Elektromágneses hullámok 1

Elektromágneses rezgések Elektromágneses hullámok. 2 Tehát áramerősség-csökkenésnél az indukált feszültség növelni igyekszik az áramerősséget és fordítva. Lenz-törvény: ha a tekercsben az áramerősség megváltozik, akkor a tekercsben olyan irányú feszültség keletkezik, amely csökkenteni igyekszik az áramerősség megváltozását. Heinrich Friedrich Emil Lenz – 1865.

Elektromágneses rezgések Elektromágneses hullámok. 3 Elektromágneses rezgéseket rezgőkörökben hozhatunk létre. Az ideális rezgőkör alkatrészei:

Elektromágneses rezgések Elektromágneses hullámok. 4 Tekercs: A tekercsben keletkező mágneses indukcióvonal-szám (fluxus) és az áramerősség hányadosa. Jellemző adat: induktivitás. Kondenzátor: Jellemző adat: kapacitás. A kondenzátoron felhalmozódó töltés és a feszültség hányadosa.

Elektromágneses rezgések Elektromágneses hullámok. 5 A rezgőkörben egy tekercs és egy kondenzátor található sorba kapcsolva, ideális esetben 0 Ω ellenállású körben: Működése:

Elektromágneses rezgések 6 1. fázis A kondenzátor töltése maximális, a felső fegyverzet pozitív töltésű, áram nem folyik a rendszerben, a tekercsben nincs mágneses tér. 2. fázis Megindul a kondenzátor kisülése áram formájában. A tekercsben a maximumig nő az áramerősség, a kialakuló mágneses tér olyan feszültséget indukál, ami fékezi az áramerősség növekedését. 3. fázis A tekercsben a mágneses tér olyan feszültséget indukál, ami továbblendíti az áramot, áttölti a kondenzátort, az alsó fegyverzet lesz pozitív. 4. fázis A kondenzátor ellentétes irányú árammal sül ki, a tekercsben a mágneses tér fékezi az áramerősség növekedését. 5. fázis: megegyezik az elsővel, a változások újra indulnak.

Energia a rezgőkörben Feltöltött síkkondenzátorban elektromos mező alakul ki, melynek energiája: elektromos energia Áramjárta tekercsben mágneses mező alakul ki, melynek energiája: mágneses energia A rezgőkörben elektromos és mágneses energia alakul át egymásba periodikusan, ugyanúgy, mint ahogy a harmonikus rezgésnél a helyzeti és a mozgási energia. Elektromágneses hullámok. 7

Elektromágneses rezgések jellemzői Elektromágneses hullámok. 8 A rezgés körfrekvenciája: Periódusideje: Frekvenciája: Minél nagyobb frekvenciájú rezgést akarunk létrehozni, annál kisebb kapacitású kondenzátorra és induktivitású tekercsre van szükségünk. Thomson formula: Az elektromos rezgés frekvenciája, így periódusideje is függ a tekercs induktivitásától és a kondenzátor kapacitásától.

Elektromágneses hullámok. 9 Elektromágneses hullámok keletkezése Michael Faraday ( ) angol fizikus és kémikus angol fizikus és kémikus 1820-tól megfigyeléseket végzett arra vonatkozóan, hogyan viselkedik a mágnes elektromos áram hatására, 1821-ben felfedezte az elektromotort ben megállapította az elektromágneses indukció jelenségét. Faraday felfedezése szerint a változó mágneses mező körül örvényes elektromos mező keletkezik.

Elektromágneses hullámok. 10 Elektromágneses hullámok keletkezése James Clerk Maxwell ( ) skót matematikus-fizikus skót matematikus-fizikus Maxwell volt az, aki egy összefoglaló egyenletrendszerbe írta le az elektromosság és a mágnesesség törvényeit. Bebizonyította, hogy a mágneses és elektromos mező a térben hullámok formájában terjedhet. A terjedési sebességet az abban az időben meglevő kezdetleges elektromos eszközök miatt csak megjósolni tudta. Maxwell ennek értékét m/s-ra becsülte. (vákuumban konstans 3,0·108 m/s sebesség). Maxwell (1865) : „ Ez az érték közel van a fénysebességhez, ami azt mutatja, erős okunk van feltételezni, hogy a fény is (beleértve a hő és egyéb sugárzásokat) egy elektromágneses hullám, ami elektromágneses mezőben terjed.”

Elektromágneses hullámok. 11 Maxwell elméleti úton bizonyította, hogy létezhet a vákuumban terjedő elektromágneses hullám, amelyben az elektromos és a mágneses térerősség "egymásba alakul át", hiszen az időben változó elektromos tér hozza létre a mágneses indukciós teret, míg a változó indukciós tér generálja az elektromos teret. Elektromágneses hullámok terjedése

Elektromágneses hullámok. 12 Elektromágneses hullámok terjedése Heinrich Hertz ( ) német fizikus 1887-ben a saját építésű kísérleti berendezésével demonstrálta az elektromágneses hullámok létezését.

Elektromágneses hullámok Elektromágneses hullámok. 13 Ha a rezgőkör kondenzátorát kinyitjuk, akkor az elektromos erővonalak kilépnek a kondenzátoron kívüli térbe. Az elektromos térerősség periodikusan változik. A változó elektromos tér változó, rá merőleges síkban rezgő mágneses teret gerjeszt. A két hatás egymást fenntartja, „egymásra támaszkodik”, a hullámok eltávolodnak az antennától.

Elektromágneses hullámok. 14

Az elektromágneses spektrum Elektromágneses hullámok. 15 A táblázattal kapcsolatos megjegyzések: - A látható fény hullámhossztartománya szűk, mintegy 380 – 760 nm. - - A röntgen- és a gamma tartomány átfed. A különbség a kettő között az, hogy a röntgensugár az elektronburokból, a gamma az atommagból ered. - - A tartományok határa természetesen nem éles.

Az elektromágneses spektrum Elektromágneses hullámok. 16

Az elektromágneses hullámok néhány alkalmazási területe Elektromágneses hullámok. 17 A sugárzás típusaAlkalmazási területek RádióhullámokHírközlés, MR képalkotás MikrohullámokMikrohullámú sütők, radarok, kémiai célú mikrohullámú készülékek Infravörös (IR)Hőtérképezés, gyulladások kezelése, helyi melegítés, fűtés Látható fényVilágítás, lézerek, spektroszkópia Ultraibolya (UV)Bőrgyógyászat, szolárium

Az elektromágneses hullámok néhány alkalmazási területe Elektromágneses hullámok. 18 A sugárzás típusaHullámhossztartomány, m RöntgenHagyományos röntgen, computer tomográfia, bőrgyógyászat, röntgenanalitika GammaSugárterápia, fémtárgyak átvilágítása, különböző mérőműszerek Kozmikus-

Elektromágneses hullámok. 19 A rádió működése