Promieniowanie elektromagnetyczne




Promieniowanie elektromagnetyczne (fala elektromagnetyczna) – rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego.


Składowa elektryczna i magnetyczna fali indukują się wzajemnie – zmieniające się pole elektryczne wytwarza zmieniające się pole magnetyczne, a z kolei zmieniające się pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne. Właściwości fal elektromagnetycznych zależą od długości fali. Promieniowaniem elektromagnetycznym o różnej długości fali są fale radiowe, mikrofale, podczerwień, światło widzialne, ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma. W opisie kwantowym promieniowanie elektromagnetyczne jest traktowane jako strumień nieposiadających masy cząstek elementarnych zwanych fotonami. Energia każdego fotonu zależy od długości fali.




Spis treści






  • 1 Historia


  • 2 Właściwości promieniowania elektromagnetycznego


    • 2.1 Widmo fal elektromagnetycznych


      • 2.1.1 Fale radiowe


      • 2.1.2 Mikrofale


      • 2.1.3 Podczerwień


      • 2.1.4 Światło widzialne


      • 2.1.5 Ultrafiolet


      • 2.1.6 Promieniowanie rentgenowskie


      • 2.1.7 Promieniowanie gamma




    • 2.2 Mod fali elektromagnetycznej


    • 2.3 Polaryzacja fali elektromagnetycznej


    • 2.4 Energia fali elektromagnetycznej


      • 2.4.1 Wektor Poyntinga


      • 2.4.2 Pęd i ciśnienie fali elektromagnetycznej




    • 2.5 Prędkość fali elektromagnetycznej


    • 2.6 Oddziaływanie fali elektromagnetycznej z materią




  • 3 Opis teoretyczny


  • 4 Fala elektromagnetyczna w fizyce kwantowej


  • 5 Tabela Widma elektromagnetycznego[13]


  • 6 Zobacz też


  • 7 Uwagi


  • 8 Przypisy


  • 9 Bibliografia


  • 10 Literatura


  • 11 Linki zewnętrzne





Historia |


Historia odkryć związanych z promieniowaniem elektromagnetycznym[1]:


  • W roku 1800 William Herschel odkrył promieniowanie cieplne (podczerwone) i stwierdził, że podobnie jak światło ulega ono odbiciu i załamaniu.



Pole elektryczne i magnetyczne w płaskiej fali elektromagnetycznej o długości λ.




Interferencja fal światła – rysunek Younga z 1803 roku.



  • W latach 1801–1803 Thomas Young zaproponował falową teorię światła.

  • W 1801 Johann Wilhelm Ritter odkrył promieniowanie ultrafioletowe.

  • W latach 1815–1818 Augustin Jean Fresnel rozwinął falową teorię światła i za jej pomocą wyjaśnił wiele zjawisk optycznych.

  • W 1820 Hans Christian Ørsted odkrył, że prąd elektryczny wytwarza pole magnetyczne, wykazując w ten sposób związek między elektrycznością i magnetyzmem.

  • W 1831 Michael Faraday odkrył, że zmienne pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne.

  • W 1838 James Forbes stwierdził, że zarówno widzialne, jak i niewidzialne promieniowanie słoneczne ulega polaryzacji.

  • W latach 1849–1850 Armand Fizeau oraz Jean Bernard Léon Foucault wykonali pomiary prędkości światła w powietrzu i innych ośrodkach przezroczystych.


  • James Clerk Maxwell w roku 1861 zebrał prawa elektrodynamiki w cztery równania, które opisują również falę elektromagnetyczną. Zasugerował też, że zjawiska elektromagnetyczne i światło mają wspólną naturę.

  • W 1875 Hendrik Lorentz wyeliminował koncepcję eteru i nadał równaniom Maxwella sens, jaki znamy dzisiaj.

  • Pierwszej emisji i odbioru fal elektromagnetycznych (w zakresie fal radiowych) dokonał Heinrich Hertz w roku 1886.

  • W roku 1895 Wilhelm Conrad Röntgen odkrył promieniowanie, nazwane później rentgenowskim, za co w 1901 otrzymał pierwszą nagrodę Nobla.

  • W 1896 Antoine Henri Becquerel odkrył promieniowanie jądrowe.

  • W 1900 Paul Villard wykrył w promieniowaniu jądrowym promieniowanie gamma.

