Fale
elektromagnetyczne Fizyk James Clerk Maxwell prowadził badania nad polem elektrycznym i magnetycznym. W czasie
swych obserwacji zauważył, że wokół przewodnika z prądem powstaje
pole magnetyczne, czyli zmienne pole elektryczne powoduje powstanie
pola magnetycznego. Również odwrotnie w zjawisku indukcji
elektromagnetycznej zauważamy, że z kolei zmienne pole magnetyczne
wywołuje pole elektryczne. Tak więc istnieje pole - pewna
przestrzeń, w której obrębie cząstki oddziałują na siebie
elektrycznie i magnetycznie. Maxwell nazwał je polem elektromagnetycznym. (opisał je również wzorami matematycznymi, określanymi jako
"równania Maxwella"). Oddziaływani
elektromagnetyczne jest jednym z
czterech podstawowych oddziaływań (grawitacyjne,
elektromagnetyczne, silne i słabe). Możemy zaobserwować jeszcze
jedną ciekawą rzecz, gdy pole elektromagnetyczne jest zmienne, to
rozchodzi się w przestrzeni i to z wielką prędkością - 300 000 km/s
(w próżni). Ten proces zachodzi falowo i jest określany jako fala
elektromagnetyczna. Możemy ją interpretować jako nośnik drgań pola
elektromagnetycznego miedzy dwoma punktami przestrzeni. Pod tym
względem są one podobne do innych fal, np. mechanicznych. Ale mają
też jedną zasadnicza różnicę, która je bardzo wyróżnia. Mianowicie
do rozchodzenia się nie potrzebują ośrodka materialnego, gdyż mogą
się rozchodzić nawet w próżni. Fale elektromagnetyczne są wytwarzane albo w sposób naturalny, albo
sztuczny przy udziale człowieka. Wszystkie fale elektromagnetyczne
niezależnie od swojej długości i częstotliwości mają jednakową
prędkość w próżni. Jednak tylko i wyłącznie w próżni. W innym
ośrodku, fale różniące się długością, nie będą się rozchodzić z ta
samą prędkością. Z kolei różnica częstotliwości fal
elektromagnetycznych może być widoczna w czasie wytwarzania lub
wykrywania
promieniowania elektromagnetycznego. Dlatego też
sklasyfikowano fale elektromagnetyczne w zależności głównie od
zakresu ich długości w próżni, częstotliwości, właściwości i
sposobów wytwarzania bądź detekcji (wykrywania). Kolejne zakresy
tych fal tworzą tzw. widmo fal elektromagnetycznych. Jego cechą
charakterystyczną są rozmyte granie między poszczególnymi zakresami
jak również ograniczenie górne i dolne. Widmo fal elektromagnetycznych składa się z: (Kolejność od największej długości do najmniejszej. Pamiętamy
również, że im dłuższa fala tym krótsza jej częstotliwość). Fale radiowe - długość fali ponad 10-4 m (0,1 mm). Fale te bardzo mają bardzo szeroki zakres w widmie fal
elektromagnetycznych. Dlatego podzielono je wewnętrznie na długie,
średnie, krótkie i ultrakrótkie. Fale radiowe są nośnikiem dla
programów radiowych i telewizyjnych, a także wszelkich innych
sygnałów dźwiękowych. Najpierw są one przetwarzane przez nadajnik
na odpowiednio modelowane drgania elektronów, które są emitowane
przez antenę nadajnika w postaci fali radiowej. Gdy fala ta dotrze
do anteny zbiorczej odbiornika, jest ponownie przekształcana na
dźwięk lub obraz.Charakterystyka podstawowych typów fal radiowych: 1. Fale ultradługie -
-stosowane w radionawigacji, radiotelegrafii dalekosiężnej. 2. Fale długie i średnie - docierają w najbardziej niedostępne miejsca Dzięki za wszystko
temu, ze ulegają dyfrakcji (ugięciu) na najwyższych punktach
otoczenia. Stosowane w radiotelegrafii, radiolatarniach, radiofonii i radiokomunikacji
lotniczej i morskiej (średnie fale). 3. Fale krótkie - stosowane w radiofonii i radiokomunikacji. 4. Fale ultrakrótkie - UKF od 1 do kilkunastu metrów> - wykorzystywane do emitowania wysokiej
