Ηλεκτρομαγνητικά κύματα
Πώς ξεκίνησαν όλα αυτά;
Η έννοια ηλεκτρομαγνητικό κύμα γεννήθηκε μέσα στις λύσεις των εξισώσεων του Maxwell. James Clerk Maxwell Ο μεγάλος μαθηματικός και φυσικός γεννήθηκε στο Εδιμβούργο της Σκοτίας, το 1831. Οι εργασίες του, περισσότερο από κάθε άλλον επιστήμονα του 19ου αιώνα, επηρέασαν τη φυσική του 20ου αιώνα. Η μεγαλύτερη συνεισφορά του ήταν οι εργασίες του στον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό. Πέθανε το 1879.
Ο Maxwell στο έργο του «Μια πραγματεία στον ηλεκτρισμό και στο μαγνητισμό» (1873), παρουσιάζει τις 4 εξισώσεις, που σήμερα φέρουν το όνομά του. Οι εξισώσεις αυτές: εκφράζουν τους βασικούς νόμους του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού και ταυτόχρονα ενοποιούν τους, ως τότε, χωριστούς αυτούς τομείς της Φυσικής.
Ο Maxwell απέδειξε με τις εξισώσεις του την ύπαρξη κυμάτων ταλαντούμενου ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου, που ταξιδεύουν στο χώρο με ταχύτητα ίση με την ταχύτητα του φωτός. πρότεινε ότι το φως είναι μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.
Εφτά χρόνια μετά το θάνατο του Maxwell, ο γερμανός φυσικός Heinrich Rudolf Hertz αποδείχνει πειραματικά ότι ο Maxwell είχε δίκιο. Heinrich Rudolf Hertz (1857- 1894)
Ο Hertz: πέτυχε να δημιουργήσει στο εργαστήριο τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, που είχε προβλέψει ο Maxwell, χρησιμοποιώντας ταλαντούμενο ηλεκτρικό δίπολο. μέτρησε την ταχύτητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (πώς;) και την βρήκε, όπως είχε πει ο Maxwell, ίση με την ταχύτητα του φωτός. απέδειξε ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν τις ιδιότητες του φωτός: ανάκλαση, διάθλαση, πόλωση και συμβολή.
Συσκευές των πειραμάτων του Hertz Αριστερά πάνω και κάτω: Τα κυκλώματα του πομπού και του δέκτη Δεξιά πάνω: Ο πρώτος πομπός που χρησιμοποίησε ο Hertz. Δεξιά κάτω: Πομπός και δέκτης του Hertz.
Αυτό θα κάνει ο ιταλός Guglielmo Marconi. Τα πειράματά του Hertz όμως είχαν και μια πρακτική εφαρμογή, που δεν είχε δει ο ίδιος: την αξιοποίηση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στις τηλεπικοινωνίες. Αυτό θα κάνει ο ιταλός Guglielmo Marconi. Ο Marconi, το 1901, επιτυγχάνει την πρώτη διηπειρωτική τηλεπικοινωνία, ανοίγοντας το δρόμο που οδηγεί στο ραδιόφωνο, την τηλεόραση και τα σημερινά κινητά τηλέφωνα. Guglielmo Marconi (1874-1937)
http://www.colorado.edu/physics/2000/waves_particles/wavpart4.html Vibrating Charges and Electromagnetic Waves
Το ταλαντούμενο ηλεκτρικό δίπολο Τα ταλαντούμενα ηλεκτρικά δίπολα είναι ένας τρόπος παραγωγής Η/Μ κυμάτων.
Το ταλαντούμενο ηλεκτρικό δίπολο Ταλαντούμενα ηλεκτρικά δίπολα είναι οι κεραίες των ραδιοφωνικών και τηλεοπτικών πομπών.
