20 Elektromagnetické vlnenie a žiarenie

Transcript

1 Eleragneé vlnene a žarene - zdrj eleragneéh vlnena je ajú eleragneý slár. eleragneé vlnene.. psupná eleragneá vlna - eď áe zapjený nízrevenčný zdrj, pre napäe a prúd plaí: u U snω sn( ω ϕ) predsavujee s, že v urč časv ahu je napäe a prúd pzdĺž eléh vdče rvnaé de y eleréh nábja - na je, eď je sprebč prpjený na zdrj napäa s vysu revenu. Keďže napäe zdrja sa veľ rýhl ení a zeny napäa sa vedení šíra nečnu rýhlsťu, napäe edz vdč vedena je nelen unu času, ale aj unu vzdalens uvažvanéh bdu vedena d zdrja napäa. Deje v vedení ajú haraer eleragneéh vlnena - vedene vrené dva vdč s ôžee predsavť a rad slačnýh bvdv spjenýh väzbu. ndučnsť a apaa sú rvnerne rzlžené pzdĺž vedena vedene je jednrzerná súsava s rzlžený paraera - eď v prv eleenárn slačn bvde vynúe ane, rzajú sa psupne ďalše eleenárne bvdy a vedení sa šír eleragneá vlna. V ľubvľn bde M vedena v vzdalens d zdrja je edz vdč napäe: M u U sn, de U je aplúda napäa, peróda napäa a vlnvá dĺža eleragneej vlny. Rvna sa nazýva rvna psupnej eleragneej vlny - rýhlsť eleragneéh vlnena v urč prsredí je rvnaá a rýhlsť svela. Rýhlsť svela v váuu je:, s - - eleragneá vlna sa šír aj v váuu - veľá rýhlsť eleragneéh vlnena je dôvd, preč v bvdh s nízrevenčný zdrj neuvažujee eleragne vlnení, ale ba aní napr. pr reven 5 Hz, rú á sredavý prúd v energeej se, je dĺža príslušnej eleragneej vlny v váuu: 6 znaená, že výraz v rvn psupnej vlny je pr nízyh revenáh zanedbaeľne alý vzhľad na člen aj pr veľýh vzdalensah, a pre rvna psupnej vlny za ýh pden prehádza na rvnu harnéh ana u U snω - elerý prúd, rý preeá bvd, závsí pdľa vzťahu: sn - eďže napäe v rôznyh esah vedena je rzlčné, a an nábj ne je na pvrhu vdča rzlžený rvnerne. Pre je rzlčná aj nenza eleréh pľa edz vdč. Prebeh

2 hdnô nenzy E časv preennéh eleréh pľa pzdĺž vedena v s časv ahu vyjadruje sínusda: E E sn - vedene zančené sprebč s rezsanu R ôžee pvažvať za bvd sredavéh prúdu s dpr. A sa v sprebč preení elá eleragneá energa na jeh vnúrnú energu, prúd v vedení je v áze s napäí edz vdč. Keď bvd preeá elerý prúd, a v lí vdčv sa vyvrí časv preenné agneé ple; jeh agneá ndua B á najväčšu hdnu v esah, rý prehádza v dan ahu najväčší prúd. Hdny agneej ndue pzdĺž vedena vyjadruje sínusda: B B sn - eďže napäe a prúd v vedení ajú rvnaú ázu, ajú rvnaú ázu aj sínusdy v grae nenzy eleréh pľa a agneej ndue pzdĺž vedena. Very nenzy eleréh pľa a ndue agneéh pľa sú navzáj lé a súčasne sú lé na ser šírena eleragneej vlny. - pr prense eleragneej energe vzná edz vdč vedena časv preenné slvé ple, ré á jedna elerú, jedna agneú zlžu (elerá a agneá zlža sa nedajú d seba ddelť) a nazýva sa eleragneé ple. Energa sa neprenáša vdč, ale eleragneý pľ edz n. en dej á haraer vlnena... sjaá eleragneá vlna - pr psupnej eleragneej vlne sa elá energa eleragneéh vlnena phlí na n vedena (v sprebč) - eď sa eleragneé vlnene na n vedena dráža, vzná ná suáa sjaá eleragneá vlna. aý prípad napr. nasane, a na n vedena ne je prpjený sprebč (vedene naprázdn). Preže ne vedena á veľý dpr (R} ), dsahuje napäe na n vedena najväčšu hdnu. Napa, prúd á na n sále nulvú hdnu (vedene je rzpjené). V el vedení nasáva ázvé psunue napäa a prúdu. - napäťvá vlna sa na n vedena drazí s rvnau ázu a nereruje s psupujúu vlnu. Pre pôvdnú a drazenú vlnu plaí: u U sn u U sn - výsledná napäťvá vlna je daná sčíaní bh vĺn: u u u U sn U sn U s sn 3 ne napäa: B B E E aplúda _ napäa