  • W 1900 Max Planck analizując widmo promieniowania elektromagnetycznego ciała doskonale czarnego doszedł do wniosku, że energia tego promieniowania jest skwantowana. Za to osiągnięcie otrzymał w 1918 nagrodę Nobla.

  • W 1905 Albert Einstein analizując zjawisko fotoemisji doszedł do wniosku, że energia tego promieniowania jest zależna od częstotliwości fali. Za to osiągnięcie otrzymał w 1921 nagrodę Nobla.

  • 1922 Arthur Compton ogłosił wyniki doświadczeń, w których promieniowanie rentgenowskie oddziałuje z elektronami i spełnia prawa zderzenia. W roku 1927 otrzymał za tę pracę Nagrodę Nobla.



Właściwości promieniowania elektromagnetycznego |



Widmo fal elektromagnetycznych |



 Osobny artykuł: Tęcza Maxwella.



Widmo (spektrum) fal elektromagnetycznych


Promieniowanie elektromagnetyczne przejawia właściwości falowe ulegając interferencji, dyfrakcji, spełnia prawo odbicia i załamania. W wyniku superpozycji fal elektromagnetycznych może powstać fala stojąca.


Jednak niektóre właściwości promieniowania elektromagnetycznego (szczególnie jego oddziaływanie z materią) zależą od długości fali (częstotliwości promieniowania) i dlatego dokonano podziału promieniowania elektromagnetycznego na zakresy ze względu na jego częstotliwość. Granice poszczególnych zakresów są umowne i nieostre. Należy je traktować szacunkowo, promieniowanie o tej samej długości może być nazywane falą radiową lub mikrofalą – w zależności od kontekstu. Granice promieniowania gamma i promieniowania rentgenowskiego często rozróżnia się z kolei ze względu na źródło tego promieniowania. Najdokładniej określone są granice dla światła widzialnego, gdyż są one zdeterminowane fizjologią ludzkiego oka.



Fale radiowe |



 Osobny artykuł: Fale radiowe.



Schematyczny rysunek fali elektromagnetycznej promieniowanej przez antenę dipolową.


Fale radiowe znajdują bardzo szerokie zastosowanie w telekomunikacji, radiofonii, telewizji, radioastronomii i wielu innych dziedzinach nauki i techniki.


W technice podstawowym źródłem fal radiowych są anteny zasilane prądem przemiennym odpowiedniej częstotliwości. Wiele urządzeń generuje też zakłócenia będące falami radiowymi, wymienić tu można na przykład: zasilacze impulsowe, falowniki i regulatory tyrystorowe, piece indukcyjne, spawarki, zapłon iskrowy silników samochodowych, iskrzące styki urządzeń elektrycznych.


Naturalne źródła fal radiowych to między innymi wyładowania atmosferyczne, zorze polarne, radiogalaktyki.


W atmosferze propagacja fal radiowych jest dosyć skomplikowana, zachodzą różnorodne odbicia i ugięcia fali w niektórych warstwach atmosfery. Przebieg tych zjawisk zależy zarówno od długości fali, jak i własności powietrza zależnych od pory dnia, pogody, położenia geograficznego.



Mikrofale |



 Osobny artykuł: Mikrofale.



Fala elektromagnetyczna (mod TE31) rozchodząca się w falowodzie mikrofalowym. Pole elektryczne skierowane jest w kierunku x, Kolory jasne i ciemne oznaczają przeciwne jego zwroty.


W zależności od metody wytwarzania niekiedy mikrofale są zaliczane do fal radiowych[2], albo do podczerwieni[3].


Podstawowe zastosowania mikrofal to łączność (na przykład telefonia komórkowa, radiolinie, bezprzewodowe sieci komputerowe) oraz technika radarowa. Fale zakresu mikrofalowego są również wykorzystywane w radioastronomii, a odkrycie mikrofalowego promieniowania tła miało ważne znaczenie dla rozwoju i weryfikacji modeli kosmologicznych. Wiele dielektryków mocno absorbuje mikrofale, co powoduje ich rozgrzewanie i jest wykorzystywane w kuchenkach mikrofalowych, przemysłowych urządzeniach grzejnych i w medycynie.


