Elektromagnetsko zračenje

Izvor: Wikipedia
(Preusmjereno sa Elektromagnetni talas)
Elektromagnetizam
VFPt Solenoid correct2.svg
Ključne stavke
Elektricitet Magnetizam
Elektrostatika
Električni naboj 

Coulombov zakon  Električno polje  Električni fluks  Gaussov zakon  Električni potencijal  Elektrostatična indukcija  Električni dipolni moment 

Magnetostatika
Ampèreov zakon 

Električna struja  Magnetno polje  Magnetni fluks  Biot–Savartov zakon  Magnetni dipolni moment  Gaussov zakon za magnetizam 

Elektrodinamika
Slobodni prostor 

Lorentzov zakon sile  EMS  Elektromagnetna indukcija  Faradayjev zakon  Struja pomaka  Maxwellove jednačine  EM polje  Elektromagnetna radijacija  Liénard-Wiechertov potencijal  Maxwellov tenzor  Eddyjeva struja 

Električna mreža
Električna provodljivost 

Električni otpor  Kapacitivnost  Induktivnost  Impedanca  Resonantne šupljine  Talasovod 

Kovarijantna formulacija
Elektromagnetni tenzor 

EM tenzor napon-energija  Četiri-tok  Elektromagnetni četiri-potencijal

Ova kutijica: pogledaj  razgovor  uredi

Elektromagnetsko zračenje je kombinacija oscilujućeg električnog i magnetskog polja koja zajedno putuju kroz prostor u obliku međusobno upravnih valova. Ovo zračenje je nosilac elektromagnetske interakcije (sile) i može se interpretirati kao val ili kao čestica, ovisno o slučaju. Čestice koje određuju elektromagnetsko zračenje su fotoni.

Elektromagnetske valove je teorijski predvidio James Maxwell pokušavajući objasniti efekte indukcije električne struje u magnetskim poljima i obrnuto. Kasnije je Heinrich Rudolf Hertz potvrdio ovu teoriju proizvevši radiovalove koje je detektirao sa drugog kraja svoje laboratorije jednostavnom oscilacijom električne struje kroz provodnik (time demonstriravši primitivan oblik antene).

Svaki naboj promjenom brzine kretanja generira elektromagnetsko polje. Ova informacija se prostire kroz prostor brzinom svjetlosti i osobine odgovarajućeg elektromagnetskog vala su direktno vezane za dinamiku promjene kretanja električnog naboja. Ako postoji provodnik u kome naboj oscilira, generisani elektormagnetski val će imati istu frekvenciju osciliranja. Alternativno, ako se na elektromagnetsko zračenje gleda kao emisiju čestica (fotona), energija koju one nose je direktno vezana za valnu dužinu, odnosno učestalost vala. Što je veća učestalost to je veća energija fotona. Točan odnos je opisan Plankovom relacijom E = hν gde je E energija fotona h je Plankova konstanta, a ν je frekvencija vala.

Kao što oscilujuća električna struja u provodniku može proizvesti elektromagnetski val, takav val također može u nekom provodniku inducirati električnu struju iste oscilacije, na taj način omogućavajući transfer informacije od emitora ka prijemniku, što je osnova svih bežičnih komunikacija.

Osobine elektromagnetskog zračenja zavise od njegove valne dužine i kao takve se dijele na električne, radio i mikro-valove, zatim na infracrvenu, vidljivu i ultraljubičastu svjetlost, X-zrake i gama-zrake. Cijeli opseg valnih dužina elektromagnetskog zračenja se zove elektromagnetski spektar.

U vakuumu se elektromagnetski valovi prostiru brzinom svjetlosti, dok se pri prolasku kroz plinove ili tekućine dijelovi spektra mogu apsorbirati, odnosno rasipati pri kaotičnom kretanju čestica uslijed efekta ekscitacije atoma, pri čemu se val prestaje kretati pravolinijski pa je percepcija da se kreće sporije od brzine svjetlosti.

Elektromagnetski valovi[uredi - уреди]

Spektar elektromagnetskih valova

Sredinom 19. vijeka veliki izazov bio je poznat kao svjetlost, magnetizam i elektricitet. Vijek ranije Thomas Young je izmjerio valnu duljinu svjetlosti, William Gilbert je otkrio polaritet magneta i brojni istraživači su eksperimentirali s novim otkrićem – elektricitetom. Maxwell je 1865. napravio teoretski opis elektromagnetskih valova, ali se nije znalo kako ih proizvesti, iako je prema Maxwellu to trebalo biti moguće postići titranjem električne struje.

Prije je već bila određena frekvencija svjetlosti. Prema Maxwellovoj teoriji, svjetlost bi se morala vidjeti kada bi frekvencija EM (Elektromagnetskih) valova, koju bi proizvodio titrajni krug, bila jednaka frekvenciji svjetlosti. To je bilo točno samo nisu imali tako kvalitetnu opremu koja bi mogla proizvesti valove frekvencije veće od 1 GHz, što je puno manje od frekvencije svjetlosti. Tek je dvadeset godina kasnije Heinrich Hertz pokusom uspio pokazati povezanost elektromagnetnih valova sa svjetlošću. Taj eksperiment je puno pomogao u razumijevanju elektromagnetnog spektra, dokaz da se valovi mogu stvoriti i širiti kroz prostor.