3 3 s ± susedné ne sú d seba vzdalené uzly napäa: ( ) ( ) s susedné uzly sú d seba vzdalené vzdalensť susednýh ní a uzlv je plha ní a uzlv napäa sa zsťuje pu lejvy, rá sa rzsve v esah ní napäa - prúdvá vlna sa na n drazí s pačnu ázu a nereruje s psupujúu prúdvu vlnu. Pre pôvdnú a drazenú vlnu plaí: sn sn - výsledná prúdvá vlna je daná sčíaní bh rvní: napäa aplúda s sn sn sn _ 3 ne prúdu: ( ) ( ) sn ± susedné ne sú d seba vzdalené uzly prúdu: sn susedné uzly sú d seba vzdalené vzdalensť susednýh ní a uzlv je plha ní a uzlv prúdu sa zsťuje pu žarvy, rá sa rzsve v esah ní prúdu - v ahu, eď á napäe v nah najväčšu hdnu, prúd v el vedení sa rvná nule. Celá energa eleragneej vlny sa preenla na energu eleréh pľa. Napa, eď je v nah prúd najväčší, pzdĺž eléh vedena je nulvé napäe. Energa eleragneej vlny je súsredená v agne pl. Sjaý eleragneý vlnení sa energa neprenáša, len sa ení na energu eleréh pľa a napa. V sjaej eleragneej vlne sú časv preenné very E a B ázv psunué (a, de je nenza eleréh pľa je aálna, je ndua agneéh pľa nulvá a napa). E B

4 ..3 eleragneý dpól - eleragneé vlnene, ré sa šír dvjvdčvý vedení, je s vedení u úz spjené a jeh energa je súsredená prevažne edz vdč. V znavaej u ehne je vša čas prebné, aby napr. vyselač vyžarval eleragneé vlnene d väčšeh presru. žn dsahnuť úpravu ne vedena, pr rej sa vdče dĺžy rzvra d seru léh na vedene. - v dhýlenýh časah vedena vznajú prúdy, ré ajú v ažd ahu súhlasný ser,a agneé u ple prúdu ôže a zasahvať d eléh la. Napäe na nh vdčv dsahuje perdy najvyšše hdny a vzná eleré ple, ré až zasahuje d la. - napäe a prúd uvárajú sjaé vlnene. Napäe á na nh dpólu ňu a v srede uzl, prúd á, napa, na nh uzl a v srede ňu. - ane dpólu je spjené s vzn eleréh a agneéh pľa v jeh lí, rý sa prenáša energa eleragneéh vlnena d presru vzná výsledné eleragneé ple dpólu. Najväčša časť energe sa vyžaruje v serh lýh na s dpólu, ý v sere s dpól energu nevyžaruje.. eleragneé žarene a jeh energa - aždý druh eleragneéh žarena je haraerzvaný revenu a vlnvu dĺžu, prč: - eleragneé vlny vznajú v pdsae dva spôsb: aždá časa, rá sa phybuje s nenulvý zrýhlení, vyžaruje eleragneé vlny (en ehanzus sa uplaňuje napr. pr vyselaní elevíznyh aleb rádvýh vĺn, pr žarve) druhý spôsb vyžarvana súvsí s zena v vnúrnej šruúre jednlvýh aóv a leúl. pr ýh zenáh sa ení phybvý sav elerónv v aóe a aó vysela eleragneé žarene.. speru eleragneéh žarena Oblasť Vlnvá dĺža [] Kče [Hz] Energa vana [ev] dlhé vlny sredné vlny ráe vlny veľ ráe vlny 7-7 ulraráe vlny radarvé vlny - 9-5