W elektronice mikrofalowej rozmiary elementów i urządzeń są porównywalne z długością fali przenoszonego sygnału. Powoduje to, że przy analizie obwodów nie można stosować elementów o stałych skupionych. Do prowadzenia mikrofal używane są falowody. Do wzmacniania i generacji sygnałów mikrofalowych służą masery, specjalne lampy mikrofalowe oraz mikrofalowe elementy półprzewodnikowe.



Podczerwień |



 Osobny artykuł: Podczerwień.



Termowizyjne zdjęcie budynku.


Promieniowanie podczerwone jest nazywane również cieplnym, szczególnie gdy jego źródłem są nagrzane ciała. Każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje takie promieniowanie, a ciała o temperaturze pokojowej najwięcej promieniowania emitują w zakresie długości fali rzędu 10 μm. Przedmioty o wyższej temperaturze emitują promieniowanie o większym natężeniu i mniejszej długości, co pozwala na zdalny pomiar ich temperatury i obserwację za pomocą urządzeń rejestrujących wysyłane promieniowanie.


Technika rejestracji promieniowania podczerwonego emitowanego przez obiekty o temperaturach spotykanych w codziennych warunkach to termowizja. Umożliwia ona zobrazowanie obiektów w ciemności oraz pomiar temperatury w poszczególnych punktach ich powierzchni. Jest wykorzystywana między innymi w nauce, pożarnictwie, medycynie, wojskowości, w diagnostyce urządzeń mechanicznych i obwodów elektrycznych, oraz do oceny izolacji termicznej budynków.


W paśmie promieniowania podczerwonego są prowadzone obserwacje astronomiczne i meteorologiczne. Promieniowanie to znalazło zastosowanie w technice grzewczej. Jest również stosowane do przekazu informacji – do transmisji danych w światłowodach i układach zdalnego sterowania.


Spektroskopia w podczerwieni umożliwia identyfikację organicznych związków chemicznych i badanie ich struktury.



Światło widzialne |



 Osobny artykuł: Światło widzialne.



Światło widzialne na tle całego spektrum fal elektromagnetycznych.


Światło (promieniowanie widzialne) to ta część widma promieniowania elektromagnetycznego, na którą reaguje zmysł wzroku człowieka. Różne zwierzęta mogą widzieć w nieco różnych zakresach.


Światło jest tylko w niewielkim stopniu absorbowane przez atmosferę ziemską i przez wodę. Ma to duże znaczenie dla organizmów żywych, zarówno wodnych, jak i lądowych.


Światło ma bardzo duże znaczenie w nauce i wiele zastosowań w technice. Dziedziny nauki i techniki zajmujące się światłem noszą nazwę optyki.



Ultrafiolet |



 Osobny artykuł: Ultrafiolet.



Banknot oświetlony promieniowaniem ultrafioletowym. Widoczna fluorescencja zabezpieczenia w postaci paseczka.


Promieniowanie ultrafioletowe jest zaliczane do promieniowania jonizującego, czyli ma zdolność odrywania elektronów od atomów i cząsteczek. W dużym stopniu określa to jego właściwości, szczególnie oddziaływanie z materią i na organizmy żywe.


Słońce emituje ultrafiolet w szerokim zakresie spektralnym, ale górne warstwy atmosfery ziemskiej (warstwa ozonowa) pochłaniają większość promieniowania z krótkofalowej części spektrum. Obserwacje astronomiczne w ultrafiolecie rozwinęły się dopiero po wyniesieniu ponad atmosferę przyrządów astronomicznych.


W technice ultrafiolet stosowany jest powszechnie. Powoduje świecenie (fluorescencję) wielu substancji chemicznych. W świetlówkach ultrafiolet wytworzony na skutek wyładowania jarzeniowego pobudza luminofor do świecenia w zakresie widzialnym. Zjawisko to wykorzystuje się również do zabezpieczania banknotów i w analizie chemicznej (Spektroskopia UV). Ultrafiolet o małej długości fali jest wykorzystywany do sterylizacji (wyjaławiania) pomieszczeń.


Niektóre owady, na przykład pszczoły, widzą w bliskiej światłu widzialnemu części widma promieniowania ultrafioletowego, również rośliny posiadają receptory ultrafioletu.



Promieniowanie rentgenowskie |



 Osobny artykuł: Promieniowanie rentgenowskie.



Zdjęcie rentgenowskie uszkodzonej świetlówki.


Promieniowanie rentgenowskie jest promieniowaniem jonizującym.