Električno polje[uredi - уреди]

Električno polje je prostor oko naelektriziranog tijela u kojem se manifestira djelovanje na druga naelektrizirana tijela. Jačina električnog polja:

E = F/q

Nastanak elektromagnetskih valova[uredi - уреди]

Elektromagnetski valovi

Ako se u nekoj točki prostora stvori promjenjivo magnetsko polje ono će u susjednoj točki inducirati vrtložno električno polje koje je također promjenjivo. Ono će inducirati vrtložno magnetsko polje, a ovo vrtložno električno polje, itd. Na taj način nastaje elektromagnetski val. Proces širenja promjenljivo elektromagentskog polja kroz prostor naziva se elektromagentski val.

Brzina elektromagnetskih valova u vakuumu je c = 3 * 10^8 m/s, a to je brzina svjetlosti u vakuumu.

Valna dužina[uredi - уреди]

Valna dužina, simbol λ, je najmanja udaljenost dvije točaka iste faze pokreta jednog vala. Pri tome dvije točke su u fazi kada se na isti način u vremenskom razmaku pokrivaju i njihova amplituda ima isti smjer pokreta. Valna dužina elektromagnetskog vala je jednaka:

\lambda = \frac{c}{\nu}

Magnetsko polje[uredi - уреди]

Magnetsko polje je prostor u kojem se opaža djelovanje jednog magneta na druge magnete. Jačina magnetskog polja je:

H = B/μ

Maxwellove jednadžbe[uredi - уреди]

Glavni članak: Maxwellove jednadžbe

Maxwell je u svojim jednadžbama elektromagnetne valove objasnio jednadžbama za električna i magnetska polja. Prema tome EM valovi nastaju zato što:

Na taj način iz Maxwellovih jednadžbi slijedi niz uzajamnih promjena električnih polja koji se prostiru prostorom kao elektromagnetni valovi. Ti «lanci» električnih i magnetnih polja mogu se odvojiti od električnih naboja i struja te se slobodno širiti prostorom u obliku EM valova. Oni postoje i nakon što se ukloni njihov izvor. Polja su tada samostalna i mogu postojati i širiti se bez postojanja električnih naboja i struja.

Svojstva elektromagnetskih valova[uredi - уреди]

Elektromagnetski valovi imaju četiri važna svojstva:

  1. Za razliku od ostalih valova koji se šire nekim sredstvom, elektromagnetski se valovi mogu širiti vakuumom.
  2. Titrajuća električna i magnetska polja u linearno polariziranom elektromagnetskom valu su u fazi.
  3. Smjerovi električnoga i magnetnog polja u elektromagnetskom valu okomiti su jedan na drugi i oba su okomita na smjer širenja vala, što ih čini transverzalnim valovima.
  4. Brzina elektromagnetskih valova ovisi samo o električnim i magnetnim svojstvima medija kojim se šire, a ne ovise o amplitudi elektromagnetnog polja.

Za razliku od većine ostalih valova, za širenje elektromagnetskih valova nije potreban medij (npr. zrak, voda, valovod i sl.). Na putu kojem se elektromagnetski valovi šire ne trebaju titrati čestice nekog medija, nego pri širenju elektromagnetskog vala titraju električna i magnetska polja.

Elektromagnetske valove stvaraju električni naboji koji se gibaju akcelerirano. Ako električni naboj titra, on emitira kontinuirani elektromagnetski val, a ako ima samo kratkotrajnu akceleraciju, tada emitira pulsni elektromagnetski val.

Literatura[uredi - уреди]

  • Hecht, Eugene (2001). Optics (4th izd.). Pearson Education. ISBN 0-8053-8566-5. 
  • Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers (6th izd.). Brooks Cole. ISBN 0-534-40842-7. 
  • Tipler, Paul (2004). Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics (5th izd.). W. H. Freeman. ISBN 0-7167-0810-8. 
  • John Reitz, Milford, Frederick; Christy, Robert (1992). Foundations of Electromagnetic Theory (4th izd.). Addison Wesley. ISBN 0-201-52624-7. 
  • John David Jackson, J. D. Jackson (1999). Classical Electrodynamics (3rd izd.). John Wiley & Sons. ISBN 0-471-30932-X. 
  • Allen Taflove and Susan C. Hagness (2005). Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method, 3rd ed. Artech House Publishers. ISBN 1-58053-832-0. 
  • Magdy F. Iskander. Electromagnetic Fields & Waves. 
  • H. J. Pain (1971). The Physics of Vibrations and Waves. John Wiley & Sons. ISBN 0-471-65761-1.