Colectie de date bibliografice legate de spectrul electromagnetic

Colectie de date bibliografice legate de spectrul electromagnetic ( de pe internet)

Radiația cosmică de fond este o formă de radiație electromagnetică care se găsește peste tot în Univers. Are temperatura de 2,725 K și frecvența de 160,4 GHz ce corespunde unei lungimi de undă de 1,9 mm, fiind încadrată în domeniul microundelor. Este cea mai concludentă dovadă pentru modelul Big Bang al apariției Universului. Aceasta poate fi detectată cu ajutorul unui radiotelescop ca o prezență constantă, ce nu are ca sursă vreo stea sau alt obiect ceresc.Conform teoriei Big Bangului, întreg universul - materie și energie - a explodat dintr-un singur punct foarte fierbinte numit singularitate. Universul în expansiune s-a răcit adiabatic iar o mare parte din energia inițială a fost transformată în materie. Totuși o cantitate de energie a rămas sub formă de fotoni. Aceasta este radiația cosmică de fond.Radiația de fond ne apare precum un corp negru perfect la limita preciziei instrumentelor de măsurare. Temperatura sa este de 2,728±0,002 K. Maximul de energie este radiat la o frecvență apropiată de 160 GHz.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a2/Wiens_law.svg

Radiația termică este radiația electromagnetică emisă de toate corpurile aflate în stare condensată, la temperaturi mai mari de zero absolut. Ea este generată de agitația termică a constituenților substanței (atomi, electroni, ioni) care sunt în același timp purtători de sarcini electrice. Legile lui Kirchhoff descriu proprietățile macroscopice ale interacției radiației termice cu substanța.

Pentru descrierea lor un rol central îl joacă radiația emisă de un corp perfect absorbant (corp negru). Spectrul radiației termice a corpului negru depinde numai detemperatura lui. Interpretarea teoretică a emisiei corpului negru de către Max Planck în 1901 a reprezentat fundamentarea [Mecanică cuantică|mecanicii cuantice], ca o ramură nouă a fizicii.

Radiația termică cuprinde toate frecvențele, însă - pentru o temperatură dată - atinge o intensitate maximă la o anumită lungime de undă. Când temperatura crește de la 3 K până la 7000 K, lungimea de undă pentru care se atinge maximul emisiei scade de la circa 1000 μm la aproximativ 0,4 μm (în conformitate cu legea de deplasare a lui Wien). La temperaturi obișnuite, cea mai mare parte a spectrului radiației termice se află în domeniul infraroșu; acesta se deplasează către lungimi de undă mici pe măsură ce temperatura corpului crește. Emisia radiației termice devine vizibilă în jurul temperaturii de 600 °C.

Radiația termică nu este polarizată (fiind produsă de sarcini electrice accelerate "haotic").

2.1. Scurt istoricIn cartea "Electricitatea şi magnetismul", publicată în 1873, James ClerkMaxwell a prevăzut – drept consecinţă a ecuaţiilor de câmp – posibilitatea de agenera / detecta unde electromagnetice.Ulterior, în anul 1883, George Francis Fitzgerald a observat că teoriaMaxwell sugerează faptul că acest tip de unde poate fi obţinut prin modificări(variaţii) ale curentului electric.In anul 1887 Heinrich Hertz a produs şi – ulterior – a detectat primeleunde radio (numite iniţial, din această cauză, unde herţiene ; ulterior undeleelectromagnetice având lungimi de undă "lungi" au fost rebotezate de cătreMarconi unde radiotelegrafice).Experimentele efectuate de Hertz (un genial experimentator) s-au bazat pedouă dispozitive, la construcţia cărora a depus o muncă titanică.Primul dispozitiv este – ceea ce numim astăzi – eclatorul lui Hertz

Transcript of Unde electromagnetice. Antena. Aplicatii.