5 lervé vlny ďaleá nračervená blíza nračervená vdeľné svel ulraalvá äé žarene X vrdé žarene X žarene γ ľudsé je lvé ba na alú časť spera eleragneéh žarena, rú nazývae svel ( 38,78)n. Väčše vlnvé dĺžy á nračervené žarene (zaalený prsredí prená rýhlejše a svel). Kraše vlnvé dĺžy á ulraalvé žarene (v rzpäí 35 n až n; jeh zdrj sú elesá zhrae na vysú eplu; byčajné sl phluje UV) - význané je aj rőngenvé žarene (dôležé je jeh využe v edíne; rőngenv-šruúrna analýza užňuje šúdu savby pevnýh lá a zlžýh leúl) - zdrj eleragneéh žarena je zrýhlený phyb časí s elerý nábj (napr. pr epeln phybe elerónv v rzžeraven ve) aleb zena energeéh savu aóu (napr. pr výbj v plyne). Pdľa h sveelné zdrje vyselajú žarene s spjý aleb čarvý sper. e sperá ôžee pzrvať spersp a esné aleb a absrpčné sperá. Charaersé vlasns speer sa využívajú pr sperálnej analýze v blas nračervenéh, vdeľnéh aj ulraalvéh žarena. Pu analýzy sa zsťuje prínsť spvýh lá. Sperálna analýza je veľ dôležá pr pznávaní šruúry aóv aj heéh zlžena vesírnyh bjev... záladné ráderé a eré velčny - energu prenášanú žarení psudzujee pdľa hdnô ráderýh a erýh velčín. Ráderé velčny haraerzujú energu prenášanú žarení, eré velčny haraerzujú účny žarvej energe na náš zra. - ráderé velčny: žarvý Φ e : predsavuje energu vyžarenú zdrj za s: E Φ e, [ Φ e ] W žarvsť e : rvná sa žarvéu u, rý zdrj vysela d presrvéh uhla Ω: Φ e e, [ e ] W. sr (sr seradán) Ω nenza vyžarvana M e : rvná sa žarvéu u vyselanéu z plhy zdrja s bsah S: Φ e M e, [ M e ] W. S - eré velčny: sveelný Φ: časť žarvéh u, na rý je ľudsé lvé jednu sveelnéh u je luen ([ Φ ] d. sr l ); luen je sveelný, vyselaný d presrvéh uhla veľs sr bdvý zdrj, réh svevsť sa v všeýh serh rvná andele 5

