Promieniowanie elektromagnetyczne
Cd
(fala elektromagnetyczna)
Promieniowanie elektromagnetyczne
(fala elektromagnetyczna)
jest to rozchodzÄ…ce siÄ™ w przestrzeni zaburzenie pola
elektromagnetycznego. Zaburzenie to ma charakter fali
poprzecznej, w której składowa elektryczna i magnetyczna
Przypomnienie
są prostopadłe do siebie, a obie są prostopadłe do
kierunku rozchodzenia siÄ™ promieniowania. Oba pola
Dualizm korpuskularno-falowy  cecha obiektów kwantowych (np.
indukujÄ… siÄ™ wzajemnie  zmieniajÄ…ce siÄ™ pole elektryczne
fotonów, czy elektronów) polegająca na przejawianiu, w zale\
ności
wytwarza zmienne pole magnetyczne, a zmieniajÄ…ce siÄ™
od sytuacji, właściwości falowych (dyfrakcja, interferencja) lub
pole magnetyczne wytwarzazmienne pole elektryczne.
korpuskularnych (dobrze określona lokalizacja, pęd).
y
ródłem pola EM jest przyspieszający lub hamujący
ładunek elektryczny. Najczęściej z
ródłem tego
Więcej na http://open.agh.edu.pl/mod/resource/view.php?id=497
promieniowania jest Å‚adunek wykonujÄ…cy drgania.
Promieniowanie elektromagnetyczne, choć jest falą,
jak wynika z równań Maxwella, jest równocześnie
strumieniem kwantów  fotonów.
Im mniejsza długość fali, tym bardziej ujawnia się
czÄ…steczkowa natura promieniowania
elektromagnetycznego.
Czym większa jest częstotliwość to długość fali jest mniejsza
l=c/n , gdzie l długość fali, c prędkość fali, a n częstotliwość
http://www.walter-fendt.de/ph14pl/emwave_pl.htm
1
Własności promieniowania
" Promieniowanie elektromagnetyczne rozchodzÄ…c siÄ™ objawia
swe własności falowe zachowując się jak ka\
da fala, ulega
interferencji, dyfrakcji, spełnia prawo odbicia i załamania.
" Rozchodzenie się fali w ośrodkach silnie zale\
y od ośrodków
oraz częstotliwości fali. Fala rozchodząc się w ośrodku
pobudza do drgań cząsteczki, atomy i elektrony zawarte w
ośrodku, które są z
ródłami fal wtórnych, zmieniając tym samym
warunki rozchodzenia się fali w stosunku do pró\
ni.
" Powstawanie i pochłanianie promieniowania
elektromagnetycznego wiÄ…\
e siÄ™ ze zmianÄ… ruchu Å‚adunku
elektrycznego.
" Własności promieniowania elektromagnetycznego silnie zale\
Ä…
od długości fali (częstotliwości promieniowania) i dlatego
dokonano podziału promieniowania elektromagnetycznego ze
względu na jego częstotliwość.
* Fale radiowe - ze względu na długość fali (czy te\

częstotliwość) rozró\
nia siÄ™:
* fale radiowe ultrakrótkie - o długościach fal od 1 do 10
metrów (te są głównie stosowane w telewizji i radiofonii)
* fale radiowe - o długościach fal od 10 do nawet 2000
metrów. Mo\
na je dodatkowo podzielić na fale krótkie
(10 - 75 metrów), średnie (200 - 600 metrów) i długie
(1000 - 2000 metrów).
Natomiast fale, których długość jest większa od 2000
Granice poszczególnych zakresów promieniowania
metrów nie mają \
adnego zastosowania.
elektromagnetycznego są umowne i nieostre. Dlatego Biorąc pod uwagę środowisko rozchodzenia się fali dzieli
siÄ™ je na :
promieniowanie o tej samej długości może być nazywane
" fale przyziemne
falą radiową lub mikrofalą - w zależności od
" fale troposferyczne
zastosowania. Graniczne promieniowanie gamma i
" fale jonosferyczne
promieniowanie rentgenowskie rozróżnia się z kolei ze
" fale w Kosmosie
względu na z
ródło tego promieniowania. Najdokładniej
określone są granice dla światła widzialnego. Są one
zdeterminowane fizjologiÄ… ludzkiego oka.
2
DOLNA JONOSFERA I JEJ 4 WARSTWY
D (60-90 km), E (około 120 km),
F1 (180-240 km) i F2 (220-300 km)
* Mikrofale - są to fale o długościach fal od 1 milimetra do
1 metra. y
ródłem takiego promieniowania mogą być
obwody z prądem o wysokiej częstotliwości. W sposób
celowy mikrofale wytwarzane sÄ… przez klistrony,
magnetrony i inne obwody półprzewodnikowe
W oparciu o mikrofale działają radary i kuchenki
mikrofalowe.
