AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK

Az előadások a következő témára: "AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK"— Előadás másolata:

1 AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK
Hasznosak? Veszélyesek? Készítette: Porkoláb Tamás

2 AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK
Az elektromágneses hullámokkal kapcsolatban a legtöbb úttörő kísérletet Heinrich Hertz ( ) német fizikus végezte. Az 1880-as években kimutatta valamennyi tulajdonságukat. Készítette: Porkoláb Tamás

3 AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK
Az elektromágneses hullámok elméletét viszont James Clerk Maxwell (1831–1879) skót fizikus írta le. Készítette: Porkoláb Tamás

4 A MAXWELL-EGYENLETEK Készítette: Porkoláb Tamás

5 AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK
ELŐÁLLÍTÁSA Készítette: Porkoláb Tamás

6 AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK
ELŐÁLLÍTÁSA Az elektromágneses hullámok váltakozó áramú áramkör segítségével állíthatók elő. A kondenzátorban az elektromos és mágneses tér váltakozik, ez az elektromágneses rezgés. A sugárzást kibocsátó antenna rezgőkör szétnyitott kondenzátorának felel meg. Készítette: Porkoláb Tamás

7 AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK
JELLEMZŐI Bennük az elektromos és mágneses tér erőssége váltakozik periodikusan, egymásra merőlegesen. A terjedés iránya mindkét vektorra merőleges. Készítette: Porkoláb Tamás

8 AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK
JELLEMZŐI Egyenes vonalban terjednek. Terjedési sebességük vákuumban: (a fénysebesség) Más közegben ennél kisebb. Terjedésükhöz nincs szükség anyagi közegre. Vákuumban terjednek a legnagyobb sebességgel. Készítette: Porkoláb Tamás

9 AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK
JELLEMZŐI Az elektromágneses hullámokra is érvényesek a mechanikai hullámok tulajdonságai. Eleget tesznek a visszaverődési és a törési törvényeknek. Fémekről visszaverődnek. Készítette: Porkoláb Tamás

10 ÁRNYÉKOLÁS Készítette: Porkoláb Tamás

11 AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK
JELLEMZŐI interferenciára és elhajlásra képesek, Készítette: Porkoláb Tamás

12 AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK
JELLEMZŐI állóhullámokat tudnak létrehozni, Készítette: Porkoláb Tamás

13 AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK
JELLEMZŐI polarizálhatók, LCD TV-nél is fontos szerepet játszik. Készítette: Porkoláb Tamás

14 AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK
JELLEMZŐI Doppler-effektus is megfigyelhető velük kapcsolatban. Készítette: Porkoláb Tamás

15 AZ ELEKTROMÁGNESES SZÍNKÉP
Készítette: Porkoláb Tamás

16 RÁDIÓHULLÁMOK Hosszúhullámok:  > 1000 m, f < 300 kHz
A Föld felszíne mentén terjednek, több ezer km-re is. Az 50 kHz alatti jelek még a tengervízbe is behatolnak, ezért a nagyobb államok hadseregei előszeretettel használják, elsősorban a tengeralattjárókkal való kommunikációra. Ebben a sávban üzemelnek a pontosidő-jelet kódolva sugárzó adók is. Készítette: Porkoláb Tamás

17 RÁDIÓHULLÁMOK Középhullámok:
200 m <  < 1000 m, 300 kHz < f < 1,5 MHz A Föld felszíne mentén és az ionoszféráról visszaverődve is terjednek, több ezer km-re. Kossuth Rádió: 540 kHz. Alacsony rezgésszámuk miatt akár 3000 km-re is eljuthatnak. Készítette: Porkoláb Tamás

18 RÁDIÓHULLÁMOK Rövidhullámok:
10 m <  < 100 m, 3 MHz < f < 30 MHz Az ionoszféráról akár többször is visszaverődve terjednek, több ezer km-re. Ultrarövid hullámok: 1 m <  < 10 m, 30 MHz < f < 300 MHz Csak egyenes vonalban terjed. Készítette: Porkoláb Tamás

19 MIKROHULLÁMOK Egyenes vonalban terjednek, így jeltovábbító tornyok illetve műholdak nélkül a Földön legfeljebb km-re terjednek. Készítette: Porkoláb Tamás

20 MIKROHULLÁMOK - RADAR RADAR (Radio Detection And Ranging): a vizsgált mozgó tárgyra irányítják. A róla visszaverődő hullámok frekvenciája a Doppler-effektus miatt eltér a kibocsátott frekvenciától. Az eltérés nagyságából következtetnek a mozgó tárgy sebességére. Bay Zoltánnak ( ) sikerült a Holdról visszaverődött radarhullámokat kimutatnia 1946-ban, függetlenül az amerikai kísérletektől, amelyek csupán egy hónappal előzték meg Bay Zoltánt. Készítette: Porkoláb Tamás

21 MIKROHULLÁMOK - MOBILTELEFON
GSM(Global System for Mobil communication) : 900, 1800 és 1900 MHz sávban működő rendszer. Átjátszótornyokon keresztül tartják egymással a kapcsolatot a készülékek. Készítette: Porkoláb Tamás

