Fale elektromagnetyczne - rodzaje i zastosowanie

Fale elktromagnetyczne - rodzaje i zastosowanie

Karina Jagodzińska 8c

Fala elektromagnetyczna

rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego. Składowa elektryczna i magnetyczna fali indukują się wzajemnie – zmieniające się pole elektryczne wytwarza zmieniające się pole magnetyczne, a z kolei zmieniające się pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne. Właściwości fal elektromagnetycznych zależą od długości fali. Promieniowaniem elektromagnetycznym o różnej długości fali są fale radiowe, mikrofale, podczerwień, światło widzialne, ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma.

Fale radiowe

o częstotliwości od 3 kHz do 3 THz (3·103–3·1012 Hz). Według literatury zachodniej zakres częstotliwości obejmuje fale od 3 Hz. Zależnie od długości dzielą się na pasma radiowe. Według dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady są to fale elektromagnetyczne o częstotliwości mniejszej niż 3000 GHz, rozchodzące się w przestrzeni bez pomocy sztucznego przewodnika i zakres wynosi więcej niż 1m.

Źródła

naturalne: wyładowania atmosferyczne, zjawiska geologiczne we wnętrzu Ziemi, zorze polarne, gwiazdy, radiogalaktyki sztuczne zamierzone: nadajniki radiowe zakłócenia/szumy: silniki komutatorowe, instalacje prądu przemiennego (50/60 Hz; 400 Hz), styczniki, komputery, kuchenki mikrofalowe, przetwornice zasilające, falowniki i regulatory tyrystorowe, piece indukcyjne i łukowe, spawarki, zapłon elektryczny (iskrowy) silników cieplnych, lampy wyładowcze, eksplozja nuklearna (impuls elektromagnetyczny).

Zastosowanie

-obserwacjach astronomicznych, radioteleskopy - w medycynie estetycznej i kosmetologii jako pomoc w procesie odchudzania. Na skutek działania fal radiowych skóra ulega rozgrzaniu, przyspiesza metabolizm, a włókna kolagenowe ulegają regeneracji. W ten sposób można wyszczuplić i ujędrnić ciało, a także wygładzić skórę twarzy.

Mikrofale

o długości fali pomiędzy podczerwienią a falami ultrakrótkimi, zaliczane są do fal radiowych. W różnych opracowaniach spotyka się różne zakresy promieniowania uznawanego za promieniowanie mikrofalowe, przykładowo od 1 mm (częstotliwość 300 GHz) do 30 cm (1 GHz)[1], częstotliwość = 3·109 ÷ 3·1012 Hz, a długości λ = 1·10−4 ÷ 0,1 m

Źródła

-Gwiazdy, w tym Słońce-W odpowiednich warunkach atomy i cząsteczki mogą emitować mikrofale -Sztuczne źródła mikrofal obejmują kuchenki mikrofalowe, masery, obwody, wieże transmisyjne komunikacyjne i radary.

Zastosowanie

-radary mikrofalowe -naprowadzanie broni na cel -radarowy pomiar prędkości -radar meteorologiczny -radary geodezyjne – sporządzanie map powierzchni Ziemi i innych ciał niebieskich -łączność między satelitarna -kuchenka mikrofalowa do rozmrażania, podgrzewania i gotowania żywności -pomiary wilgotności -nawigacja: system globalnego pozycjonowania (GPS) -łączność pomiędzy urządzeniami bluetooth używają mikrofal w zakresie 2,4 GHz

Podczerwień

promieniowanie elektromagnetyczne o długości fal między światłem widzialnym a falami radiowymi. Oznacza to zakres od 780 nanometrów do 1 milimetra. Energia fotonów promieniowania podczerwonego zawiera się w przedziale od 0,001 eV do 1,6 eV, a częstotliwość drgań od 300 GHz do 400 THz. Każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje promieniowanie cieplne (zobacz ciało doskonale czarne). Już w temperaturze kilku kelwinów ciała emitują promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie dalekiej podczerwieni, ciała o temperaturze pokojowej emitują najwięcej promieniowania o długości fali rzędu 10 μm. Przedmioty o wyższej temperaturze emitują więcej promieniowania i o mniejszej długości, co pozwala na ich wykrycie przez ich promieniowanie.

