Definicja pojęcia:

fale elektromagnetyczne

Fale elektromagnetyczne - zaburzenie pola elektromagnetycznego, rozchodzące się w przestrzeni, nazywane inaczej promieniowaniem elektromagnetycznym. Istnieją różne rodzaje fal elektromagnetycznych i tylko niektóre z nich są przez nas dostrzegalne, jednak promieniowanie tego typu otacza nas zewsząd. Jednym z rodzajów promieniowania elektromagnetycznego jest światło widzialne, a różne częstotliwości fal elektromagnetycznych pozwalają nam odbierać barwy otaczających nas przedmiotów.

Początek XIX wieku przyniósł wiele ważnych odkryć związanych z promieniowaniem elektromagnetycznym. Jedno z nich ma na swoim koncie Hans Christian Oersted, W 1820 roku wykazał on związek zachodzący między magnetyzmem a elektrycznością, odkrywając, że prąd elektryczny wytwarza pole magnetyczne. 11 lat później Michael Faraday dowiódł z kolei, że zmienne pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne. W 1861 roku wyniki swoich analiz przedstawił zaś James Maxwell, który twierdzenie o istnieniu fal elektromagnetycznych oparł na swoich równaniach falowych. To Maxwell sprecyzował, że zmienne pole elektryczne wytwarza wirowe pole magnetyczne (wirowość pola oznacza, że jego fale są krzywymi zamkniętymi) i odwrotnie – zmienne pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne. Zgodnie z teorią Maxwella pole elektromagnetyczne rozchodzi się w przestrzeni z prędkością światła pod postacią fal elektromagnetycznych. Wynika stąd, że fala elektromagnetyczna to zatem nic innego, jak sprzężone ze sobą pola magnetyczne i elektryczne.
Pole elektryczne i magnetyczne w płaskiej fali elektromagnetycznej o długości λ. By User:LennyWikidata (Own work) [CC BY-SA 3.0 or GFDL], via Wikimedia Commons
Charakterystyka promieniowania elektromagnetycznego

Wielkościami charakteryzującymi falę elektromagnetyczną są:
  • częstotliwość to liczba pełnych zmian pola magnetycznego i elektrycznego zachodzących w ciągu sekundy (jedno zdarzenie cyklu w ciągu jednej sekundy). Wyrażamy ją w hercach,
  • długość fali jest z kolei liczona jako odległość jaka dzieli dwa sąsiadujące ze sobą punkty, w których pole elektryczne i magnetyczne jest dokładnie takie samo.

Pomiędzy obiema tymi wielkościami istnieje stała zależność – im większa częstotliwość fali, tym mniejsza jest jej długość.

Zależność tę wyraża wzór:

λ = c / f 

gdzie:
  • λ to długość fali
  • c - prędkość fali
  • f – częstotliwość

Należy przy tym wziąć pod uwagę, że częstotliwość dla każdej fali jest stała, natomiast długość fali zmienia się w stosunku do prędkości.

Prędkość fali elektromagnetycznej osiąga najwyższą wartość w próżni. W ośrodkach materialnych jest ona zawsze mniejsza, a do tego część niesionej przez falę energii ulega wchłonięciu przez ciało (przedmiot). Fala traci więc część energii, a ta zostaje zamieniona na energię wewnętrzną ciała. Fizyka określa to zjawisko jako absorpcję światła.
Widmo (spektrum) fal elektromagnetycznych. By przetłumaczył Dobrzejest, wikipedia.pl : Adi4000[1] [Public domain or Public domain], via Wikimedia Commons
Pola magnetyczne i elektromagnetyczne rozchodzą się prostopadle do siebie i mają natężenie zmienne o charakterze sinusoidalnym. Fale elektromagnetyczne są falami poprzecznymi.

Fala elektromagnetyczna jest nośnikiem energii.

Fale elektromagnetyczne ulegają:
  • interferencja jest to zjawisko powstające w wyniku nakładania się na siebie dwóch lub więcej fal,
  • dyfrakcja zaś to ugięcie się fali, do którego dochodzi, gdy fala napotyka na krawędź przeszkody lub znajduje się w jej pobliżu. Następuje wtedy zmiana kierunku rozchodzenia się fali.

Fale odbijają się od przedmiotów.

Teoria dualizmu korpuskularno-falowego

Falę możemy traktować również jako strumień cząstek (korpuskuł, fotonów), w którym każda cząstka ma swoją energię, zależną od częstotliwości fali. Są zjawiska, które uwypuklają falową naturę fali elektromagnetycznej, inne z kolei ujawniają tę cząsteczkową.

Fale elektromagnetyczne klasyfikujemy według ich częstotliwości – mowa wtedy o widmie fal elektromagnetycznych – lub ze względu na ich długość w próżni. Fale o różnych długościach cechują się różnymi zastosowaniami i właściwościami.
Interferencja
Domena publiczna
Rodzaje fal elektromagnetycznych

Fale radiowe – mają zastosowanie w telekomunikacji, radiofonii i wielu innych gałęziach techniki. Dzielą się na długie, średnie, krótkie i ultrakrótkie.

Mikrofale – fale od długości od 1 do 300 GHz, mają zastosowanie w kuchenkach mikrofalowych, urządzeniach grzewczych czy w medycynie.

Fale rentgenowskie – promieniowanie niewidzialne o długości fali od 0,01 nm 10 nm, przenikające przez ciała nieprzezroczyste.

Promieniowanie podczerwone – jego długość fali jest większa od światła, wykorzystuje się je przede wszystkim w medycynie do diagnostyki. Jest promieniowaniem niewidzialnym.

Promieniowanie świetlne – obszar widzialny promieniowania elektromagnetycznego.

Promieniowanie nadfioletowe (UV) – ma długość fali mniejszą od światła, uszkadza tkanki, w nadmiarze jest niebezpieczne dla istot żyjacych.

Promieniowanie gammaemitują je pierwiastki promieniotwórcze. Towarzyszy reakcjom jądrowym i jest niezwykle przenikliwe, a tym samym niebezpieczne dla organizmów żywych.
Światło widzialne na tle całego spektrum fal elektromagnetycznych. By Tatoute and Phrood (Unknown) [GFDL, CC-BY-SA-3.0 or CC BY-SA 2.5-2.0-1.0], via Wikimedia Commons

Bibliografia

  1. Szczepan Szczeniowski; “Elektryczność i magnetyzm: podręcznik dla studentów szkół wyższych”; Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1980.;
  2. Andrzej Januszajtis; “Fale”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1991;
  3. David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker; “Podstawy fizyki”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2015;
  4. Igor W. Sawieliew; “Wykłady z fizyki, tom 2. Elektryczność i magnetyzm, fale, optyka”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013;
Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 4.2
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź
Pasaż zakupowy