Undele (radiatiile) electromagnetice pot fi grupate după fenomenul care stă la baza producerii lor. Astfel, radiaiile numite hertziene se datoreaza oscilatiei electronilor în circuitele oscilante LC sau în circuitele electronice speciale. Prin transformarea energiei interne a oricărui corp în energie electromagnetică rezultă radiatiile termice. Radiatiile electromagnetice, numite radiatiile de frânare, apar la frânarea brusca a electronilor în câmpul nucleului atomic. Radiatiile sincrotron (denumirea se datorează faptului că acest fenomen a fost pus în evidenă la o instalatie de accelerare a electronilor în câmp magnetic, numit sincrotron) si au originea în miscarea electronilor într-un câmp magnetic. Radiocomunicatia Clasificarea undelorelectromagnetice Radiocomunicatia este procesul de transmitere a informatiei la mare distantă ,folosind câmpul electromagnetic.Dezvoltarea unor tehnologii în domeniul telecomunicaiilor, utilizând câmpul electromagnetic a însemnat un salt calitativ si cantitativ pe scara evoluiei sociale. Aplicarea acestor tehnologii este posibilă datorită undelor electromagnetice. Camp electromagnetic.Unde electromagnetice Campul electromagnetic reprezinta ansamblu unor campuri electrice si campuri magnetice care oscileaza si se genereaza reciproc. Antena Radiolocatia Radiolocatia reprezinta procesul de determinare a existentei unui obiectin spatiu. Instalatia de radiolocatie (numita radiolocator) se compune din:emitatorreceptorsistem de antene Utilizari In navigatie, avioanele si vapoarele sunt dotate cu radiolocatoare, ca si aeroporturile care sunt prevazute cu acest echipament pentru a dirija traficul aerian, respectiv aterizarile si decolarile avioanelor. O asemenea antena se numeste dipol semiunda. Orice antenă are capacitatea sși inductanțta uniform distribuite pe toată lungimea. O antenă are aprox. o capacitate de 5 pF șsi o inductanțtă de 2 µH pe fiecare metru de lungime. Din cele prezentate mai sus, deducem că o antenă poate emite sau recepțtiona o singură frecventță, lungime de undă. Pentru a putea emite sau receptționa mai multe frecventțe cu aceeașsi antenă este necesar să modificăm lungimea acestei antenei. Nu este vorba de o modificare geometrică a antenei. „Lungimea” antenei se modifică prin inserarea în circuitul antenei a unei bobine șsi a unui condensator variabil. Bobina are rolul de a face antena să emită sau receptționeze lungimi de undă mai mari decât 2l (respectiv 4l, în cazul legării la Pământ), iar condensatorul lungimi de undă mai mici. Mai mult... Producerea undelor electromagnetice Dacă antena se leagă la pământ atunci: Procedeele de modulație cele mai utilizate sunt: Undele radio Un circuit oscilant închis desi produce câmp electromagnetic nu poate emite unde electromagnetice. Domeniul de frecventţă a acestor unde este cuprins între zeci de hertzi până la un gigahertz (1GHz = 10 la 9 Hz), adică au lungimea de undă cuprinsă între câţtiva km până la 30cm. Se utilizează în special în transmisiile radio sşi TV. După lungimea de undă se subîmpart în :unde lungi (2 km-600 m)unde medii (600-10 m)unde scurte (100-10 m) şunde ultrascurte (10 m-1cm) În natura: Orientarea liliecilor, spre exemplu, se bazeaza pe faptul ca acestia emit semnale în domeniul de frecventa al undelor ultrascurte, de frecvente intre 30 – 60 kHz. Liliacul, in zbor, emite în medie cca. 30 semnale pe secunda. O parte din acestea sunt recepionate de urechile mari ale liliacului sub forma de semnale ecou, dupa un timp cu atat mai scurt cu cat obstacolul este mai aproape. Pe masura apropierii de obstacol, liliacul emite din ce in ce mai multe semnale, intr-o secunda ajungand ca de exemplu la un metru de obstacol să emita pană la 60 semnale pe secunda. Aceasta permite liliacului să „simta” precis pozitia sa fată de obstacole. Se folosete un ansamblu de două