Vypracovali: J.Horváth, B. Horváthová
Teóriu elektromagnetického poľa vypracoval anglický fyzik Jame Clark Maxwell (1831-1879). Okolo kmitajúcej častice s nábojom sa vytvorí periodicky premenné elektromagnetické pole, ktoré sa šíri priestorom – nazýva sa elektromagnetické vlnenie.
Elektromagnetické vlnenie nevznikne iba okolo kmitajúcej častice s nábojom, ale aj okolo každého elektricky nabitého objektu, ktorý sa pohybuje so zrýchlením a≠0. Hovoríme, že elektricky nabité objekty pohybujúce sa s nenulovým zrýchlením vyžarujú do priestoru elektromagnetické vlnenie. Preto sa elektromagnetické vlnenie nazýva elektromagnetické žiarenie.
Kým v elektrostatickom poli bodového náboja klesá veľkosť elektrickej intenzity s druhou mocninou vzdialenosti od náboja, amplitúda vektora E (aj B) v elektromagnetickom vlnení klesá s prvou mocninou vzdialenosti od zdroja. Preto je elektromagnetické vlnenie vhodné na prenos informácií na veľké vzdialenosti. Elektromagnetické vlnenie prenáša energiu. Energia harmonického elektromagnetického vlnenia s frekvenciou ƒ je priamo úmerná štvrtej mocnine frekvencie. Preto na prenos informácii na veľké vzdialenosti sa používa elektromagnetické vlnenie s vysokými frekvenciami.
Sú dva základné spôsoby vzniku elektromagnetického vlnenia:
1. Zdrojom elektromagnetického vlnenia sú elektricky nabité častice konajúce zrýchlený pohyb. Tento mechanizmus sa využíva pri vysielaní TV alebo rádiových vĺn, keď anténou vysielača prechádzajú striedavé prúdy s istou frekvenciou. Podobne žiari vlákno žiarovky, v kt. atómy a elektróny konajú zrýchlený pohyb vplyvom vysokej teploty vlákna. Analogicky žiari aj Slnko alebo rozžeravené teleso.
2. Zdrojom elektromagnetického vlnenia môžu byť atómy, ak v ich obale alebo jadre nastanú zmeny napr.: zmena stavu elektrónu v obale alebo radioaktívne premeny v jadre. Takto vzniká žiarenie γ.
Rozsah vlnových dĺžok elektromagnetického vlnenia je veľmi veľký. Podstata elektromagnetických vlnení rôznych vlnových dĺžok je rovnaká, líšia sa spôsobom vzniku a niektorými vlastnosťami, napr.: schopnosťou prenikať látkami atď.
Súbor vlnových dĺžok elektromagnetického vlnenia sa nazýva spektrum elektromagnetického vlnenia (žiarenia).
Spektrum elektromagnetického žiarenia tvoria:
1) rádiové vlny,
2) infračervené žiarenie,
3) viditeľné svetlo,
4) ultrafialové žiarenie,
5) röntgenové žiarenie,
6) žiarenie γ.
1) Rádiové vlny :
a) dlhé vlny DV ; λ = (10 4 až 10 3 )m;
b) stredné vlny SV ; λ = 10 2 m;
Pri šírení DV a SV sa využíva hlavne pohyb vlnenia pozdĺž zemského povrchu. Preto je ich príjem možný aj za prekážkami a v členitom teréne.
c) krátke vlny KV ; λ = 10 1 m. Pri ich šírení sa využíva ich odraz od vrstvy vzduchu –ionosféry. Ionosféra začína vo výške 60 až 80 km nad zemským povrchom. Ultrafialové žiarenie rozkladá jej molekuly na ióny a voľné elektróny. Preto sa táto vrstva správa voči EMŽ ako vodivá plocha od ktorej sa KV odrážajú a môžu sa dostať do veľkej vzdialenosti od vysielača. Nevýhoda – vplyvom slnečného žiarenia sa v priebehu dňa a roka stav ionosféry mení a preto sa menia aj podmienky šírenia sa KV.
