A teljes elektromágneses spektrum Fizika 11. Rezgések és hullámok 2019. március 9. Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 1 / 18
Tartalomjegyzék 1 A Maxwell-egyenletek Gauss-törvény Faraday-törvény Gauss-törvény (mágnesség) Ampère-törvény 2 Az elektromágneses hullámok Maxwell jóslata Hertz kísérleti bizonyítéka A hullám jellemzése 3 A teljes EM spektrum Rádióhullámok Mikrohullámok Infravörös sugárzás A fény Ibolyántúli sugárzás Röntgensugárzás Gamma-sugárzás 4 Kérdések Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 2 / 18
A Maxwell-egyenletek Gauss-törvény Gauss-törvény Az elektromos mező forrásos, a forrásai az elektromos töltések. Ψ Ö = Q ɛ 0 Ψ Fluxus: a felületen átmenő erővonalak száma. Ψ Ö Itt egy zárt felületre összegzünk előjelesen. Q A bent lévő töltések. Dielektromos állandó: 12 As ɛ 0 = 8, 8542 10 Vm 1. ábra. A pozitív töltésekből elektromos erővonalak mennek a negatívakba. Az erővonalak az E térerősségvektort jelképezik. Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 3 / 18
A Maxwell-egyenletek Faraday-törvény Faraday-törvény A változó mágneses mező maga körül elektromos mezőt hoz létre a Lenz-törvény alapján. U Az indukált feszültség. N A tekercs menetszáma. Φ A mágneses tér fluxusa. Φ t Fluxusváltozás sebessége. U = N Φ t 2. ábra. A feszültség mindig olyan irányú áramot hoz létre, mely mágneses hatásával akadályozza az őt létrehozó hatást. Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 4 / 18
A Maxwell-egyenletek Gauss-törvény (mágnesség) Gauss-törvény (mágnesség) A mágneses mező forrásmentes. Nincs mágneses monopólus. Nem létezik külön északi és déli pólus, csak párban. Ha egy mágnest kettétörünk, mindkét darabnak lesz északi és déli pólusa is. A mágneses erővonalak önmagukba záródnak, egymást nem keresztezhetik. A mezőt áramok hozzák létre. 3. ábra. A Föld mágneses mezője. Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 5 / 18
A Maxwell-egyenletek Ampère-törvény Ampère-féle gerjesztési törvény Az áram és a változó elektromos mező, mágneses teret hoz létre a jobbkéz-szabály alapján. I A drótban folyó áramerősség nagysága. B A létrehozott mágneses mező nagysága. Az eltolási áram, a változó elektromos mező is gerjeszt mágneses mezőt: I d = ɛ 0 Ψ E t 4. ábra. Az elektromos áram által keltett mágneses mező. Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 6 / 18
Az elektromágneses hullámok Maxwell jóslata Maxwell jóslata Maxwell felírta az egyenleteket 1864-ben. Egyesítette az elektromosság és a mágnesesség jelenségeit. Rajta van a pólón. Kiegészítette az Ampère-törvényt. Bemutatta a királyi tanácsnak munkáját. Az egyenleteknek egy megoldása egy hullám. 5. ábra. James Clerk Maxwell (1831 1879), skót matematikus-fizikus. Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 7 / 18
Az elektromágneses hullámok Maxwell jóslata Maxwell jóslata "Ez a sebesség olyan közel esik a fényéhez, hogy erős okunk van feltételezni, hogy a fény maga - beleértve a hősugárzást és a többi sugárzást ha létezik - elektromágneses zavar, mely hullám formájában terjed az elektromágneses térben az elektromágnesesség törvényei szerint." 6. ábra. Az elektromos és mágneses mező hullámzik, fénysebességgel halad előre a térben. Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 8 / 18
Az elektromágneses hullámok Hertz kísérleti bizonyítéka Hertz kísérleti bizonyítéka Heinrich Rudolf Hertz (1857 1894) német fizikus 1883-ban tanulmányozta Maxwell egyenleteit. 1886-ban mutatta ki, hogy szikrakisülés közben egy elektromágneses hullám keletkezik. Bizonyította, hogy a fény és a hősugárzás is EM hullám. Úgy gondolta, hogy nem lehet semmire felhasználni. 7. ábra. "It s of no use whatsoever this is just an experiment that proves Maestro Maxwell was right we just have these mysterious electromagnetic waves that we cannot see with the naked eye. But they are there." Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 9 / 18
Az elektromágneses hullámok A hullám jellemzése A hullám jellemzése Az elektromágnes hullámban az elektromos és mágneses mező változik. E és B jobbcsavart alkotnak a terjedés irányával. Két maximum távolsága a λ hullámhossz. Fénysebességgel terjed: c = λ f = 299792458 m s 8. ábra. Az EM hullám terjedése Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 10 / 18
A teljes EM spektrum A teljes EM spektrum 9. ábra. A teljes EM spektrum videó Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 11 / 18
A teljes EM spektrum Rádióhullámok Rádióhullámok Hosszúhullám: a hullámok követik a Föld görbületét. Középhullám Rövidhullám: a felszín és az ionoszféra között visszaverődve haladnak. Ultrarövid hullám: közvetlen rálátás szükséges AM rádió működése FM rádió működése Rádiócsillagászat Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 12 / 18
A teljes EM spektrum Mikrohullámok Mikrohullámok A mikrohullámú sütő működése Bluetooth, Wi-Fi, radar fázismodulációja Kozmikus háttérsugárzás: az ősrobbanás bizonyítéka Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 13 / 18
A teljes EM spektrum Infravörös sugárzás Infravörös sugárzás Felfedezése Felhasználása Hatása az emberre Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 14 / 18
A teljes EM spektrum A fény A fény Látás Fénysebesség mérése Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 15 / 18
A teljes EM spektrum Ibolyántúli sugárzás Ibolyántúli sugárzás Hullámhossz határai Felfedezése. Mire használják? Hatása az emberre. Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 16 / 18
A teljes EM spektrum Röntgensugárzás Röntgensugárzás Hullámhossz határai Felfedezése. Mire használják? Hatása az emberre. Ionizáló hatású Karakterisztikus sugárzás Fékezési sugárzás Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 17 / 18
A teljes EM spektrum Gamma-sugárzás Gamma-sugárzás Felfedezése Sokáig a fénytől függetlennek hitték. Hullámhossz határai Hol keletkezik? Mire használják? Hatása az emberre. Ionizáló hatású Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 18 / 18
Kérdések 1 Hogyan szól szövegesen a négy Maxwell-egyenlet? 2 Hogyan működik az AM-rádió? Na és az FM-rádió? 3 Milyen modulációt használnak a Wi-Fi és a GPS használata során? 4 Hogyan működik a mikrohullámú sütő? 5 Miben hasonlít az UV-sugárzás a kék fényhez és miben tér el tőle? 6 Mire használható az UV sugárzás? 7 A naptej faktorszáma mit jelent? 8 Ki és hogyan fedezte fel az infrasugárzást? 9 Ki és hogyan fedezte fel az UV-sugárzást? 10 Mi a karakterisztikus és mi a fékezési röntgensugárzás? 11 Írd le röviden, hogy működik az RFA! 12 Miben tér el a hullámhosszt leszámítva az RTG és a γ-sugárzás? 13 Miért pont azokat a hullámhosszokat észleljük, amiket látunk? 14 Hogyan határozható meg a fény sebessége? Mutass egy módszert! Fizika 11. (Rezgések és hullámok) A teljes elektromágneses spektrum 2019. március 9. 18 / 18