jakości programów stereofonicznych, a także w telewizji,
radiofonii, radiokomunikacji i łączności kosmicznej. 5. Fale decymetrowe UHF - stosowane w radiolokacji. Mikrofale - długość fali od 10-4 m do 0,3 m. Znalazły zastosowanie w radarach , komunikacji satelitarnej, w
przesyłaniu sygnałów telefonicznych, a nawet w medycznych zabiegach
tzw. diatermii. Jednak najprawdopodobniej pierwsze skojarzenie
jakie mamy z mikrofalami, to kuchenka mikrofalowa. Jej nazwa nie
jest przypadkowa. Pewien zakres mikrofal jest pochłaniany przez
żywność. Fale te niosą ze sobą energię, która zostaje uwolniona i
przekazana żywności, do której fale wnikają. W ten sposób wielu z
nas podgrzewa sobie np. obiad. Promieniowanie podczerwone (cieplne) - długość fali od 7x10-7 m do 2x10-3m. Nosi ono drugą nazwę cieplne (termiczne), ze względu na to, że jest
ono emitowane przez ciała stałe rozgrzane do temperatury poniżej
50000C. Do wykrywania promieniowania podczerwonego używa się specjalnych
detektorów, w których zmiana właściwości zastosowanej substancji
(np. ciśnienia gazu) pod wpływem promieniowania podczerwonego,
sygnalizowana jest np. dźwiękiem. Promieniowanie podczerwone
wywołują drgania cząsteczek. Wraz ze wzrostem ich temperatury,
drgają one coraz mocniej, a obrazujące to fale podczerwone stają
się coraz krótsze. W rzeczywistości prawie wszystkie ciała wysyłają
trochę podczerwieni. Natomiast gdy ciało jest rozgrzane "do
czerwoności", niektóre fale są już tak krótkie, że mogą być
zarejestrowane przez ludzkie oko. Promieniowanie świetlne - widzialne dla człowieka- długość fali od około 4x10-7 m do około 7x10-7 m. Promieniowanie to jest dostrzegane przez ludzkie oko i umożliwia
widzenie otoczenia. Zwierzęta najczęściej mają nieco poszerzony
zakres fal, które rejestruje ich oczy, np. pszczoły widzą
nadfiolet. Widmo światła białego jest wielobarwne - od fioletu,
przez zieleń, żółć i pomarańcz, aż do czerwieni. Najlepiej widzimy
w pasie barw żółto-zielonych. Źródłami naturalnymi promieniowania
świetlnego są ciała rozgrzane powyżej temp. 7000C. Wzbudzone wysoką temperaturą elektrony, emitują kwanty energii w
czasie powrotu na niższy stan energetyczny (przykładowo w żarówce).
Można również pobudzać do świecenia atomy niektórych substancji,
poprzez przepływ prądu w gazach (przykładowo w świetlówkach i
żarówkach energooszczędnych). Promieniowanie gamma (przenikliwe) - długość fali poniżej 10-10 m.Jego źródłem są reakcje zachodzące w jądrach atomowych - rozpad
pierwiastków promieniotwórczych, reakcje jądrowe, promieniowanie
kosmiczne pochodzące z procesów jądrowych gwiazd. Widmo
promieniowania gamma pierwiastków promieniotwórczych (dyskretne)
obserwujemy w postaci osobnych linii widmowych. Niezmiernie istotne
jest to, że każdej tej linii odpowiada pewien poziom energetyczny i
Dzięki za wszystko temu możemy identyfikować promieniującą
substancję. Druga nazwa promieniowania gamma - "przenikliwe" -
podkreśla, że wnika ono w materię, proporcjonalnie do jej liczby
atomowej. Dlatego też schrony przed promieniowaniem buduje się
głównie z ołowiu i betonu. Niestety promieniowanie rentgenowskie
niszczy wszystkie żywe komórki. Mimo, iż ludzkość kilkukrotnie już
użyła tej śmiercionośnej siły jako broni, siejąc spustoszenie
wśród wszelkich istot żywych, to jednak człowiek potrafił również
znaleźć dobroczynny wpływ i zastosowanie tych niebezpiecznych
promieni.