Technicznie promieniowanie rentgenowskie uzyskuje się przeważnie poprzez wyhamowywanie rozpędzonych cząstek naładowanych.
W lampach rentgenowskich są to rozpędzone za pomocą wysokiego napięcia elektrony hamowane na metalowych anodach. Źródłem wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego są również przyspieszane w akceleratorach cząstki naładowane.
Promieniowanie rentgenowskie jest wykorzystywane do wykonywania zdjęć rentgenowskich do celów defektoskopii i diagnostyki medycznej.


W zakresie promieniowania rentgenowskiego są również prowadzone obserwacje astronomiczne.



Promieniowanie gamma |



 Osobny artykuł: Promieniowanie gamma.



Gaussowski profil laserowej wiązki światła.


Promieniowania gamma jest promieniowaniem jonizującym.


Promieniowanie gamma towarzyszy reakcjom jądrowym, powstaje w wyniku anihilacji – zderzenie cząstki i antycząstki, oraz rozpadów cząstek elementarnych. Otrzymywane w cyklotronach promieniowanie hamowania i synchrotronowe również leży w zakresie długości fali promieniowania gamma, choć niekiedy bywa nazywane wysokoenergetycznym promieniowaniem rentgenowskim.


Promienie gamma mogą służyć do sterylizacji żywności i sprzętu medycznego. W medycynie używa się ich w radioterapii oraz w diagnostyce. Zastosowanie w przemyśle obejmują badania defektoskopowe. Astronomia promieniowania gamma zajmuje się obserwacjami w tym zakresie długości fal.



Mod fali elektromagnetycznej |



 Osobny artykuł: Mod (falowód).

Płaska fala elektromagnetyczna rozchodząc się w próżni w nieograniczonym obszarze jest falą poprzeczną, w której składowa elektryczna i magnetyczna są prostopadłe do siebie, a obie są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali. Fala elektromagnetyczna nie będąca falą płaską, lub rozchodząc się w ośrodku, lub w ograniczonym obszarze może mieć inny rozkład pola elektromagnetycznego. Charakterystyczne rozkłady pola elektromagnetycznego w propagującej fali nazywane są modami fali elektromagnetycznej.


Ze źródła punktowego rozchodzą się fale kuliste[4]. Każdą falę rozchodzącą się w nieskończonym bezstratnym ośrodku dielektrycznym, niezbyt blisko źródła, można uważać za kulistą, a dostatecznie mały jej wycinek za płaską[5].


Promieniowanie laserów często ma gaussowski profil wiązki charakteryzujący się rozkładem amplitudy natężenia pola elektrycznego w płaszczyźnie prostopadłej do osi wiązki opisanym funkcją Gaussa[6][7].


Mody fali elektromagnetycznej można podzielić na[8]:



  • falę poprzeczną (TEM od ang. Transverse ElectroMagnetic) – wektory natężenia pola elektrycznego i indukcji pola magnetycznego są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się fali;

  • TE (ang. Transverse Electric) – mody, dla których wektor natężenia pola elektrycznego jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali, a wektor indukcji pola magnetycznego nie;

  • TM (ang. Transverse Magnetic) – mody, dla których wektor indukcji pola magnetycznego jest prostopadły do kierunku rozchodzenia się fali, a wektor natężenia pola elektrycznego nie;

  • mody hybrydowe – mody nie będące żadnym z powyższych – zarówno pole elektryczne, jak i magnetyczne mają niezerowe składowe w kierunku ruchu.


Mod propagującej fali jest zdeterminowany przez rodzaj i kształt ośrodka, w którym rozchodzi się fala i przez jego granice. Charakterystyczne mody drgań występują przy propagacji mikrofal w falowodach i światła w światłowodach.



Polaryzacja fali elektromagnetycznej |



 Osobny artykuł: Polaryzacja fali.

Polaryzacja fali elektromagnetycznej to charakterystyczne zachowanie się kierunków wektorów pola elektrycznego i magnetycznego. Przyjęto, że polaryzację fali elektromagnetycznej określa się dla jej składowej elektrycznej (składowa magnetyczna jest do niej prostopadła).



  • Polaryzacja jest liniowa, jeżeli w wybranym punkcie przestrzeni kierunek wektora natężenia pola elektrycznego jest cały czas taki sam.

  • Przy polaryzacji kołowej wartość natężenia pola elektrycznego jest stała, a jego kierunek zatacza okrąg w czasie jednego okresu fali.