22 MIKROHULLÁMOK - MOBILTELEFON
Nagy cellák: Nagy kiterjedésű és kis forgalmú vidéki területeken használják. Sugara km. Közepes méretű cellák: Általában nagyvárosi agglomerációkban alkalmazott cellák. A cellasugár 1-5 km. Kis cellák: Városokban és nagy forgalomigényű területeken használják. A cellaméret méter. Mikrocellák: Vasúti pályaudvarok, repülőterek, nagyobb üzletközpontok területe. Sugara 300 m–nél kisebb.  Készítette: Porkoláb Tamás

23 MIKROHULLÁMOK - GPS A mai GPS rendszer alapjait 1973-ban fektették le 24 Navstar műhold segítségével, amelyek mindegyike naponta kétszer kerüli meg a Földet 20 200 km-es magasságban. Elhelyezkedésük olyan, hogy minden pillanatban a Föld minden pontjáról legalább négy látszódjon egyszerre. Készítette: Porkoláb Tamás

24 MIKROHULLÁMOK - GPS A GPS alkalmazható lövedékek pontos célba juttatására is, ezért a kereskedelemben kapható GPS-vevők képességeit úgy korlátozzák, hogy ha a vevőkészülék egy bizonyos sebességnél gyorsabban halad (pár száz km/h), akkor a vevő nem szolgáltat jelet. Készítette: Porkoláb Tamás

25 MIKROHULLÁMOK - GPS A GPS műholdak két frekvencián sugároznak, ezeket L1-nek (1575,42 MHz) és L2-nek (1227,6 MHz) nevezik. közlekedési (civil, teherszállítás, rendőrség, tűzoltóság, mentők, autóbuszok) gépjárművédelem (lopás ellen) geodézia, földmérés természetjárás környezeti kutatás (madármegfigyelés, vonuláskövetés) játékok (geocaching.hu, Index.hu embervadászat, gpsgames.hu) Készítette: Porkoláb Tamás

26 MIKROHULLÁMÚ SÜTŐ A mikrohullámú sütő 2,45 GHz-es rádióhullámok segítségével forgatja és rezgeti a melegítendő anyag dipólus molekuláit, aminek következtében hő fejlődik és ez melegíti fel az ételt. Készítette: Porkoláb Tamás

27 MIKROHULLÁMÚ SÜTŐ A legtöbb mikrosütőben forgó tányért találunk. Ugyanis a melegítőtérben állóhullámok alakulnak ki, melyek hullámhossza kb. 12 cm, vagyis 6 cm-enként találunk egy csomópontot. Ennek duzzadóhelyén nagyon, csomópontján pedig egyáltalán nem melegszik az étel. A forgatás hatására az étel minden pontja eljut a duzzadóhelyre, és így lesz egyenletesen meleg. Készítette: Porkoláb Tamás

28 MIKROHULLÁMÚ SÜTŐ Egészen kis keresztmetszetű fémekben (pl. fémmel festett tányérok, alumíniumfólia) a nagyfrekvenciás tér hatására áram indukálódik, amely felhevíti és elégeti a fémet. A hullámhossz méretét meghaladó tárgyak (pl. egy lábos) a mikrohullámokat visszaverik, bennük az étel nem melegszik, az állóhullámokat elhangolhatják. Ennek eredményeként túlhevülhet és tönkremehet a magnetroncső. Készítette: Porkoláb Tamás

29 MIKROHULLÁMOK - WIFI A Wi-Fi semmilyen angol kifejezésnek nem rövidítése (csupán szójáték a Hi-Fi/hifi szóra) 802.11g: 2,4 GHz-en működő eszközök, a b-vel sok tekintetben megegyezik. Nagyobb sávszélességet képes átvinni, de a távolság növekedésével lényegesen romlik a hatásfoka és érzékenyebb az interferenciára. Átviteli sebessége max. 54 Mbit/s. Készítette: Porkoláb Tamás

30 INFRAVÖRÖS SUGÁRZÁS (IR)
760 nm <  < 420 m, 715 GHz < f < 400 THz William Herschel 1799 a hősugárzás ebben a tartományban megy végbe, hőfotók házakról – hőmérséklet mérése Készítette: Porkoláb Tamás

31 INFRAVÖRÖS SUGÁRZÁS (IR)
infravörös lámpa infravörös távcső távirányítók adatátvitel (mobiltelefonok közt, számítógépre) Készítette: Porkoláb Tamás

32 LÁTHATÓ FÉNY 380 nm <  < 760 nm
400·1012Hz < f < 800·1012Hz Készítette: Porkoláb Tamás

33 LÁTHATÓ FÉNY A fény emberi szemmel érzékelhető elektromágneses sugárzás. Az ember számára a legtöbb információ fény formájában érkezik. Azokat a tárgyakat látjuk, amelyekről fény verődik vissza a szemünkbe. Transzverzális hullám: mind az elektromos, mind a mágneses térerőség vektora fény terjedési irányára merőlegesen rezeg. A fény színét a frekvenciája határozza meg, a fény erősségét pedig a térerősségvektorok amplitudója. A hullám-részecske kettősség alapján a fény hullám- és részecsketulajdonságokkal is jellemezhető. A részecskéket fotonoknak nevezzük. Nyugalmi tömegük zérus, vákuumban pedig fénysebességgel mozognak.