Zastosowania

Promieniowanie podczerwone może służyć do zdalnego określania temperatury obiektów, oraz obrazowania z wykorzystaniem różnic w promieniowaniu cieplnym ciał. Dla ciał o temperaturze zbliżonej do pokojowej technika ta zwana jest termografią, a w przypadku gorących ciał pirometrią. Termografia jest stosowana głównie w zastosowaniach wojskowych i przemysłowych, ale technologia dociera na rynek publiczny w postaci kamer na podczerwień w samochodach ze względu na znacznie zmniejszenie kosztów produkcji kamer mikrobolometrycznych. W termografii zwanej czynną różnice promieniowania ciał uzyskuje się przez pobudzenie obserwowanego ciała energią z innego źródła. Stosowane techniki pobudzania (nagrzewania) mogą być wewnętrzne: przepływ prądu, indukcja elektromagnetyczna, rozpraszanie światła, rozpraszanie fal ultradźwiękowych, drgania. Wśród zewnętrznych technik pobudzania są ogrzewanie promieniowaniem podczerwonym lub widzialnym.

Światło widzialne

część promieniowania elektromagnetycznego, na którą reaguje siatkówka oka w procesie widzenia. Dla człowieka promieniowanie to zawiera się w przybliżeniu w zakresie długości fal 380–750 nm, dla zwierząt zakres ten bywa nieco odmienny (lecz o zbliżonych wartościach). Potocznie światłem nazywa się widzialną część promieniowania elektromagnetycznego (czyli światło widzialne). W fizyce pojęcie światło ma ogólniejsze znaczenie.

Źródła

płomień świecy, gaz w świetlówce lub zapalona żarówka, ale także przedmiot odbijający światło (np słoneczne).

Zastosowanie

To widmo światła widzialnego łagodzi również poparzenia wynikające z nadmiernej ekspozycji na promienie UV oraz podrażnienia skóry wynikające z niektórych chorób. Widmo niebieskie promieniowania widzialnego działa z kolei uspokajająco oraz zmniejsza ból.

począwszy od działania łagodzącego, przeciwzapalnego i przeciwbakteryjnego po działanie stymulujące fibroblasty oraz poprawiające ukrwienie tkanek. ... Poza tym pobudza fibroblasty do intensywnej pracy, co stymuluje produkcję kolagenu i elastyny.

Ultrafiolet

promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od 10 nm do 400 nm (niektóre źródła za ultrafiolet przyjmują zakres 100–400 nm), niewidzialne dla człowieka. Promieniowanie ultrafioletowe są to fale krótsze niż promieniowanie widzialne i dłuższe niż promieniowanie rentgenowskie. Zostało odkryte niezależnie przez niemieckiego fizyka, Johanna Wilhelma Rittera, i brytyjskiego chemika, Williama Hyde’a Wollastona, w 1801 roku.

Źródło

głównym źródłem UV jest słońce, spośród źródeł sztucznych należy wymienić solarium, kwarcówki, lampy stosowane w utwardzaniu polimerów, lampy bakteriobójcze, lampy rtęciowe, światła halogenowe, oraz niektóre typy lasera (lasery ekscimerowe, azotowe oraz trzecioharmoniczne lasery

Zastosowanie

W lampie jarzeniowej ultrafiolet wytwarzany jest z użyciem rozprężonych par rtęci, przez które płynie prąd elektryczny. Luminofor pochłania to promieniowanie i emituje światło białe. Ultrafiolet powoduje fluorescencję wielu substancji chemicznych. To zjawisko można wykorzystać do analizy zabezpieczonych przed podrobieniem banknotów albo przy oględzinach miejsca zbrodni. Fluorescencyjne znaczniki mogą służyć do oznaczania badanych substancji organicznych, dzięki czemu można łatwo obserwować ich przemiany w organizmach żywych. Ponadto ultrafiolet typu C ma właściwości bakteriobójcze. Promieniowanie ultrafioletowe pozwala na wykonanie w technice fotolitografii półprzewodnikowych układów scalonych. Dzięki temu można uzyskać rozdzielczość struktury procesorów rzędu długości fali promieniowania ultrafioletowego

W kosmetyce: Lampa kwarcowa emituje promieniowanie UV, które wykorzystuje się w solarium do sztucznego opalania. Lampa UV z powodzeniem stosowana jest również w kosmetologii dłoni i paznokci jako utwardzacz lakierów hybrydowych i żelowych. Starsze modele lamp UV potrzebowały 2 minut na utwardzenie płytki paznokcia, obecnie stosuje się nowsze, mocniejsze modele lampy LED UV, której działanie utwardzające pojawia się już po 30s.