circuite oscilante: unul închis si celălalt deschis, cuplate inductiv. Microundele Circuitul oscilant deschis se numete DIPOL . Sunt generate ca sşi undele radio de instalaţtii electronice. Lungimea de undă este cuprinsă între 30cm sşi 1mm. În mod corespunzător frecventţa variază între 10 la 9– 3·10 la 11Hz. Se folosesc în:- sistemele de telecomunicaţii, - în radar ş- în cercetarea sştiinţtifica la studiul proprietătţilor atomilor, moleculelor sşi gazelor ionizate.Se subîmpart în:-unde decimetrice,-centimetrice ş-milimetrice Se mai folosesc sși în domeniul casnic, cuptoarele cu microunde. Radiatţia infrarosşie Antena este un dipol folosit pentru emisia sau receptia undelor electromagnetice. Cea mai simplă antenă este un fir conductor izolat de pământ, de lungime: Aceeasși antenă poate fi folosită atât pentru emisia undei electromagnetice, cât sși pentru recepțtia aceleiasși unde. Cuprinde domeniul de lungimi de undă situată între 10 la -3 si 7,8·10 la -7 m (3·10 la 11-4·10 la 14 Hz).În general sunt produse de corpurile încălzite.În ultimul timp s-au realizat instalatţii electronice care emit unde infrarorşii cu lungimi de undă submilimetrice Radiaţia vizibilă Este radiaţia cu lungimea de undă cuprinsă între aproximativ 7,6·10(-7) m şi 4·10(-7) m Radiaţia ultravioletă Lungimea de undă a acestei radiaţii este cuprinsă în domeniul 3,8·10(-7) m şi 6·10(-10)m. Este generată de către moleculele şi atomii dintr-o descărcare electrică în gaze. Soarele este o sursă puternică de radiaţii ultraviolete. Radiaţia X (sau Röngen) Aceste radiaţtii au fost descoperite în 1895 de fizicianul german W.C.Röngen. Ele sunt produseîn tuburi speciale în care un fascicul de electroni accelerat cu ajutorul unei tensiuni electrice de ordinul zecilor de mii de voltți, bombardează un electrod. Radiaţtia gama Constituie regiunea superioară (3·10(18)-3·10(22)Hz) în clasificarea undelor electromagnetice în raport cu frecventţa lor. Sunt produse decătre nucleele atomilor. modulatia în amplitudine AM - asigura o calitate sonora mai slaba, dar este mai ieftin si mai simplu de implementat ; poate fi transmisa pe distante foarte mari;modulatia de frecventa FM- asigura o calitate audio mai buna datorita latimii de banda mai mari folosite. Cum functioneaza? Va multumim pentru atentie! Boboc AdelaDozsa PaulaMacarie Roxana Predescu IuliaSerbanescu Diana Functioneaza prin suprapunerea celor două tipuri de unde: unda de joasă frecventă, care contine informatia si poate fi auzită, peste unda de înaltă frecventă, care este suportul si se poate propaga pe distante mari. Unda electromagnetică, nou obtinută se numeste undă modulată. Acest fenomen se numeste modulatie si se realizează cu ajutorul unui circuit electronic numit modulator(emitator). La celălalt capăt exista un circuit care realizeaza fenomenul invers. Acest fenomen se numeste demodulatie, iar circuitul se numeste demodulator(receptor). Unda electromagnetica Propagarea unui camp electromagnetic in spatiu constituie o UNDA ELECTROMAGNETICA. PROPRIETATI James Maxwell Viteza de propagare a undelor electromagnetice Valorile instantanee ale intensitatii campului electric si ale inductantei campului magnetic au o dependenta armonica de timp Oscilatiile intensitatii campului electric sunt in faza cu oscilatiile intensitatii campului magnetic Intensitatea campului electric si inductanta campului magnetic oscileaza in doua plane perpendiculare intre ele si perpendiculare pe directia de propagare Undele electromagnetice transporta energia campului electric si a campului magnetic care se genereaza reciproc si care formeaza unda respectiva. Densitatea volumica de energie reprezinta energia transportata de unda electromagnetica in unitatea de volum. Densitatea volumica de energie a campului electric si densitatea volumica de energie a campului magnetic sunt:

