Vznik a šíření elektromagnetických vln

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Vznik a šíření elektromagnetických vln"

Kristina Hájková
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Vznik a šíření elektromagnetických vln

2 Hlavní body Rozšířený Coulombův zákon lektromagnetická vlna ve vakuu Zdroje elektromagnetických vln Přehled elektromagnetických vln Foton vlna nebo částice Fermatův princip Aplikace FP zákon odrazu Aplikace FP zákon lomu (index lomu + virtuální absorpce, princip neurčitosti, disperze) Další aplikace FP Jak to vlastně funguje?

3 A Rozšířený Coulombův zákon -vznik elektromagnetické vlny rychlost změny zpoždění Q r r d r 1 d r 4 r c dt r c dt t t r c Zpoždění kvůli konečné rychlosti šíření měli bychom mít čárkovanou soustavu Pro velkou vzdálenost máme pouze časově proměnné elektrické pole A Q d r 4c dt x z Q r Obrátili jsme směr polohového vektoru a znaménko = koukáme na to z místa zájmu r y A

4 Rychlost šíření c f x y Q A r r A z Náboj Q kmitá ve směru osy x Pro velká r a malý pohyb t konst. r konst. A t Q d r t Q d xt Q 4 c dt 4 c z dt c 4 r x r, y r z, r r = z z a a x v čase t t x t Za zrychlení si můžeme dosadit z kmitavého pohybu sinusový průběh r c

5 lektromagnetická vlna lmag. vlna vzniká zrychleným pohybem náboje Pro harmonický pohyb: ( H x,t ( ) x,t ) H sin ( x c H je kolmé na sin ( t x c t ) ) Rychlost šíření elmag. vlny c je rovna 1 = 3.18 ms-1 lmag. vlna představuje v daném místě proměnné elektrické a magnetické pole

6 lektromagnetická vlna - polarizace lmag. vlna obecně nevykazuje žádnou směrovost v rovině kolmé na směr šíření (y-z) není polarizovaná z x ( x,t ) sin ( t x c ) y Vlnu lze polarizovat tvarem vysílače, polarizačními filtry, odrazem. Polarizace je zřídka stoprocentní. Lasery produkují vysoce polarizované světlo.

7 Zdroje elektromagnetického vlnění Zdojem MV je zrychlený pohyb náboje (nebo časově proměnné elektrické pole, které pohyb vyvolává) Konkrétními zdroji jsou např. Dipolová anténa Pohyb polarizované molekuly nergetické změny v atomech, popř. pevných látkách

8 Dipolová anténa VFG Přijímač VFP Rotace polarizované molekuly nergetické změny v atomech e e -

9 Přehled elektromagnetického záření Název Frekvence (s -1 ) Vlnová délka Rádiové vlny m Mikrovlny 1 11,1-1 m Infračervené záření 1 13,8 1 mm Viditelné záření 1 14,35 -,8 μm Ultrafialové záření ,1 -,35 μm Rentgenové záření 1 18,1 1 nm Záření gama 1,1,1 nm Kosmické záření až 1 3 až,1 nm

10 Vlna nebo částice Čím je vyšší frekvence záření, tím víc se projevuje částicový charakter záření. Některé jevy nelze bez této představy vysvětlit (fotoefekt) Vyzáření fotonu je časově omezený proces: e - Vlnový balíček 1 lektromagnetické záření je uvolňováno v kvantech o energii h f h c J FOTON

11 Vakuum není NIC 1. Je to prostředí, které má vlastnosti jako je permitivita = 8, C N -1 m - permeabilita = 4π. 1-7 m kg C - c. Je prostředím pro šíření elektromagnetických vln Rychlost šíření vakuum: jiné prostředí: ms index v lomu n A je prostředím kvantových fluktuací (princip neurčitosti) c v ms

12 Index lomu Proč se šíří foton v jakémkoli jiném prostředí pomaleji než ve vakuu? Důvodem je jev virtuální absorpce fotonu související s principem neurčitosti: Z tohoto důvodu je rychlost šíření záření v jiném prostředí frekvenčně závislá, což vede k disperzi záření I úhel lomu je tedy frekvenčně závislý h t Zdroj bílého světla Stínítko

13 Index lomu - proces (virtuální) absorpce Vyzářený foton může být absorbván na jiném místě : 1 e vac 1 e - t h va c e - 1 e - 1

14 Minimální shrnutí Zrychlený pohyb náboje elektromagnetické záření Směr šíření je kolmý na směr zrychleného pohybu Šíří se v kvantech o energii = hf h =6, Js f je frekvence Rychlost šíření ve vakuu je c = ms -1, v jiném prostředí je nižší

15 Šíření elektromagnetických vln Fermatův princip Paprsky se šíří přímočaře (1.N.Z.) Jakým způsobem se záření šíří např. z bodu A do bodu B nám říká Fermatův princip: Záření se šíří z bodu A do bodu B po takové dráze, že čas potřebný k překonání této vzdálenosti nabývá extrémní hodnoty: absolutní i lokální minima (maxima)

16 A Fermatův princip - zákon odrazu v homogenním prostředí α β B D B při odrazu nastává lokální minimum při podmínce α = β

17 A Fermatův princip - zákon lomu (záchrana tonoucího) α C v 1 Odvození: Pro velmi malý odklon od správného směru se nesmí změnit t(ab) = extrém t(c D )=t(cd) C D /v 1 = CD/v CD sinα/v 1 = CD sinβ/v C D D β B sin sin v v 1 v < v 1 c n1 c n n n 1

18 Úplný odraz Pokud postupujeme opačně, z opticky hustšího do opticky řidšího nalézáme kritický uhel, při kterém dochází k úplnému odrazu nevidíme do vody A α v 1 sin sin sin 1 v v 1 β B v > v 1

19 Další aplikace Fermatova principu 1. Posun paprsku. Západ slunce 3. Fata Morgana 4. Optická čočka 1 zdánlivě skutečně 4 Vidíme na zemi to, co je na obloze T, n 3 skutečně T < T 1 n 1 < n zdánlivě

20 Jak to funguje? Im Komplexní číslo: Im Xˆ Re Re Xˆ Xˆ X cos i sin ˆ ˆ i X Re ˆ X i e Im

21 A n = α D v 1 β v > v 1 X ˆ amplituda pravděpodobnosti: n X ˆ e i času t AB B A B n Xˆ n Im Re

Podobné dokumenty

VLNOVÁ OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník

VLNOVÁ OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník VLNOVÁ OPTIKA Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník Vlnová optika Světlo lze chápat také jako elektromagnetické vlnění. Průkopníkem této teorie byl Christian Huyghens. Některé jevy se dají