Promieniowanie rentgenowskie

rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, które jest generowane podczas wyhamowywania elektronów. Długość fali mieści się w zakresie od ok. 10 pm do 10 nm. W widmie fal elektromagnetycznych promieniowanie rentgenowskie znajduje się za nadfioletem, pokrywając się z zakresem

Źródło

są różnego rodzaju lampy rentgenowskie, pierwiastki promieniotwórcze, akceleratory cząstek, a także wiele ciał niebieskich

Zastosowanie

Promieniowanie rentgenowskie wykorzystywane jest w celu obrazowania wewnętrznej struktury obiektów. Jedną z metod opracowaną przez zespół z University College London jest badanie odchylenia kierunku ruchu promieniowania w wyniku przejścia przez badany obiekt z zastosowaniem kontrastu fazowego.jest wykorzystywane do uzyskiwania zdjęć rentgenowskich, które pozwalają m.in. na diagnostykę złamań kości i chorób płuc oraz do rentgenowskiej tomografii komputerowej w radioterapii niektórych nowotworów[8]. Promieniowanie takie generowane jest zwykle w wyniku bombardowania tarczy wolframowej (lub z dużym udziałem tego metalu) strumieniem elektronów pochodzących z akceleratorów liniowych

Promieniowanie gamma

wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego. W wielu publikacjach rozróżnienie promieniowania gamma oraz promieniowania X (rentgenowskiego) opiera się na ich źródłach, a nie na długości fali. Promieniowanie gamma wytwarzane jest w wyniku przemian jądrowych albo zderzeń jąder lub cząstek subatomowych, a promieniowanie rentgenowskie – w wyniku zderzeń elektronów z elektronami powłok wewnętrznych lub ich rozpraszaniu w polu jąder atomu. Promieniowanie gamma jest promieniowaniem jonizującym i przenikliwym.

Źródła

-Promieniowanie hamowania i promieniowanie synchrotronowe – wysokoenergetyczne cząstki naładowane (najczęściej elektrony) poruszające się w silnym polu elektrycznym, np. jąder atomowych, lub polu magnetycznym mogą emitować fotony promieniowania gamma. Promieniowanie hamowania i promieniowanie synchrotronowe – wysokoenergetyczne cząstki naładowane (najczęściej elektrony) poruszające się w silnym polu elektrycznym, np. jąder atomowych, lub polu magnetycznym mogą emitować fotony promieniowania gamma.

-Reakcja jądrowa – jądra atomowe izotopów promieniotwórczych po rozpadzie znajdują się w stanie wzbudzonym. Powrót do stanu podstawowego, o niższej energii, powoduje emisję fotonu gamma.

-Nukleosynteza – dwa jądra atomowe zderzają się, tworząc nowe jądro w stanie wzbudzonym. Jego przejściu do stanu podstawowego może towarzyszyć emisja jednego lub wielu kwantów gamma.

-Anihilacja – zderzenie cząstki i antycząstki, np. elektronu i pozytonu, powoduje zniknięcie obu tych cząstek i emisję co najmniej dwóch fotonów gamma.

-Odwrotne rozpraszanie Comptona – wysokoenergetyczne elektrony mogą zderzać się z niskoenergetycznymi fotonami (np. promieniowania tła) i przekazywać im energię, zmieniając je w kwanty gamma. Odwrotne rozpraszanie Comptona – wysokoenergetyczne elektrony mogą zderzać się z niskoenergetycznymi fotonami (np. promieniowania tła) i przekazywać im energię, zmieniając je w kwanty gamma.

-Rozpady cząstek elementarnych – fotony gamma mogą być produktami rozpadu wielu nietrwałych cząstek elementarnych, np. neutralny pion rozpada się najczęściej na dwa fotony. Rozpady cząstek elementarnych – fotony gamma mogą być produktami rozpadu wielu nietrwałych cząstek elementarnych, np. neutralny pion rozpada się najczęściej na dwa fotony.

Zastosowania

Promienie gamma mogą służyć do sterylizacji sprzętu medycznego, jak również produktów spożywczych. W medycynie używa się ich w radioterapii do leczenia nowotworów (tzw. bomba kobaltowa, nóż gamma) oraz w diagnostyce, np. tomografia emisyjna pojedynczych fotonów. Ponadto promieniowanie gamma ma zastosowanie w przemyśle oraz nauce, np. pomiar grubości gorących blach stalowych, pomiar grubości papieru, wysokości ciekłego szkła w wannach hutniczych, w geologii otworowej (poszukiwania ropy i gazu ziemnego), w badaniach procesów przemysłowych (np. przepływu mieszanin wielofazowych, przeróbki rudy miedzi). Promieniowanie γ ma zastosowanie w badaniach z dziedziny chemii radiacyjnej.