Clasificarea undelor electromagnetice in functie de sursa si frecventa. Undele electromagnetice
Undele electromagnetice au fost prezise teoretic de "ecuaiile lui Maxwell" i apoi descoperite experimental de Heinrich Hertz. Variaia unui Camp electric produce un camp magnetic variabil, cruia îi transfer în acelai timp i energia. La rândul ei, energia câmpului magnetic variabil creat, genereaz un câmp electric care preia aceast energie. În acest fel energia iniial este transformat alternativ i permanent dintr-o form (electric în magnetic i invers) în cealalt, iar procesul se repet ducând la propagarea acestui cuplu de câmpuri. Trebuie totui subliniat c exist în procesul menionat i pierderi de energie (amortizri) ce însoesc fenomenul. n cartea "Electricitatea i magnetismul", publicat în 1873, James Clerk Maxwell a prevzut drept consecin a ecuaiilor de câmp posibilitatea de a genera / detecta unde electromagnetice.
I
Ulterior, în anul 1883, George Francis Fitzgerald a observat c teoria Maxwell sugereaz faptul c acest tip de unde poate fi obinut prin modificri (variaii) ale curentului electric. n anul 1887 Heinrich Hertz a produs i ulterior a detectat primele unde radio (numite iniial, din aceast cauz, unde heriene ; ulterior undele electromagnetice având lungimi de und "lungi" au fost rebotezate de ctre Marconi unde radiotelegrafice).
I
Experimentele efectuate de Hertz s-au bazat pe dou dispozitive, la construcia crora a depus o munc titanic.
rimul dispozitiv este ceea ce numim astzi eclatorul lui Hertz, a crui structur poate fi urmrit în figura (a.)
P
obina de inducie Ruhmkorff avea proprietatea de a induce în secundar o tensiune înalt care ajuns la nivelul sferelor mici producea o descrcare electric i (probabil) genera oscilaii electromagnetice de înalt frecven (de ordinul 50 MHz).
B
Existena acestor unde electromagnetice trebuia evideniat experimental, drept pentru care cel de-al doilea dispozitiv inventat de Hertz a fost rezonatorul care-i poart numele.
Rezonatorul lui Hertz (pe post de receptor) a fost amplasat în apropierea eclatorului. Experimentele care au stabilit geometria optim a acestuia (adaptat frecvenei undelor generate) au durat nou ani. Ceea ce s-a obinut în prim faz a fost observarea unor mici scântei între cele dou sfere ale rezonatorului. Concluzia a fost c între cele dou dispozitive s-a transmis ceva.
Rezultatele obinute au fost prezentate sub titlul "Despre fenomene de inducie provocate cu ajutorul unor procese electrice în izolani" într-o sesiune de comunicri a Academiei din Berlin (10 mai 1887).
Tipuri de unde electromagnetice
pectrul radiaiilor electromagnetice este împrit dup criteriul lungimii de und în câteva domenii, de la frecvenele joase spre cele înalte:
S
radiaiile (undele) radio
microunde
radiaii hertziene,
radiaii infraroii,
radiaii luminoase,
radiaii ultraviolete,
radiaii X (Röntgen),
radiaii "" (gamma).
Undele Radio
Domeniul de frecventa a acestor unde este cuprins intre zeci de hertzi pana la un gigahertz (1GHz = 109Hz), adica au lungimea de unda cuprinsa intre cativa km pana la 30cm. Se utilizeaza in special in transmisiile radio si TV. Dupa lungimea de unda se subimpart in unde lungi (2Km-600m), unde medii (600-100 m), unde scurte (100-10 m) si unde ultrascurte (10 m-1cm).Uniunea Internationala a Telecomunicatiilor, forul care reglementeaz telecomunicaiile prin unde radio, stabilete prin convenie limita superioar a frecvenei undelor radio la 3.000 GHz.
Microundele unt generate ca si undele radio de instalatii electronice. Lungimea de unda este cuprinsa intre 30cm si 1mm. In mod corespunzator frecventa variaza intre 1093·1011Hz. Se folosesc in sistemele de telecomunicatii si in cercetarea stiintifica la studiul propietatilor atomilor, moleculelor si gazelor ionizate. Se subimpart in unde decimetrice, centimetrice si milimetrice. Se mai folosesc si in domeniu casnic.
S
Radiatiile Hertziene e datoreaza oscilatiei electronilor in circuitele oscilante LC sau in circuitele electronice speciale.
S
unt emise de oscilatiile electronilor din antenele emitatoare folosite in sistemele de radiocomunicatii si microunde (televiziune, radar, cuptoare).
S
Radarul folosit pentru determinarea vitezei autovehiculelor se bazeaza pe faptul ca frecventa oscilatiilor receptionate de observator este mai mare daca sursa se aproprie de el si mai mica daca sursa se departeaza. Sursa care emite trenuri de unde electromagnetice este plasata in masina politiei, stationata la marginea soselei. Unda reflectata de autovehicul care se aproprie este receptionata ca o unda emisa de o sursa mobila, cu frecventa marita. Unda receptionata este compusa cu o unda cu frecventa constanta pentru aparitia fenomenului de batai, si prin masurarea schimbarii frecventei cu ajutorul batailor, se determina viteza autovehiculuilui care trece prin dreptul radarului
A plicatie:
Radiatiile infrarosii unt unde electromagnetice emise de corpurile calde, fiind si una din cele trei categorii in care sunt impartite radiatiile solare (radiatiile infrarosii, lumina vizibila si radiatiile ultraviolete). Ele se obtin prin oscilatiile moleculelor, atomilor si ionilor, iar amplitudinile lor depind de temperatura corpurilor si de tranzitiile electronilor catre invelisurile interioare ale atomilor, cu nivele energetice inferioare. Sunt puternic absorbite de apa sau de alte substante si produc incalzirea acestora. Si corpul uman absoarbe aceste raze si percepandu-le ca si caldura. Radiatiile sunt folosite in diferite procese de incalzire si uscare, in construirea detectoarelor cu lumina infrarosie, pentru retinerea pozelor pe filme sensibile la lumina infrarosie, la fotocopiatori termici.