  • Przy polaryzacji eliptycznej natężenie pola elektrycznego zmienia wartość i kierunek tak, że koniec jego wektora zatacza elipsę.

  • Istnieją bardziej złożone typy polaryzacji[9].



Energia fali elektromagnetycznej |





Radiometr Crookesa – energia padającej fali świetlnej zmieniona w energię cieplną jest w stanie uruchomić wiatraczek.


W fali elektromagnetycznej jej pola elektryczne i magnetyczne niosą ze sobą energię. W próżni i jednorodnym idealnym dielektryku składowe elektryczne i magnetyczne niesionej energii są sobie równe, natomiast w ośrodku o niezerowym przewodnictwie elektrycznym są różne[10].


Choć w elektrodynamice klasycznej energię promieniowania elektromagnetycznego uważa się za wielkość ciągłą, zależną jedynie od natężenia pola elektrycznego i indukcji pola magnetycznego, to zjawiska zachodzące na poziomie atomowym dowodzą, że jest ona skwantowana[a]. Energia pojedynczego kwantu jest zależna tylko od częstotliwości fali ν{displaystyle nu }nu i wynosi



E=hν{displaystyle E=hnu }{displaystyle E=hnu },

gdzie h jest stałą Plancka.



Wektor Poyntinga |



 Osobny artykuł: Wektor Poyntinga.

Strumień energii przenoszonej przez falę elektromagnetyczną w każdym punkcie przestrzeni określa wektor Poyntinga zdefiniowany jako


S→=1μ0E→×B→,{displaystyle {vec {S}}={frac {1}{mu _{0}}}{vec {E}}times {vec {B}},}vec{S} = frac{1}{mu_0}vec{E} times vec{B},

gdzie




μ0{displaystyle mu _{0}}mu _{0} – przenikalność magnetyczna próżni


E→{displaystyle {vec {E}}}vec{E} – natężenie pola elektrycznego


B→{displaystyle {vec {B}}}{vec  {B}} – indukcja pola magnetycznego.



Pęd i ciśnienie fali elektromagnetycznej |




Biegnąca fala elektromagnetyczna


Biegnąca fala elektromagnetyczna niesie ze sobą pęd równy



p→=Wck^{displaystyle {vec {p}}={frac {W}{c}}{hat {k}}}{displaystyle {vec {p}}={frac {W}{c}}{hat {k}}},

gdzie:




W – energia niesiona przez falę,


c – prędkość światła,


k^{displaystyle {hat {k}}}hat k – wektor jednostkowy w kierunku rozchodzenia się fali.


Fala odbita lub pochłonięta przekazuje ten pęd wywierając ciśnienie. Pomiar ciśnienia promieniowania słonecznego przeprowadzony przez Lebiediewa w 1900 roku był pierwszym ilościowym potwierdzeniem teorii fali elektromagnetycznej Maxwella.



Prędkość fali elektromagnetycznej |



 Osobny artykuł: Prędkość światła.

Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni jest stała, nie zależy od jej częstości ani układu odniesienia. Nazywa się ją prędkością światła. Jest ważną stałą fizyczną, a jej wartość wynosi około 3·108m/s. W ośrodkach materialnych prędkość fali elektromagnetycznej (rozchodzenia się fotonów) jest zawsze mniejsza niż w próżni.



Oddziaływanie fali elektromagnetycznej z materią |


Rozchodzenie się fali w ośrodkach zależy zarówno od właściwości tych ośrodków, jak i częstotliwości fali.



  • Gdy długość fali jest duża w porównaniu z odległościami między cząsteczkami ośrodka może on być traktowany jako ciągły. Gdy jest dielektrykiem, fala się w nim rozchodzi, ale zmienia się jej prędkość i długość. W ośrodkach przewodzących rozchodząca się fala jest tłumiona, tym bardziej, im lepsze jest ich przewodnictwo[4]. Również straty dielektryczne powodują tłumienie fali. W dobre przewodniki (metale) fale o tej długości wnikają jedynie na niewielką głębokość, natomiast silnie odbijają się[11].

  • Gdy długość fali jest porównywalna z odległościami międzyatomowymi (rzędu nm – promieniowanie rentgenowskie) w jej oddziaływaniu z ośrodkiem zaczynają przeważać efekty dyfrakcyjne.

