zainteresowali się tym tajemniczym
promieniowaniem elektromagnetycznym. To wreszcie oni
jako pierwsi "wytworzyli" falę elektromagnetyczną.
Slide 17
James Clerk Maxwell
•
James Clerk Maxwell (1831-1879) - wybitny
fizyk szkocki, profesor uniwersytetu w
Aberdeen, Kings College w Londynie i
Cambridge. Autor wybitnych prac
teoretycznych dotyczących podstaw
elektrodynamiki klasycznej, kinetycznej teorii
gazów, optyki i teorii barw.
Maxwell jako pierwszy wprowadził pojęcie pola
elektromagnetycznego. Odkrył, że światło jest
promieniowaniem elektromagnetycznym.
Wykonał pierwszą fotografię kolorową.
Przewidział istnienie fal o częstościach od
bardzo szerokiego zakresu do wąskiego.
Maxwell kontynuował zapoczątkowaną przez
Faradaya próbę scharakteryzowania ogólnych
zasad rządzących elektrodynamiką klasyczną,
formułując równania Maxwella. Obliczył, że
fale elektromagnetyczne rozchodzą się z
prędkością około 300000 km/s, czyli bliską
prędkości światła.
Slide 18
Heinrich Hertz
• Heinrich Hertz (1857-1894) - fizyk
niemiecki. Odkrył fale radiowe w
1888 roku. Zauważył, że przeskok
dużej iskry spowodował przeskok
małej iskry w przerwie uzwojenia
cewki z drutu, umieszczonej w pewnej
odległości. Fale radiowe wywołane
przeskokiem iskry wywołały przepływ
prądu w uzwojeniu. Odkrycie Hertza
doprowadziło do powstania radia
przez Marconiego. Na cześć Hertza
jednostkę częstotliwości nazwano
hercem.
Slide 19
Wilhelm Roentgen
•
Wilhelm Roentgen (1845-1923) - fizyk
niemiecki. Studiował inżynierię w
Holandii, w roku 1888 został
profesorem w Instytucie Fizyki w
Wurzburgu w Niemczech. W 1895 roku
Roentgen zauważył, że lampa katodowa
powoduje na odległość świecenie
papieru pokrytego związkiem baru.
Lampa wysyłała nie znane wówczas
promieniowanie, które było przyczyną
świecenia. Roentgen nazwał je
"promieniami X", ponieważ "X"
oznacza niewiadomą. Jego odkrycie, za
które został wyróżniony w 1901 roku
Nagrodą Nobla, zrewolucjonizowało
medycynę, umożliwiając spojrzenie do
wnętrza ludzkiego ciała. Roentgen
odmówił opatentowania promieni X lub
ich wykorzystania.
Slide 20
Hans Oersted
• Hans Oersted (1777-1851) - fizyk
duński. Prekursor
elektromagnetyzmu. Zbliżył on
kompas do drutu, w którym płynął
prąd elektryczny. Wówczas igła
magnetyczna wychyliła się, dając
dowód na to, że przepływowi prądu
elektrycznego w przewodniku
towarzyszy powstanie pola
magnetycznego. W ten sposób
Oersted odkrył elektromagnetyzm,
wykorzystywany dziś w większości
urządzeń elektrycznych.
Slide 21
Michael Faraday
•
Michael Faraday (1791-1867) - fizyk angielski.
Urodził się w Londynie. W wieku 14 lat został
czeladnikiem u introligatora. Zainspirowany
książkami naukowymi, zaczął uczęszczać na
wykłady wielkiego naukowca Humphry
Davyego. Szczegółowe notatki z tych wykładów
Faraday oprawił i w formie książkowej
przedstawił uczonemu, prosząc jednocześnie o
przyjęcie do pracy. Davy zatrudnił go jako
swojego asystenta w laboratorium Instytutu
Królewskiego, gdzie prowadzono wiele badań
naukowych. Tam też Faraday pracował do końca
życia, badając zjawisko elektryczności. W roku
1831 wykorzystał on doświadczenia
elektromagnetyczne Oersteda. Wynalazł
transformator oraz odkrył zasadę działania
prądnicy elektrycznej (indukcję
elektromagnetyczną). W roku 1832 Francuz
Hippolyte Pixii jako pierwszy wykorzystał teorie
Faradaya do budowy prądnicy.
Slide 22
Guglielmo Marconi
•
Guglielmo Marconi (1874-1937) - fizyk włoski
z Bolonii. W roku 1895 zaczął prowadzić
doświadczenia z falami elektromagnetycznymi,
które zademonstrował mu naukowiec niemiecki
Heinrich Hertz. Rok później Marconi zbudował
telegraf, mogący odbierać o nadawać
wiadomości radiowe na odległość ponad jednej
mili. Był to pierwszy radionadajnik i
radioodbiornik. Ministerstwo Poczty i Telegrafu
uznało jednak, że system ten nie był wielkim
ulepszeniem istniejącego telegrafu
elektrycznego. Zniechęcony Marconi przeniósł
się do Anglii, gdzie założył firmę "The Wireless
Telegraphy and Signal Company Ltd".
(Telegrafia Bezprzewodowa i Urządzenia
Sygnalizacyjne Sp. z o.o.). W roku 1901 udała
mu się transmisja sygnału radiowego przez
Ocean Atlantycki. trzy lata później otrzymał
wraz z Karlem Braunem, który powiększył
zasięg jego nadajnika, Nagrodę Nobla w
dziedzinie fizyki.
Slide 23
Alessandro Volta
•
Alessandro Volta (1745-1827) - profesor fizyk
w Como we Włoszech. Prowadził eksperymenty
z elektrycznością. Badania opierał na
osiągnięciach swojego przyjaciela, Luigi
Galvaniego, który zaobserwował, że mięśnie
nogi martwej żaby kurczą się pod dotknięciem
dwóch różnych metali. Galvani sądził, że był to
efekt "zwierzęcej elektryczności" w mięśniach,
tymczasem Volta założył, że metale wytwarzają
prąd (a mięśnie go tylko wykrywają), co
doprowadziło go do prawidłowego wyjaśnienia
pojęcia obwodu elektrycznego. W roku 1802
Volta rozdzielił płytki srebra oraz cynku słoną
wodą i zademonstrował prąd elektryczny, który
płynął po zamknięciu obwodu. Uczony nazwał
tę konstrukcję "Stosem Volty" - była to pierwsza
bateria elektryczna. Nazwiskiem Volty nazwano
jednostkę potencjału elektrycznego – wolt.
Slide 24
Thomas Young
Thomas Young (17731829) - fizyk angielski,
rozwinął falową teorię
światła Huygensa.
Rozszerzył też prace
Hooke'a nad
sprężystością. Od jego
nazwiska pochodzi nazwa
stałej w prawie Hooke'a moduł Younga.
Slide 25
Dziękujemy za uwagę
Slide 26
Bibliografia
http://faleelektromagnetyczne.republika.pl/
http://portalwiedzy.onet.pl/33073,,,,fale_elektromagnetyczne,
haslo.html
http://www.sciaga.pl/tekst/3439-4-fale_elektromagnetyczne
http://pl.wikipedia.org/wiki/Promieniowanie_elektromagnety
czne