Undele electromagnetice a căror frecvenţă este cuprinsă între limitele 10-3Hz şi 1016 Hz se numesc unde radio. Aceste limite pot fi exprimate şi înlungimi de undă, raportate la propagarea undelor în vid şi anume între limitele3⋅10-8 şi 3⋅1011 m. această delimitare a frecvenţelor undelor radio este cu totulconvenţională.În tabelul 5.1. sunt date denumirile utilizate mai frecvent şi limiteleinferioare şi superioare. 

Natura luminii

         Un fapt incontestabil stabilit de experienta este acela ca lumina transporta energie. Dar dupa cum stim energia poate fi transportata in doua moduri : prin particule in miscare , sub forma de energie cinetica a acestor particule si prin unde  , sub forma de energie de deformare a unui mediu elastic , fara a avea un transport de masa. Sub care din aceste forme se va propaga lumina ?

         Dupa Newton , lumina este alcatuita din particule materiale ce se propaga in directia razei luminoase cu viteze diferite in diferite medii transparente ( teoria corpusculara a luminii ). Dupa Huygens, lumina constitue o perturbatie a unui mediu elastic special  ( numit  eter " )  , viteza de propagare a acestei perturbatii depinzind  de asemenea de natura corpului transparent ( teoria ondulatorie a luminii ).

         Considerind mai inti lumina ca o perturbatie a unui mediu elastic , fara a ne preocupa de tipul acestei perturbatii (daca este longitudinala , transversala , etc) putem prelua rezultatele obtinute in studiul propagarii undelor la mecanic. Astfel s-a dedus c dac o und plan cade la suprafaa de separare a doua medii sub unghiul de incidenta  si , atunci pentru unda reflectata  unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidenta , iar pentru unda  refractata   unghiul de refractie r este diferit de unghiul de incidenta.

         Asadar cele doua conceptii explica in moduri diferite legea refractiei ; una prin micsorarea vitezei luminii intr-un mediu mai dens  ,  cealalta prin cresterea vitezei intr-un mediu mai dens. Pentru a decide  intre aceste doua conceptii au fost necesare masuratori directe ale vitezei luminii in diverse medii transparente. Astfel de masuratori au fost incepute in a doua jumatate a secolului al XVIII-lea. Sunt numeroase , iar precizia lor a crescut mult cu timpul.

         Prin aceste experiente s-a putut determina , pentru trecerea luminii din aer in apa ca v1 / v2 = 1,333. Pe de alta parte din masurarea unghiurilor se stia ca sin i / sin r  =1,333. Aceste date experimentale nu sunt satisfcute de relatia , ci de relatia , obtinindu-se astfel cistig de cauza pentru conceptia ondulatorie a luminii , care prevede o reducere a vitezei in medii mai dense ( v2 < v1  ). Aceasta conceptie a aparut ca urmare a descoperirii fenomenelor de interferenta si difractie inca de la sfirsitul secolului al XVII-lea. Ea a fost formulata schematic de catre Huygens in 1690 si completata de catre Fresnel la inceputul secolului al XIX-lea , care a elaborat teoria ondulatorie , potrivit careia lumina este o perturbatie a unui mediu elastic numit  eter " si se propaga sub forma unor unde transversale periodice , de frecventa foarte mare.Existena eterului cosmic nu a putut fi dovedita. De altfel prin proprietatile ce trebuia sa le aiba , acesta nici nu putea avea consistena  fizica.