DV, SV, KV – šíri sa nimi rozhlasový signál.
d) veľmi krátke vlny VKV ; λ = (10 až 1) m šírenie TV, rozhlasového signálu a rádiolokátory ( radary) – využívajú priamočiare šírenie VKV vĺn a ich odraz od vodivých prekážok. Vzdialenosť objektu sa určuje meraním času, ktorý uplynie medzi vyslaním impulzu EMV a jeho prijatím. Radar slúži na zisťovanie polohy lietadiel, lodí a mrakov v meteorológií.
e) mikrovlny - λ = (10- 1 až 10 - 4) m – mobilné telefóny, radary, satelity
2) INFRAČERVENÉ ŽIARENIE ( názov infra – pod, jeho frekvencia leží pod frekvenciou červeného svetla) λ = (10- 4 až 10 - 6) m: Objavil ho v roku 1800 anglický fyzik William Herschel (heršel)v žiarení Slnka. Jeho zdrojom je prakticky každé teleso. Dobre preniká hmlou, preto sa využíva na pozorovanie v hmle a v tme – infraďalekohľady rozlišujú ľudí, zvieratá a zohriate telesá od chladnejšieho prostredia. Využíva sa na navigáciu družíc.
Pôsobenie na človeka: priaznivé: zmierňuje bolesti kĺbov, zlepšuje krvný tlak, posilňuje imunitu, redukuje stres, zníženie únavy, strata hmotnosti;
nepriaznivé: spôsobuje popáleniny všetkých stupňov.
(Medzi elektromagnetické vlnenie patrí aj tepelné žiarenie. Vzniká pri tepelnom pohybe nabitých častíc. Tepelné žiarenie vyžaruje každé teleso, ktorého teplota je vyššia ako 0 K. Tepelné žiarenie telesa tvorí elektromagnetické vlnenie rôznych vlnových dĺžok v závislosti od teploty a zloženia telesa. Pri teplotách približne do 500 °C je prevažne infračervené. So zvyšovaním teploty pribúda energie vyžiarenej v oblasti viditeľného svetla.)
3) VIDITEĽNÉ ŽIARENIE - SVETLO: je elektromagnetické žiarenie s vlnovými dĺžkami od 780 nm do 380 nm, ktoré vyvoláva zrakový vnem.
4)ULTRAFIALOVÉ ŽIARENIE: (názov – ultra: nad – jeho frekvencia leží nad frekvenciou fialového svetla) je elektromagnetické žiarenie s vlnovými dĺžkami od 380 nm do 1000 nm. Jeho zdrojom sú napr.: telesá zahriate na veľmi vysokú teplotu, napr. Slnko alebo oblúkové výbojky. Kremenné sklo ho prepúšťa, obyčajné sklo ho pohlcuje (nedá sa opáliť za obyčajným sklom). Atmosféra ho tiež pohlcuje a preto sa viac opálime na horách ako v nížinách. Čiastočne je pohlcované ozónovou vrstvou, ktorá tak chráni život na zemi pred nepriaznivými účinkami UV žiarenia. Farebné látky jeho pôsobením vyblednú, ničí baktérie, používa sa na sterilizáciu pitnej vody. Ultrafialové žiarenie objavil v roku 1801 nemecký fyzik Ritter a anglický fyzik Wollaston.
Pôsobenie na človeka: priaznivé: tvorba vitamínu D, zlepšenie obranyschopnosti organizmu a svalovej výkonnosti, podporuje tvorbu červených krviniek;
nepriaznivé: dlhodobé pôsobenie spôsobuje rakovinu kože, vyššie dávky spôsobujú popáleniny, nepriaznivo pôsobí na zrak.
V poľnohospodárstve – klíčenie zemiakov.
Úlohy:
1) Čo je to spektrum elektromagnetického žiarenia a ako ho rozdeľujeme?
2) Stručne charakterizujte rádiové vlny a ich šírenie!
3) Popíšte pôsobenie ultrafialového žiarenia na človeka!
Použitá literatúra:
Ján Pišút a kol. – Fyzika pre 4.ročník gymnázia
Svoboda a kol. – Přehled stredoškolské fyziky