Електромагнетно зрачење. James Clerk Maxwell. Максвелова предвиђања

Transcript

1 Електромагнетно зрачење Thomas Young - таласна природа светлости Albert Einstein - фотони James Maxwell - електромагнетна теорија James Clerk Maxwell Електрицитет и магенетизам, из почетка нису били повезани James Clerk Maxwell конструисао математичку теорију која је показала да постоји тесна веза између електричних и магнетних феномена Линије електричног поља почињу на позитивним наелектрисањима а завршавају на негативним Наелектрисана тела стварају око себe електрично поље Mагнетне линије су увек затворене немају ни почетак а ни крај Maгнетно поље ствара струја (наелектрисања у кретању)- Ампер Променљиво магнетно поље индукује ЕМС а тиме и електрично поље (Фарадеј) Eлектрично поље бива створено од стране променљивог магнетног поља Питање: пошто постоји некаква симетрија између електричног и магнетног поља, т.ј. да ли магнетно поље можe да се добије променљивим електричним пољем??? Maxwell: ДА!!! Магнетно поље може да се створи и променљивим електричним пољем. Максвелова предвиђања Користио је познате чињенице и на основу одговарајућег математичког апарата доказао да електрично и магнетно поље имају симетричне улоге у природи Изнео је хипотезу да промена електричног поља може да изазове стварање магнетног поља Израчунао је да је брзина тако насталих таласа у вакууму 3x10 8 m/s Такође је закључио да видљива светлост и други електромагнетни таласи се састоје од флуктуација магнетног и електричног поља, при чему измене једног поља индукују друго и обрнуто Херц је доказао ове тврдње Оријентација поља у ЕМ таласу Два проводника повезана на извор наизменичне струје, наелектрисања осцилују између проводника (a) Са временом, расподела наелектрисања у проводницима се мења, поље опада а поље које је произведено у t = 0 се помера даље од проводника (b) Наелектрисања мењају места а поље мења смер (c) Процес се наставља (d) Када је електрично поље антене (дипола) усмерено наниже, магнетно поље је усмерено од нас ка равни слике. Ова два поља су увек под правим углом једно у односу на друго. ЕМ талас који се креће у смеру x осе: E и B су нормални један у односу на други и у фази. Смер пропагације се одређује правилом десне руке (E, B). 1

2 Eлектромагнетни таласи B Спектар ЕМ таласа (Седам облика/типова типова) Видљиви део спектра ЕМ таласа Радио таласи Микроталаси Инфрацрвени Видљива светлост Ултраљубичаста X-зрачење Гама зрачење - комуникација кување и комуникација - таласи топлоте региструје је око изазива опекотине на кожи пролази кроз ткива има највећу енергију Спектар Eлектрoмагнетног зрачења λν = c 2

3 Атмосферска апсорпција Видљиво ЕМ зрачење: СВЕТЛОСТ Краће таласне дужине већа енергија Термално зрачење Видљива светлост UV зрачење изазива опекотине Топлотно/термално зрачење Топлота коју осећамо од сунца је његово термално зрачење Путујући кроз вакуум од сунца до земље јој треба око 8 минута Ефекат осећамо иако не можемо да видимо зрачење. Осећа се од свих загрејаних тела Како настаје термално зрачење? Сва тела чија је температура изнад апсолутне нуле емитују термално зрачење Топлији објекти зраче више енергије, њена количина расте као ~ T 4 Ми непрекидно емитујемо термално зрачење. Такође и непрекидно апсорбујемо ово зрачење емитовано од других људи или објеката око нас Када би ми само емитовали зрачење охладили би се до апсолутне нуле! 3

4 Радио таласи Користе се у радио и ТВ комуникационим системима Микроталаси (како су откривени?) Таласна дужина од 1 mm до 30 cm Користе се у радарским системима, микроталасним пећима,... Инфрацрвени таласи термално зрачење Видљива светлост Део спектра који може да детектује људско око Најосетљивије је на фреквенцији око 560 nm (жуто-зелена боја) Типови UV зрачења УВ Од 400 nm до 0.6 nm Сунце је важан извор УВ зрачења Већина УВ зрачења од сунца се апсорбује од стране стратосферског озона Тип Таласна Карактеристике дужина UVA nm - не зауставља га озон - изазива рак коже UVB nm - делимично га зауставља озноски слој - изазива опекотине, рак коже UVC nm - зауставља га озонски омотач - изазива опекотине и рак коже Гама зраци Емитујуихрадиоактивнајезгра Продорно зрачење и може да изазове озбиљна оштећења у случају да га апсорбује ткиво X-зраци Настају приликом убрзавања високоенергетских електрона који ударају у металну мету Значајан дијагностички алат у медицини Посматрање објекта уз употребу различитих делова спектра о посматраном објекту даје различите информације Слика Сунца у области x- зрачења. Сунце у видљивом делу спектра. 4

5 Milky Way у различитим областима таласних дужина 75 cm радио H 2 радио ИЦ ВИС СликаистогцветауВИСуУВобласти. x-зрачење Гама област Како видимо објекте различитих димензија Blackbody radiation applet 5

6 Црна тела... су тела која су идеалнo зраче када су топла...идеално апсорбују када су хладна Примери црних тела: ужарена нит у сијалици пећ звезде (нису иделана црна тела) Винов закон (померања) Топлија тела зраче интензивније на краћим таласним дужинама. λ max 3 T = mk Температуре звезда су између 3000 K и 50,000K. Боје тела према температури црвенкаста наранџаста жућкаста бела плавкаста најхладније звезде најтоплије звезде Штефан-Болцманов закон тело температуре T зрачи сваке секунде количину енергије σt 4 по квадратном метру σ = 5.7 x 10-8 W/(m 2 K 4 s) 6