         Dupa descoperirea undelor electromagnetice in a doua jumatate a secolului al XIX-lea s-a dovedit ca undele de lumina sunt unde  electromagnetice si ca efectele luminoase sunt produse de catre cimpul electric al undei electromagnetice. Teoria electromagnetica nu putea explica insa unele fenomene cum ar fi , de exemplu , distributia dupa lungimile de unda a energiei radiante emise prin incalzirea corpurilor. Aceasta distributie isi gaseste explicatia in cadrul teoriei cuantice a luminii ,fundamentata de Planck (1900) . S-a stabilit astfel ca un flux de unde luminoase , de orice frecventa  , se comporta ( mai ales in unele fenomene speciale , cum este efectul fotoelectric ) ca un flux discontinuu , alcatuit din particule de lumina , numite fotoni , a caror energie de miscare este h  ( h fiind constanta lui Planck ). S-a dovedit de altfel ca nu numai domeniul vizibil , ci intreg domeniul existent al undelor electromagnetice poseda proprietati  corpusculare ". Dar in timp ce in domeniul infrarosu (  mici ) , aspectul corpuscular se manifesta atit de slab , incit experimental de obicei el nici nu apare vizibil , predominind aspectul  ondulator" , la frecvente foarte mari , in ultraviolet , de exemplu aspectul corpuscular apare foarte evident , radiatiile comportindu-se practic ca un flux de fotoni. in domeniul vizibil ambele aspecte au pondere aproape egala , experienta punind in evidenta cind proprietatile ondulatorii (interferenta , difractia) , cind proprietatile corpusculare ale luminii ( efectul fotoelectric , de exemplu ).Asadar , radiatiile luminoase sunt unde electromagnetice care au proprietatea de a impresiona retina ochiului.. Ele posed atit proprietati ondulatorii , cit si proprietati corpusculare .

         Observatie.  Pina la descoperirea fotonului  relatiile n = v2   /  v1 (Newton) si   n = v1  /  v2  (Huygens)  pareau incompatibile . In teoria electromagnetica a luminii , care admite dualismul corpuscul-unda a fenomenului luminos , aceasta dificultate dispare. Pentru aceasta trebuie doar sa  intelegem ca  una din relatii contine vitezele particulelor  de lumina , considerata ca un flux de particule , in timp ce cealalta relatie contine vitezele undelor de lumina , considerata ca o unda electromagnetica. Sa presupunem ca lumina trece din vid ( unde viteza ei este c ) intr-un mediu de indice de refracie n.  In teoria fotonica ( corpusculara ) , daca  viteza fotonilor in mediul dat estev , vom avea n = v / c. In teoria electromagnetica ( ondulatorie ) , daca notam cu u viteza undelor luminoase in mediul dat , vom avea  n = c / u. Asadar :

                                                   uv = c2

Aceast relatie este acum relativ usor de explicat. Astfel , in teoria fotonica lumina consta din particule (fotoni) de masa m (masa de miscare") ce se misca cu viteza v si poseda o unda asociata , de o lungime de unda :

                                                     

Folosind   E = h v =  mc2 , obinem :

                                                        

Pe de alt parte , considerind lumina ca o unda de viteza  u  si frecventa    avem :

                                                           

Ultimele doua relatii conduc la  uv = c2 , relatie ce rezulta cum am vazut , din faptul ca atit teoria corpusculara cit si cea ondulatorie trebuie sa furnizeze aceeasi valoare pentru indicele de refractie n , care se poate determina experimental , direct , in afara teoriei. Aceast relatie pune in evidenta o stralucita sinteza intre proprietatile ondulatorii si corpusculare ce se manifesta deosebit de pregnant in cazul luminii. O astfel de sinteza nu putea fi prevazuta de vechile teorii mecaniciste ; cunoasterea ei este un rezultat al fizicii cuantice , aparut la inceputul acestui secol.