Το ταλαντούμενο ηλεκτρικό δίπολο Καθώς τα ηλεκτρικά φορτία ταλαντώνονται, το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο απομακρύνονται από το δίπολο με την ταχύτητα c του φωτός. Μακριά από την κεραία τα κύματα είναι επίπεδα
Η ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell Όταν ένα ηλεκτρικό φορτίο ταλαντώνεται (και γενικότερα επιταχύνεται) τότε παράγει ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (Η/Μ). Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο είναι δύο σιαμαία πεδία: το ηλεκτρικό και το μαγνητικό. Κάθε ένα από αυτά τα πεδία είναι αδύνατον να υπάρξει το ένα χωρίς το άλλο.
με την πάροδο του χρόνου. η έντασή του Ε, μεταβάλλεται, Το ηλεκτρικό πεδίο του ηλεκτρομαγνητικού κύματος μεταβάλλεται χρονικά. Το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από ακίνητα ηλεκτρικά φορτία είναι χρονικά σταθερό. Δηλαδή σε ένα σημείο του χώρου, η έντασή του, δεν μεταβάλλεται, με την πάροδο του χρόνου. η έντασή του Ε, μεταβάλλεται, με την πάροδο του χρόνου.
με την πάροδο του χρόνου. η έντασή του Β, μεταβάλλεται, Το μαγνητικό πεδίο του ηλεκτρομαγνητικού κύματος μεταβάλλεται χρονικά. Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από ρεύματα σταθερής έντασης είναι χρονικά σταθερό. Δηλαδή σε ένα σημείο του χώρου, η έντασή του, δεν μεταβάλλεται, με την πάροδο του χρόνου. η έντασή του Β, μεταβάλλεται, με την πάροδο του χρόνου.
Πως διαδίδεται το Η-Μ πεδίο Σύμφωνα με τη θεωρία του Maxwell: Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο διαδίδεται στον χώρο με μηχανισμό κύματος. Κατά την διάδοση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε μια διεύθυνση, οι τιμές της έντασης Ε του ηλεκτρικού πεδίου υπακούουν στην και οι τιμές της έντασης Β του μαγνητικού πεδίου υπακούουν στην
Η συχνότητα του ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι ίση με τη συχνότητα της πηγής. Η ταχύτητα c διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος, είναι ίση με το πηλίκο Ε/Β, δηλ. Ε/Β = c Δηλαδή η τιμή της ταχύτητας c του ηλεκτρομαγνητικού κύματος, που εξάγεται από τις εξισώσεις του Maxwell, είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός!
Η διάδοση του ηλεκτρομαγνητικού κύματος
http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/emWave/emWave.html Η διάδοση του ηλεκτρομαγνητικού κύματος
Στιγμιότυπο ηλεκτρομαγνητικού κύματος Τα διανύσματα του ηλεκτρικού πεδίου Ε και του μαγνητικού πεδίου Β είναι κάθετα μεταξύ τους και κάθετα στη διεύθυνση διάδοσης του κύματος. Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι εγκάρσιο κύμα. Στιγμιότυπο ηλεκτρομαγνητικού κύματος
Το φάσμα της Η/Μ ακτινοβολίας Τα Η/Μ κύματα καλύπτουν ένα ευρύτατατο φάσμα συχνοτήτων (ή μηκών κύματος). Παρά τις τεράστιες διαφορές στην παραγωγή και στις εφαρμογές τους, όλα τα Η/Μ κύματα έχουν τα ίδια γενικά χαρακτηριστικά. Όλα διαδίδονται στο κενό με την ταχύτητα c του φωτός. Η συχνότητα τους f και το μήκος κύματός τους λ συνδέονται με τη σχέση:
Το φάσμα της Η/Μ ακτινοβολίας
Το φάσμα της Η/Μ ακτινοβολίας
Το ορατό φάσμα της Η/Μ ακτινοβολίας
Για το σπίτι Μελέτη: σ. 55-58 και 61-63. Ερωτήσεις: 2.13-2.16, 2.19-2.20 . Ασκήσεις: 2.37 Προβλήματα: