Elektromagnetiska vågor

En presentation över ämnet: "Elektromagnetiska vågor"— Presentationens avskrift:

1 Elektromagnetiska vågor

2 Elektromagnetiska vågor
Fluktuationer i både E och B  Fortskridande våg En elektromagnetisk våg kan genereras från laddningar i rörelse, t ex i en antenn.

3 Elektriskt fält kring en dipolantenn
Elektromagnetiska vågor Elektriskt fält kring en dipolantenn En dipol (som t ex figur 18.27) genererar ett elektriskt fält i sin omgivning. Figure 18.27 Om dipolens styrka och polaritet varierar i tiden, som t ex i en antenn, kommer också det genererade elektriska fältet att göra det. Fig 24.2 Det tar en viss tid för det elektriska fältet att ändra sig i en given punkt, beroende på punktens avståndet till antennen.  en våg utbreder sig

4 Magnetiskt fält kring en dipolantenn
Elektromagnetiska vågor Magnetiskt fält kring en dipolantenn En ledare i vilken det flyter en ström, genererar ett magnetiskt fält i sin omgivning. I r B Om strömmens styrka och polaritet varierar i tiden, som t ex i en antenn, kommer också det genererade magnetiska fältet att göra det. Det tar en viss tid för det magnetiska fältet att ändra sig i en given punkt, beroende på punktens avståndet till antennen. Fig 24.3  en våg utbreder sig

5 Närfält och strålningsfält
Elektromagnetiska vågor Närfält och strålningsfält Det elektriska och magnetiska fälten kring antennen avtar snabbt med avståndet till antennen. Närfält. Närvaron av ett tidsvarierande magnetiskt fält inducerar ett elektriskt fält, och också omvänt gäller, närvaron av ett tidsvarierande elektriskt fält inducerar ett magnetiskt fält.  En elektromagnetisk våg utbreder sig Strålningsfält Figure 24.4

6 En elektromagnetisk vågs egenskaper
Elektromagnetiska vågor En elektromagnetisk vågs egenskaper En elektromagnetisk våg är en transversell våg. E och B fälten är vinkelräta. En e-m våg utbreder sig både i vacuum och i ett medium. Utbredningshastigheten i vakuum, ljushastigheten, är c = m/s  3,00·108 m/s (c = 1/[ 0 0 ]1/2 ). För utbredningshastigheten i ett medium gäller att cluft  c cmateria  c

7 Det elektromagnetiska spektrumet
Elektromagnetiska vågor Det elektromagnetiska spektrumet Elektromagnetiska vågor delas in i olika områden beroende på dess våglängd: Figure 24.9 Frekvensområde Radiovågor Mikrovågor Infraröd strålning Synligt ljus Ultraviolett strålning Röntgenstrålning Gammastrålning Skapas vid: Elektriska svängningskretsar Klystroner (elektronrör) Molekylvibrationer Elektronexcitationer Elektrisk urladdning Inbromsning av snabba elektroner Radioaktivt sönderfall CE2, sid 739

8 Energi i en elektromagnetisk våg
Elektromagnetiska vågor Energi i en elektromagnetisk våg En elektromagnetisk våg överför elektrisk energi I vakuum gäller Elektrisk energitäthet = Energi per volymsenhet = 0 E2 / 2 Magnetisk energitäthet = Energi per volymsenhet = B2 / 20 Total energitäthet = u = 0 E2 / 2 + B2 / 20 I en elektromagnetisk våg är de elektriska och magnetiska energitätheterna lika stora  u = 0 E2 / 2 + B2 / 20 = 0 E2 = B2 / 0  E = c B

9 Energi i en elektromagnetisk våg
Elektromagnetiska vågor Energi i en elektromagnetisk våg Om de e-m fälten varierar sinusformat E = E0 sin( t ), B = B0 sin( t ), så kan effektivvärden defineras som Erms = E0 /2, Brms = B0 /2 umedel = 0 Erms2 / 2 + Brms2 / 20 = 0 Erms2 = Brms2 / 0 Exempel 4, sid 743

10 Elektromagnetiska vågor
Intensitet Figure 24.15 Intensitet = effekt per ytenhet = energi per tids- och ytenhet S = [ u ( ctA ) ] / [ t A ] = c u S = c 0 E2 / 2 + c B2 / 20 = 0 c E2 = c B2 / 0 Exempel 5, sid 745

11 Doppler effekt f  = f [1  vrel / c ]
Elektromagnetiska vågor Doppler effekt f  = f [1  vrel / c ] Skillnad mot Dopplereffekt för ljud Inget medium nödvändigt (ljushastighet annorlunda än ljudhastighet) Relativa hastigheten, vrel , mellan observatör och källa ingår i uttrycket. Används inom astronomi för att bestämma hastigheter på astrofysikaliska objekt.

12 Doppler effekt f  = f [1 + vrel / c ]
Elektromagnetiska vågor Doppler effekt Exempel Vilken hastighet måste man hålla då man närmar sig en trafikljuskorsning, för att det röda ljuset ska uppfattas som grönt. Lösning rött  750 nm grönt  550 nm f = c /  frött  4,00·1014 Hz fgrönt  5,45·1014 Hz f  = f [1 + vrel / c ] vrel = c [ f  / f - 1 ]  c [5,45·1014 / 4,00· ] = 0,36 c