FOTONUL

         In urma studiului radiatiei emise de corpurile incalzite (radiatiile termice) , s-a constatat experimental ca orice corp incalzit emite o radiatie electromagnetica care este cu atit mai intensa cu cit temperatura corpului este mai ridicata. De asemenea se cunoate ca , corpurile incalzite trec prin diverse coloratii ( rosu , portocaliu , galben , alb , alb-albastru  ) cu cresterea temperaturii . Nici o explicatie bazata pe teoria ondulatorie a luminii nu a condus la aceasta dependenta. M. Planck in 1900 a reusit sadea  o explicatie corecta , dar pentru aceasta a fost nevoit sa introduca relatia

                                                      = hv,

in care h este constanta lui Planck , v frecvena radiaiei emise , iar  energia minima a radiatiei de frecventa  ce se poate pierde sau cistiga. El a numit aceasta proprietate ,cuantificarea energiei radiante , iar    =  hv  -- cuanta de energie .

         n 1905 A.Einstein foloseste notiunea de cuanta pentru a explica efectul fotoelectric. Dar revolutionar in aceasta explicatie este faptul ca Einstein intelege prin cuanta hv nu numai o  portie " minima de energie , ci si o individualitate a ei , care si confera proprietati de particula. In acest fel cuanta  hv poate ciocni un electron ca o veritabila particula , explicind pe aceasta cale efectul fotoelectric. Pin foton sau cuanta de energie radiant intelegem azi cantitatea elementara de energie a unei radiatii , data de formula de mai sus , care poseda unele proprietati de particula cum ar fi : impulsul si masa de miscare . Cu alte cuvinte fotonul reprezinta cea mai mica cantitate de energie a unei radiatii de frecventa data , ce poate fi emis sau absorbit de substanta.

Unde sferice Sursele punctiforme emit unde care se propagă în toate direcţiile.Frontul de undă este de formă sferică.Amplitudinea undei sferice scade cu distanţa r faţă de sursa  Undele sferice se amortizează cu distanţa, datorităscăderii în amplitudine ! 

- Intrucat radiatia electromagnetica scade odata cu distanta, va puteti proteja tinandu-va la distanta fata de emitatorii cei mai puternici ai campurilor electromagnetice. Astfel se recomanda ca: becurile fluorescente sa se afle la cel putin 2 metri distanta fata de dvs, frigiderele la cel putin 1,5 metri distanta, televizoarele si calculatoarele la cel putin 1 metru distanta, incalzitoarele electrice la cel putin 1 metru distanta.

1. Undele radio În 1887 Henrich Hertz, profesor de fizică la Technische Hochschule în Karlsruhe din Germania a generat şi a detectat primele unde electromagnetice. Undele obţinute de Hertz sunt astăzi clasificate ca fiind în domeniul de radiofrecvenţă care acopera domeniul 1÷ 109Hz (lungimea de undă variază de la la 0.3m la câţiva km). Aceste unde sunt emise de circuitele electro-oscilante (spre exemplu, curentul alternativ de 50Hz ce trece prin cablurile de transmisie a energiei generează o undă electromagnetică cu m km v c 6 3    6 10  6 10 ). Nu există limită superioară teoretică pentru astfel de unde. Frecvenţele cele mai mici ale acestei benzi sunt utilizate în emisiile de radio şi televiziune.
2. Radiaţiile gamaRadiaţiile gama sunt radiaţiile electromagnetice cu frecvenţe mai mari de 5·1019 Hzşi respectiv cu lungimile de undă cele mai mici. Ele sunt emise în tranziţiile întrenivelele energetice ale particulelor ce alcătuiesc nucleul atomic. Datorită lungimilor deundă mici este practic imposibil să se observe comportarea ondulatorie a acestora.