S
Radiatiile infrarosii cuprind domeniul de lungimi de unda situata intre 10-3 si 7,8·10-7m (3·1011--4·1014Hz). In general sunt produse de corpurile incalzite. In ultimul timp s-au realizat instalatii electronice care emit unde infrarosii cu lungime de unda submilimetric.
Radiatiile luminoase (vizibile) ot fi percepute de ochiul uman fiind emise de stele, lampi cu filamente incandescente a caror temperatura poate atinge 2000 - 3000C, tuburi cu descarcaturi de gaze, arcuri electrice. Emisia luminii se obtine in urma tranzitiilor electronilor pe nivele energetice inferioare atomilor.
P
Lungimile de und corespunztoare se plaseaz în domeniul 400 - 780 nm. Cele mai multe surse nu radiaz lumin monocromatic (lumin de o singur culoare, având o frecven / lungime de und unic). Ceea ce se numete lumin alb este un amestec al tuturor culorilor din spectrul vizibil.
ursele de lumin difer în funcie de maniera în care se realizeaz transferul de energie de la sarcini electrice (electroni) la unda emis. Astfel, dac energia provine de la cldur, atunci sursa se numete incandescent. Dac energia iniial este de alt natur (chimic sau electric) sursa se numete luminescent. Un caz particular de surs monocromatic i directiv este reprezentat de laser.
S
Radiatiile ultraviolete
Lungimea de unda a acestei radiatii este cuprinsa in domeniul 3,8·10-7m si 6·10-10 m. Este generata de catre moleculele si atomii dintr-o descarcare electrica in gaze. Soarele este o sursa puternica de radiatii ultraviolete. Radiatiile continute in lumina solara se absorb in mare parte in stratul superior al atmosferei (stratul de ozon). Cu cat altitudinea creste, cu atat cresc radiatiile ultraviolete. Acestea duc la schimbari la nivelul pielii: pigmentare, ardere, cancer. Lumina ultravioleta incurajeaza formarea vitaminei D si omoara bacteriile . Este de asemenea utila in dermatologie, la iluminatul fluorescent si la instalatii de numerotare in industrie. Radiatiile se obtin in urma tranzitiilor electronilor de pe nivele cu energii mari pe nivele cu energii mici.
Radiatiile ultraviolete sunt emise atat de soare cat si de corpuri incalzite puternic si vaporii de mercur din tuburi de sticla speciala de cuart (care nu absoarbe acest tip de radiatii).
Raditiile X
Razele X sunt radiaii electromagnetice ionizante, cu lungimi de und mici, cuprinse între 0,1 i 100 Å (ångström ).
În timpul unor experimente, fizicianul german Wilhelm Conrad Rontgen, bombardând un corp metalic cu electroni rapizi, a descoperit c acesta emite radiaii foarte penetrante, radiaii pe care le-a denumit raze X. Radiaiile X au fost numite mai târziu radiaii Roentgen sau Röntgen.
Au frecvente mari si sunt folosite pentru realizarea radiografiilor medicale, deoarece sunt absorbite diferit de muschi si oase si impresioneaza placile fotografice. Radiatiile sunt folosite si in
scopuri terapeutice, deoarece ajuta la combaterea dezvoltarii tesuturilor celulare bolnave. Produc fluorescenta unor substante. Radiatiile Roentgen sunt utile si in descoperirea falsurilor in arta. Proprietatile
radiatiilor X
I
n vid ele se propag cu viteza luminii;
I
mpresioneaz plcile fotografice; u sunt deviate de câmpuri electrice i magnetice;
N
roduc fluorescena unor substane (emisie de lumin);
P
unt invizibile, adic spre deosebire de lumin, nu impresioneaz ochiul omului;
S
trund cu uurin prin unele substane opace pentru lumin, de exemplu prin corpul omenesc, lamele metalice cu densitate mic, hârtie, lemn, sticl .a., dar sunt absorbite de metale cu densitatea mare (de exemplu: plumb). Puterea lor de ptrundere depinde de masa atomic i grosimea substanei prin care trec.
P
Razele gamma
Radiaia sau razele gamma sunt unde electromagnetice de frecvene foarte înalte produse de interaciuni între particule subatomice, cum ar fi la dezintegrrile radioactive sau la ciocnirea i anihilarea unei perechi electron - pozitron. unt emise in procesele de dezintegrare nucleara si in reactiile nucleare din soare, stele (acestea sunt absorbite de atmosfera) si in reactoarele nucleare terestre. Sunt cele mai penetrante, avand frecvente si energiile cele mai mari. Sunt folosite in defectoscopie, pentru sterilizare si in medicina (tratarea cancerului).
S