Pole mikrofalowe mo\
e w niekorzystny sposób
oddziaływać n organizmy \
ywe. Przede wszystkim
obserwuje siÄ™ podwy\
szenie temperatury ciała, ogólne
zmęczenie, bóle głowy , zaburzenia pamięci i apatię. Do
takiej sytuacji mo\
e dojść gdy średnia gęstość
2- Fale długie łatwo ulegają ugięciu czyli dyfrakcji i mogą stanowić falę długą przyziemną
3  bÄ…dz
odbijają się od warstwy D i w ogóle nie są pochłaniane przez jonosferę. Dlatego mają strumienia mocy stacjonarnej mikrofal przekroczy
najdalszy zasięg niezależnie od pory dnia i roku.
wartość 0,1 W/m . Wartość ta uwa\
ana jest za granicznÄ…
4- Fale średnie odbijające się od warstwy E, mają o wiele większy zasięg w nocy, gdyż wtedy
dla strefy bezpieczeństwa.
zanika warstwa D, przez którą są pochłaniane.
1 - Fale krótkie natomiast na Ziemi tworzą fala krótką falę przyziemną i odbijają się od warstw
F1 i F2 (5) oraz od powierzchni Ziemi i dzięki temu są słyszalne na bardzo dużym obszarze,
6  fale ultrakrótkie i mikrofale nie ulegają odbiciu od jonosfery i uciekają w przestrzeń
kosmicznÄ….
* Podczerwień to promieniowanie o długościach fali
od 760 nanometrów do 2000 mikrometrów. Dalszy
Ciała
podziałw temperaturze pokojowej wysyłają fale o
dzieli promieniowanie podczerwone na:
długości 19 bliską, średnia podczerwieńdo około
mm. Ciała o temperaturze
podczerwień i daleką
podczerwień. Promieniowanie tylko podczerwień.
400°C wysyÅ‚ajÄ… praktycznie to jest emitowane
przez wszystkie rozgrzane obiekty oraz przez
Promieniowanie podczerwone jest silnie
lampy wyładowcze. Promieniowanie podczerwone
pochłaniane przez niektóre składniki atmosfery
jest odbierane przez narządy zmysłów jako ciepło.
np. parę wodną i dwutlenek węgla. Długości od
Fale z zakresu podczerwieni wykorzystywane sÄ… w
14 mm do 1500 mm atmosfera ogóle nie
wielu gałęziach nauki i przemysłu m.in. w analizach
przepuszcza i dzięki temu stanowi swojego
chemicznych. Promieniowanie podczerwone
rodzaju płaszcz ochronny Ziemi, zabezpieczający
emitowane przez ciała jest podstawa działalności
planetę przed zbytnim ochłodzeniem.
noktowizorów.
3
* Światło widzialne - obejmuje zakres fal o
długościach od 380 do 780 nanometrów.
Promieniowanie to wywołuje w ludzkim
oku wra\
enie widzenia. W zakresie tym
wyró\
nia się długości fal odpowiadające
poszczególnym barwom od czerwieni
przez pomarańczowy, \
ółty, zielony,
niebieski a\
do fioletowego. Dlatego
czasem obszar ten nazywa siÄ™ obszarem
tęczy.
A pszczoły "widzą" promieniowanie nadfioletowe
4
* Ultrafiolet - należą tu fale o długościach od 390 do 10
nm. Przedział ten dodatkowo dzieli się na ultrafiolet
bliski - czyli do około 190 nm i ultrafiolet daleki, który
obejmuj krótsze fale.
Promieniowanie nadfioletowe ma silne działanie fotochemiczne.
Przy długości fali poniżej 300 nm wywołuje już jonizację i jest
zabójcze dla organizmów żywych, wywołuje lub przyspiesza szereg
reakcji chemicznych. Przed promieniowaniem nadfioletowym
chroni nas warstwa ozonowa, pochłaniająca promieniowanie
ultrafioletowe o długości fali poniżej 290 nm, a także powietrze,
które pochłania całkowicie promieniowanie nadfioletowe w
zakresie ultrafioletu dalekiego.