34 A SZÍNEK

35 A SZÍNEK Az elsődleges szivárvány: A másodlagos szivárvány:

36 Additív színkeverés - Szubtraktív színkeverés
A SZÍNEK Paint Additív színkeverés - Szubtraktív színkeverés

37 A SZÍNEK A civilizált világ férfi lakosságának 8 %-a, a nők 0.5 %-a színtévesztő. RGB CMYK

38 A FÉNYERŐSÉG - az adatoknál valójában a fényáram értéke szerepel
- a fényáram egysége: lumen (lm) , az egység jele: lm egy 230 V feszültségű, 60 W teljesítményű, opálburájú lámpa fényárama 710 lm. Izzólámpa 230 V, 60 W lm Izzólámpa 230 V, 100 W lm Izzólámpa 230 V, 1000 W lm Halogén izzólámpa 12 V, 100W lm Fénycső 18W, F lm Fénycső 36W, F lm Fémhalogénlámpa, HgMI 250 W lm

39 A FÉNYERŐSÉG

40 ULTRAIBOLYA SUGÁRZÁS (UV)
10 nm <  < 380 nm, 800 THz < f < 30·1015 Hz az élő sejtekre veszélyes a D-vitamin-képződéshez szükséges a bőr barnulásához is kell az ózonréteg megszűri a káros komponenseit, ezért veszélyes az „ózonlyuk” Készítette: Porkoláb Tamás

41 ULTRAIBOLYA SUGÁRZÁS (UV)
sterilizálás fluoreszcenciát okoz Készítette: Porkoláb Tamás

42 ULTRAIBOLYA SUGÁRZÁS (UV)
Készítette: Porkoláb Tamás

43 ULTRAIBOLYA SUGÁRZÁS (UV)
Készítette: Porkoláb Tamás

44 ULTRAIBOLYA SUGÁRZÁS (UV)
Készítette: Porkoláb Tamás

45 RÖNTGENSUGÁRZÁS (X-RAY)
0,01 nm <  < 20 nm 1,5·1016 Hz < f < 3·1021 Hz Wilhelm Conrad Röntgen ( ) az 1895-ben tett felfedezéséért 1901-ben megkapta az első Nobel díjat. Készítette: Porkoláb Tamás

46 A RÖNTGENSUGÁRZÁS TULAJDONSÁGAI
a sugárzás áthatol fán, papíron, ruhán, sőt, a legtöbb fémen is, kivéve az ólmot. ionoizálják a levegőt → ionizáló sugárzás sugarait sem elektromos, sem mágneses mező útjából el nem téríti fluoreszcenciát okoz Készítette: Porkoláb Tamás

47 A RÖNTGENSUGÁRZÁS ALKALMAZÁSAI
orvosi diagnosztika Készítette: Porkoláb Tamás

48 A RÖNTGENSUGÁRZÁS ALKALMAZÁSAI
anyagvizsgálat Készítette: Porkoláb Tamás

49 A RÖNTGENSUGÁRZÁS ALKALMAZÁSAI
CT (Computed Tomography, komputertomográfia) A tomográfiás felvétel esetében vékony, síkszerű röntgensugár-nyalábbal világítják át a vizsgált objektumot. Az egyes rétegfelvételek elkészítésekor a szkennerdob 360°-os fordulatot végez. Készítette: Porkoláb Tamás

50 A RÖNTGENSUGÁRZÁS ALKALMAZÁSAI
CT (Computed Tomography, komputertomográfia) Az áteresztőképességeket összesítik egy 5x5-ös mátrixban. Itt pl. 25 ismeretlent kell meghatározni, ehhez 25 egyenlet szükséges: Készítette: Porkoláb Tamás

51 Υ SUGÁRZÁS  < 0,01 nm, f >3·1021 Hz fluoreszcenciát okoznak
a levegőt ionizálják → ionizáló sugárzás Készítette: Porkoláb Tamás

52 Υ SUGÁRZÁS A gamma-sugarak (mint minden más ionizáló sugárzás) előidézhetnek égési sebeket, rákot és genetikai mutációkat. A gamma-sugarak elleni védekezés nagy atomtömegű és sűrűségű elemekkel a leghatásosabb. Erre a célra általában az ólmot használják. De például a reaktorok aktív zónáját több méter vastag nehézbeton fallal veszik körül, ami egy magas kristályvíz tartalmú, nehézfémmel, például báriummal (barit) adalékolt beton. Minél nagyobb energiájú a gamma-sugárzás, annál vastagabb réteg szükséges a védekezéshez. Készítette: Porkoláb Tamás

53 A Υ SUGÁRZÁS ALKAMAZÁSA
sugárkezelésnél használják anyagvizsgálat, fémek átvilágítása radiológia – radioaktív izotópok nyomon követése a szervezetben Készítette: Porkoláb Tamás

54 FORRÁSOK Wikipédia Google 