6 svevsť : svevsť bdvéh zdrja v dan sere je určená a pdel sveelnéh u Φ vyžarenéh zdrj d aléh presrvéh uhla Ω a veľs h presrvéh uhla: Φ, [ ] d Ω andela je svevsť černeh elesa v l sere na pvrh, réh veľsť je (,7 ), pr eple uhnua plany 773 C a lau 35 Pa 6 svelene E : je sveelný dpadajú na plhu: Φ Φ E, de r je vzdalensť zdrja d plhy, na rú dpadá S r Ω r žarene, [ E ] l. l (l lu)..3 žarene černeh elesa - černe eles je del elesa, ré phluje všeu dpadajúu žarvú energu bez hľadu na vlnvú dĺžu a nesôr ju vysela a epelné žarene - Wenv psunvaí zán: vlnvá dĺža a, na rú prpadá au H vyžarvana černeh elesa, je nepra úerná 3 > > 3 erdynaej eple. S zvyšujúu eplu sa aá psúvajú enší vlnvý dĺža. a b, de b je nšana (b,9. -3.K) a - Seanv-Blzannv zán: energa vyžarvaná černy eles za s sa zväčšuje s švru nnu erdynaej eply: M e σ.3 vlnvé vlasns svela.3. draz a l svela - nde lu n: udáva, ľrá je rýhlsť svela v láe enša a rýhlsť svela v váuu n v - zán drazu: uhl drazu vlnena sa rvná uhlu dpadu p p' αα α α' uhl dpadu je edz lu dpadu a dpadajú lúč; uhl drazu je edz lu dpadu a drazený lúč rvna určená lúč dpadajúeh vlnena a lu na rzhrane sa nazýva rvna dpadu drazený lúč leží v rvne dpadu - zán lu vlnena (Snellv zán lu): per sínusu uhla dpadu sínusu uhla lu je pre dve dané prsreda sála velčna a rvná sa peru ázvýh α α n rýhlsí v bdvh prsredah. Nazýva sa nde lu vlnena n pre dané prsrede snα v n n snα n snβ snβ v n β n lený lúč zsava v rvne dpadu - eď svel prehádza z py husejšeh prsreda d py redšeh prsreda (a n n ), a pr s uhle dpadu je uhl lu rvný 9 ; en uhl nazývae edzný uhl. Pr uhle 6

7 dpadu väčš a edzný uhl svel neprehádza d py redšeh prsreda, ale sa úplne dráža úplný (álny) draz svela..3. dsperza svela - pre veľsť rýhls vlnena plaí: v - pr eraní rýhls svela v rôznyh prsredah sa zsl, že veľsť rýhls v dan prsredí závsí d revene svela; en yzálny jav sa vlá dsperza svela. V váuu rýhlsť svela nezávsí d revene. - preže nde lu je denvaný vzťah n, a v dôsledu v dsperze svela aj nde lu danéh péh prsreda závsí d revene eď bele svel dpadá na rvnné rzhrane, dhádza lu. Lené svel ne je bele, ale jeh raje sú sarbené na červen a alv (bele svel sa rzlžl na arebné zlžy). Najva sa láe alvé svel, najenej červené. Plaí: β β n n v v č č č - bele svel je zesu jednduhýh sperálnyh sveel, eda zesu vlnení s rzlčný revena. Najväčšu revenu á v vdeľn žarení alvé svel(7,8. Hz, 38 n), najenšu červené svel (3,8. Hz, 78 n). Svel s jednu revenu sa nazýva nrevenčné. P le beleh svela pý hranl vzná súsava arebnýh pruhv, č nazývae speru. V spere za sebu nasledujú: červená, ranžvá, žlá, zelená, drá, ndgvá a alvá. - revena vlnena sa prehd rôzny prsreda neení, plaí: v n vlnvá dĺža v s p prsredí s nde lu n je n-rá enša a vlnvá dĺža v váuu.3.3 nererena svela - nerervať ôžu len herenné vlnena (sladajúe sveelné vlnena usa ať rvnaú revenu a sály s čas sa neena dráhvý rzdel; ú pdenu ôžee dsahnuť a, že z jednéh zdrja dvdíe vaer vĺn) - sveelné vlnene pr draze na py husejš prsredí zení ázu na pačnú (vznne ázvý rzdel ) sl α váuu β β č nererena v drazen svele 3 nererena v prepusen svele - drazené svel: dráhvý rzdel: nd najväčše zslnene: nd najväčše zslabene: 3 d - v drazen svele nererujú vlnena, 3 - v prepusen svele nererujú vlnena, 7