5
Promieniowanie rentgenowskie
Promieniowanie gamma - obejmuje
obejmuje fale o długościach z
promieniowani elektromagnetyczne o
przedziału od 10 nm do 0.001 nm.
długościach mniejszych od 0.1 nm. y
ródłem
Przedział ten dodatkowo dzieli się
na promieniowanie rentgenowskie
tego promieniowania sÄ… wzbudzone atomy.
miękkie , czyli to o dłu\
szych
falach oraz promieniowanie
y
ródła promieniowania gamma:
rentgenowskie twarde, o mniejszej
Reakcja rozpadu - jądra atomowe izotopów
długości fali. Promieniowanie
promieniotwórczych ulegają rozpadowi, co powoduje emisję
twarde cechuje się większą
fotonu gamma.
przenikliwością.
Reakcja syntezy - dwa jÄ…dra atomowe zderzajÄ… siÄ™ tworzÄ…c
nowe jÄ…dro i emitujÄ…c foton gamma.
Anihilacja - zderzenie czÄ…stki i antyczÄ…stki, np elektronu i
pozytonu powoduje anihilacjÄ™ obu tych czÄ…stek i emisjÄ™
dwóch fotonów gamma.
Kosmos (minimalne)
Promienie gamma mogą słu\
yć do sterylizacji sprzętu
medycznego, jak równie\
produktów spo\
ywczych. W
medycynie u\
ywa siÄ™ ich w radioterapii (tzw. bomba
kobaltowa) do leczenia raka, oraz w diagnostyce np.
pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa.
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. przeróbki
rudy miedzi).
6
Do powierzchni Ziemi dociera tylko światło widzialne z niewielkim marginesem promieniowania
nadfioletowego i podczerwonego oraz fale radiowe. Ponieważ odbiornik fal powinien mieć rozmiary
tego samego rzędu, co długość fali, ze zrozumiałych względów nie możemy być wyposażeni w
detektor fal radiowych. Nic dziwnego, że w toku ewolucji wykształciły się oczy odbierające ten
właśnie zakres. W pozostałych zakresach na powierzchni Ziemi panuje bowiem ciemność.
Krzywe spektralne i wykorzystanie w
praktyce
to, jaka część promieniowania ulega odbiciu, jaka
absorpcji, a jaka transmisji zale\
y od właściwości obiektu
i długości fali promieniowania. Charakterystyka
współczynnika odbicia w zale\
ności od długości fali
stanowi tzw. krzywÄ… spektralnÄ….
http://home.agh.edu.pl/~awrobel
7
Każdy przedmiot w otaczającym nas świecie w charakterystyczny dla siebie
Oko jako spektrofotometr
sposób oddziałuje z promieniowaniem elektromagnetycznym. Oznacza to, że w
specyficzny sposób pochłania, rozprasza, odbija lub przepuszcza to
promieniowanie elektromagnetyczne. Można więc każdy z tych przedmiotów
opisać w sposób graficzny odpowiednim widmem spektralnym, które jest
wyjątkową cechą, podobnie jak linie papilarne u człowieka. Jako przykład warto
tutaj przedstawić widma odbiciowe czerwonego jabłka
Oko jako spektrometr
y
ródło :www.atm.edu.pl y
ródło :www.atm.edu.pl
Różne z
ródła światła
Zakres przydatności (spektrometr)
y
ródło :www.atm.edu.pl http://home.agh.edu.pl/~awrobel
8
spektrometr
http://home.agh.edu.pl/~awrobel http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect13/Sect13_4.html
Obraz taki możemy nazwać obrazem wielospektralnym.
Nazwa ta oznacza, i składa się on z wielu obrazów
składowych zarejestrowanych w różnych fragmentach
spektrum elektromagnetycznego.
Różnice krzywej spektralnej gleby spowodowane różnym stopniem jej uwilgocenia
http://home.agh.edu.pl/~awrobel
9
Przekształcenia zwane indeksami wegetacji.
Opierają się one na wielkości odbicia spektralnego w kanałach czerwonym i
podczerwonym. W tych dwóch kanałach następuje szczególne oddziaływanie
pomiędzy wegetacją a promieniowaniem elektromagnetycznym.
Odbicie w kanale czerwonym jest niskie ze względu na absorpcję
promieniowania w czÄ…steczkach chlorofilu. W kanale podczerwonym
natomiast warto współczynnika odbicia jest wysoka, ze wzglądu na strukturę
liści.
Jednym z najczęściej stosowanych indeksów wegetacji jest NDVI
(Normalized Difference Vegetation Index  Znormalizowany Rónicowy
Indeks Wegetacji).
Posiada on następującą postać:
NDVI = (NIR-RED)/(NIR+RED),
gdzie
NIR  kanał podczerwony,
RED  kanał czerwony.
http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect3/Sect3_2.html www.fas.org
10
11