  • Gdy długość fali jest mała w porównaniu z odległościami międzyatomowymi nazywamy promieniowanie przenikliwym, gdyż ma dużą zdolność penetracji materii. Kwanty promieniowania o małej długości mają jednak tak dużą energię, że mogą jonizować atomy i rozbijać cząsteczki.

  • W dużym stopniu pochłaniane są również kwanty promieniowania o energii odpowiadającej różnicy poziomów energetycznych elektronów i cząsteczek w materiale (pochłanianie rezonansowe).



Opis teoretyczny |


Rozchodzenie się fal elektromagnetycznych opisują równania Maxwella. W pustej przestrzeni (próżni) nie zawierającej ładunków (źródeł) redukują się one do[12]:



2E→0∂2∂t2E→{displaystyle nabla ^{2}{vec {E}}=mu _{0}varepsilon _{0}{frac {partial ^{2}}{partial t^{2}}}{vec {E}}}nabla^2 vec {E} = mu_0 varepsilon_0 frac{partial^2}{partial t^2} vec {E}

2B→0∂2∂t2B→{displaystyle nabla ^{2}{vec {B}}=mu _{0}varepsilon _{0}{frac {partial ^{2}}{partial t^{2}}}{vec {B}}}nabla^2 vec {B} = mu_0 varepsilon_0 frac{partial^2}{partial t^2} vec {B}


gdzie




B→{displaystyle {vec {B}}}vec {B} – wektor indukcji pola magnetycznego,


E→{displaystyle {vec {E}}}{vec  {E}} – wektor natężenia pola elektrycznego.


Równania te są liniowymi równaniami różniczkowymi fali rozchodzącej się z prędkością



c=1μ0{displaystyle c={frac {1}{sqrt {mu _{0}varepsilon _{0}}}}}c = frac{1}{sqrt{mu_0 varepsilon_0}},

gdzie




c – prędkość światła w próżni,


ε0 – przenikalność elektryczna próżni,


μ0 – przenikalność magnetyczna próżni.


W nieprzewodzącym bezstratnym ośrodku o względnej przenikalności elektrycznej εr i względnej przenikalności magnetycznej μr prędkość fali wyniesie


cosr=1μ0=cμr{displaystyle c_{osr}={frac {1}{sqrt {mu _{r}mu _{0}varepsilon _{r}varepsilon _{0}}}}={frac {c}{sqrt {mu _{r}varepsilon _{r}}}}}c_{osr} = frac{1}{sqrt{mu_r mu_0 varepsilon_r varepsilon_0}} = frac{c}{sqrt{mu_r varepsilon_r}}

Dla fali płaskiej rozchodzącej się w kierunku x niektóre rozwiązania powyższych równań różniczkowych mają postać:



E(x,t)=E0sin⁡(2πνt−λx){displaystyle E(x,t)=E_{0}sin left(2pi nu t-{frac {2pi }{lambda }}xright)}E(x,t)=E_{0}sin left( 2pi nu t-frac{2pi }{lambda }x right)

B(x,t)=B0sin⁡(2πνt−λx){displaystyle B(x,t)=B_{0}sin left(2pi nu t-{frac {2pi }{lambda }}xright)}B(x,t)=B_{0}sin left( 2pi nu t-frac{2pi }{lambda }x right)


gdzie




E0{displaystyle E_{0}}E_{0} – amplituda natężenia pola elektrycznego,


B0{displaystyle B_{0}}B_{0} – amplituda indukcji pola magnetycznego,


ν{displaystyle nu }nu – częstotliwość fali,


λ{displaystyle lambda }lambda – długość fali.


Równania Maxwella i ich rozwiązanie pozwoliły połączyć pole elektryczne i magnetyczne w jedno pole elektromagnetyczne i pokazać, że ma ono taką samą naturę jak światło.



Fala elektromagnetyczna w fizyce kwantowej |



 Osobny artykuł: foton.