8 nd ( ) - prepusené svel: dráhvý rzdel: nd najväčše zslnene: nd najväčše zslabene: nd ( ) - ewnve slá: pu Newnvýh sel ôžee erať vlnvú dĺžu svela vrí h planparalelná vrsva a plsvypulá ššva s veľýh pler rvs plaa aé sé vzťahy a pr nereren v drazen svele pre vzdalensť d pdľa Pyagrvej vey plaí: veľ _ alé } r R ( R d) r R Rd d r d R d R r R.3. hyb svela (draa) na dvjšrbne a pej reže - hyb nasane, a sú splnené dve pdeny: vlnena sú herenné (sveelné vlnena, ré ajú rvnaú revenu a sály s čas sa neena ázvý rzdel) rzery preáž usa byť prvnaeľné s vlnvu dĺžu svela (úze šrbny, alé vry, ené neprehľadné vlána a pd.) - sveelné vlnena p hybe na preážah nererujú. O, č v dan ese na endle nasane zslnene aleb zslabene, rzhduje dráhvý rzdel nererujúh vlnení - Yungv pus: Máe zdrj svela, sveelné vlnene prehádza ez sveľvau šrbnu, pu rej zísae zväz rvnbežnýh lúčv. Osveľvaa šrbna je zdrj vlnena, ré sa šír dvjšrbne (dve úze rvnbežné šrbny, rýh sredy sú v vzdalens b, prč šrbny sú rvnbežné s sveľvau šrbnu a vzhľad na ňu sú syeré). V šrbnáh nasane rzdelene sveelnéh vlnena. Keďže vlnena v šrbnáh sú dôsled jednéh dpadajúeh vlnena, a vyhádzajúe vlnena sú hernené nasáva hyb a súčasne nererena svela. Na endle pzrujee súsavu rvnbežnýh svelýh a avýh prúžv (pzrujee au. rádu, au. rádu aď.) Svel pzrujee aj rvnbežnéh seru, dazuje, že dhádza lu svela a súčasne pvrdzuje vlnvé vlasns svela. - dráhvý rzdel edz dva rvnbežný lúč, ré vyhádzajú z šrbín, ôžee pdľa br. vyjadrť v vare: bsnα - pdľa dráhvéh rzdelu dsávae nererenčné aá aleb ná: hybvé au: b sn α hybvé nu: b α a. rádu a. rádu a. rádu dráhvý rzdel 8

9 b snα ( ) - z praéh hľadsa á najväčší význa hybvý jav pzrvaný na pej reže, rú s ôžee predsavť a súsavu zlženú z veľéh pču dvjšrbín, ré sú navzáj v rvnaej vzdalens. Vzdalensť sredv dvh susednýh šrbín je režvá nšana b. Opé režy sa pužívajú na erane vlnvej dĺžy svela..3.5 plarzáa svela - plarzáa nasáva len pr prečn vlnení - plarzáa je dej, rý dazuje, že svel je prečne eleragneé vlnene, v r á ver nenzy eleréh pľa l na ser psupu vlnena (ver nenzy á všeý ser) - p prehde lúča ez plarzár nasane usernene vera nenzy; ver nenzy á len v jedn sere; vzná plarzvaná vlna - ľudsé nerzlšuje prrdzené neplarzvané svel d plarzvanéh plarzár - plarzáa nasáva draz, l, dvjl, plard - plarzáa svela draz a l: pr draze a le svela dhádza časčnej plarzá svela; supeň plarzáe závsí d uhla dpadu (úplná plarzáa svela pr draze ôže nasať pr uhle dpadu, rý sa nazýva Brewserv (plarzačný) uhl) very nenzy v len a drazen plarzvan svele sú navzáj lé - plarzáa svela dvjl: plarzáa dvjl nasáva pr prehde svela ez py anzrpné láy (napr. slandsý vápene) sveelný lúč sa rzdelí na radny lúč, rý pračuje v pôvdn sere, radny lúč, rý sa dhýl d pôvdnéh seru ba lúče sú plarzvané, prč very nenzy v radn a radn lúč sú v navzáj lýh rvnáh analyzár 9