Fizyka kwantowa opisuje promieniowanie elektromagnetyczne jako strumień fotonów – niepodzielnych paczek falowych. Fotony są nieposiadającymi masy cząstkami elementarnymi, ich energia i pęd zależą od częstotliwości (a co za tym idzie od długości fali λ{displaystyle lambda }lambda ):



E=hν=hcλ{displaystyle E=hnu ={frac {hc}{lambda }}}E = hnu = frac{h c}{lambda}

p=hνc=hλ{displaystyle p={frac {hnu }{c}}={frac {h}{lambda }}}p = frac{hnu}{c} = frac{h}{lambda}



Tabela Widma elektromagnetycznego[13] |




























Oznaczenie
Częstotliwość (Hz)
Długość fali
Prąd zmienny

Telefonia przewodowa


16 do 10²

10² do 10⁴


18 000 do 3000 km

3000 do 30 km


Fale Hertza

Fale długie


Fale średnie


Fale krótkie


Fale ultrakrótkie


Mikrofale


10⁴ do 10¹³

1,5 * 10⁵ do 3 * 10⁵


0,5 * 10⁶ do 2 * 10⁶


0,6 * 10⁷ do 2 * 10⁷


0,2 * 10⁸ do 3 * 10⁸


3 * 10⁸ do 10¹³


30 km do 0,03 mm

2000 do 1000 m


600 do 150 m


50 do 15 m


15 do 1 m


1 m do 0,03 mm


Fale świetlne:

 Podczerwień


 Światło widzialne


 Nadfiolet


10¹² do 3 * 10¹⁶

10¹² do 4 * 10¹⁴


4 * 10¹⁴ do 8 * 10¹⁴


8 * 10¹⁴ do 3 * 10¹⁶


0,03 mm do 5 nm

0,03 mm do 790 nm


790 do 390 nm


390 do 5 nm


Promienie Roentgena

Promienie gamma


Promienie kosmiczne


3 * 10¹⁶ do 3 * 10²⁰

10¹⁸ do 10²²


10²² do 10²⁴


10 nm do 1 pm

300 pm do 0,03 pm


0,03 pm do 0,0003 pm




Zobacz też |



  • detektory promieniowania elektromagnetycznego

  • promieniowanie niejonizujące

  • promieniowanie jonizujące

  • promieniowanie naturalne

  • skażenie elektromagnetyczne

  • Astronomia obserwacyjna – fale elektromagnetyczne w atmosferze ziemskiej



Uwagi |




  1. Z makroskopowego punktu widzenia energia światła może być praktycznie rzeczywiście dowolna, gdyż jednowatowe źródło promieniowania emituje w ciągu sekundy 1018 fotonów. Podobnie substancję uważamy za ciągłą w skali makroskopowej ze względu na mały rozmiar pojedynczego atomu.



Przypisy |




  1. Wróblewski 2006 ↓.


  2. Litwin 1969 ↓, s. 421.


  3. Szczeniowski 1980 ↓, s. 511.


  4. ab Januszajtis 1991 ↓, s. 251.


  5. Januszajtis 1991 ↓, s. 252.


  6. Newport Corporation. Gaussian Beam Optics Tutorial. [dostęp 2010-11-30]. [zarchiwizowane z tego adresu].


  7. Encyclopedia of Laser Physics and Technology – Gaussian beams, laser beam, fundamental transverse modes. [dostęp 2010-11-30].


  8. Litwin 1969 ↓, s. 249–251.


  9. Generation of a radially polarized beam.... [dostęp 2010-12-02].


  10. Januszajtis 1991 ↓, s. 287.


  11. Szczeniowski 1980 ↓, s. 508.


  12. Januszajtis 1991 ↓, s. 244–245.


  13. WSiP 1984 ↓, s. 165.



Bibliografia |



  • Andrzej Januszajtis: Fale. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1991. ISBN 83-01-09708-6.

  • Romuald Litwin: Teoria pola elektromagnetycznego. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo Techniczne, 1969.

  • Szczepan Szczeniowski: Elektryczność i magnetyzm: podręcznik dla studentów szkół wyższych. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1980. ISBN 83-01-02582-4.

  • Andrzej Kajetan Wróblewski: Historia fizyki: od czasów najdawniejszych do współczesności. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2006. ISBN 83-01-14635-4.


  • Tablice Matematyczne, Fizyczne, Chemiczne i astronomiczne. Warszawa: Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, 1984. ISBN 83-02-00763-3.


Literatura |


  • Szczepan Szczeniowski: Optyka: podręcznik dla studentów szkół wyższych. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1963.


Linki zewnętrzne |



  • Wykład o falach elektromagnetycznych dla niefizyków

  • Fale elektromagnetyczne









Popular posts from this blog

Morgemoulin

Scott Moir

Souastre