Widmo Fal

Fale elektromagnetyczne można podzielić ze względu na częstotliwość lub długość, taki podział nazywa się widmem fal elektromagnetycznych. Obejmuje ono fale radiowe, mikrofale, promieniowanie podczerwone, światło widzialne, promieniowanie nadfioletowe, promieniowanie rentgenowskie, promieniowania gamma. Zakresy poszczególnych rodzajów promieniowania nie mają wyraźnych i ostrych granic. Niektóre z nich wzajemnie zachodzą na siebie. Dzieje się tak np. w zakresie promieniowania nadfioletowego i rentgenowskiego czy też promieniowania podczerwonego i promieniowania radiowego. Fale elektromagnetyczne wypełniają otaczającą nas przestrzeń, my jednak zauważamy jedynie fale z małego zakresu widma tzw. światło widzialne.

Fale radiowe zostały doświadczalnie odkryte przez Heinrich'a Hertz'a. Do fal radiowych zaliczamy mikrofale, fale ultrakrótkie oraz fale radiowe krótkie, średnie i długie. Są one wykorzystywane w różnych urządzeniach np.: radio, telewizja, radar.


Heinrich Hertz (1857-1894)

Urodził się w Hamburgu w 1857 roku. Heinrich był w szkole jednym z najlepszych uczniów. Wykazywał zdolności nie tylko do matematyki i fizyki, ale także do przedmiotów humanistycznych. Hertz lubił pracować w szkolnych warsztatach, zwłaszcza przy maszynach do obróbki metalu i drewna. Studiował na uniwersytecie w Berlinie fizykę pod kierunkiem wybitnego uczonego, Hermanna Helmholtza
Prototypem odbiornika radiowego jest aparatura Heinrich'a Hertz'a, ta sama, dzięki której dokonał odkrycia fal radiowych.


Schemat aparatury Hertza
W cewce indukowany jest prąd, który powoduje pojawienie się iskry w szczelinie nadajnika, powstają tutaj fale radiowe. Detekcji tych fal dokonujemy w odbiorniku zrobionym z pętli drutu. Fala elektromagnetyczna wymusza indukowanie prądu i przeskok iskry w szczelinie odbiornika

Mikrofale zaliczane są do fal radiowych, wykorzystywane są w telekomunikacji satelitarnej, urządzeniach grzewczych(np. kuchenki mikrofalowe), oraz w radarze. Są to fale znajdujące się w widmie pomiędzy falami ultrakrótkimi a podczerwienią (długość fali od 30 cm do 1 mm), nie są one odbijane przez jonosferę.
W telekomunikacji satelitarnej używa się satelitów telekomunikacyjnych, które dzięki mikrofalom przekazują międzykontynentalne transmisje telewizyjne, telegraficzne i telefoniczne.
W telefonii komórkowej również używa się mikrofal, wykorzystuje się tutaj podział obszaru działania na tzw. komórki, każdy obszar zawiera przekaźnik radiowy, obsługujący użytkowników w swoim zasięgu. Rozmowy międzykomórkowe (ale nie między telefonami komórkowymi) przekazywane są przez centralę obszaru, a dalsze przez satelitę komunikacyjnego.


Schemat kuchenki mikrofalowej

Mikrofale w kuchence mikrofalowej wytwarzane są przez magnetron. Zbudowany jest on z katody otoczonej anodą, oraz dwóch magnesów. Katoda, wykonując ruch obrotowy, emituje elektrony, które krążą wokół anody w zmiennym polu elektrycznym i magnetycznym. Do anody podłączone są obwody rezonansowe. Powodują one drganie pola elektromagnetycznego. Tak wytworzone pole emituje energię w postaci promieniowania mikrofalowego. Mikrofale wysyłane są do kuchenki falowodem.
Częstotliwość drgań mikrofal jest tak dobrana, aby dzięki rezonansowi pochłaniały ją akurat cząsteczki wody, które jako cząsteczki polarne oddziaływają z falami elektromagnetycznymi. Pochłanianie energii przez cząsteczki wody powoduje, że one drgają i obracają się. Poprzez zderzenie przekazują energię innym cząsteczkom powodując podgrzewanie umieszczonego w kuchence produktu


William Herschel (1738 - 1822)

William Herschel był sławnym astronomem angielskim, urodził się w Hanowerze jako dziecko kapelmistrza gwardii hanowerskiej. Mając 14 lat, przyłączył się do zespołu muzycznego, kierowanego przez ojca, jako oboista i skrzypek. w 1757 roku William wyemigrował do Anglii. Herschel pracował nad własnym teleskopem i 4 marca 1774 roku po raz pierwszy skierował swój instrument w niebo, ku Wielkiej Mgławicy w Orionie. Systematycznie obserwował gwiazdy podwójne. Założył, że Droga Mleczna to skupisko gwiazd. Był również utalentowanym teoretykiem, który pożytkował wyniki swych obserwacji do snucia hipotez o budowie i ewolucji Wszechświata. w 1781 odkrył planetę Uran.
W 1800 roku William Herschel zaobserwował promienie podczerwone.
Herschel zbadał skutki termiczne promieniowania elektromagnetycznego od fioletu do czerwieni. Posłużył się pryzmatem, który rozszczepił światło słoneczne na barwne widmo. Podczas badania temperatury promieniowania stwierdził, że światło przy czerwonym skraju grzeje. Następnie zauważył, że poza tym skrajem następuje jeszcze silniejszy efekt grzania. Herschel nazwał te fale promieniami podczerwonymi, są one niewidzialne dla oka ludzkiego, są jednak odczuwalne w postaci ciepła. Promieniowanie podczerwone jest promieniowaniem o częstotliwości mniejszej od częstotliwości światła czerwonego - o długości fali od 760 nm do 2000 µm. Emitowane jest przez rozgrzane ciała. Promieniowanie to wykorzystywane jest w lecznictwie (diatermii), także daje możliwość obserwacji w ciemnościach (noktowizor).

W tym samym roku, kiedy William Herschel stwierdził istnienie promieniowania podczerwonego, Wilhelm Ritter odkrył promieniowanie ultrafioletowe. Jest ono niewidoczne dla oka ludzkiego. Promieniowanie nadfioletowe ma częstotliwość większą od częstotliwości fal widzialnych. Emitowane jest przez Słońce, może być również generowane za pomocą lamp kwarcowych.
Stymuluje produkcje witaminy D w organizmie człowieka. Nadmierna dawka tego promieniowania może powodować raka skóry. Przed promieniowaniem ultrafioletowym, (pochodzącym ze Słońca), Ziemię chroni warstwa atmosfery ziemskiej (ozonosfera), zawierająca ozon (są to cząsteczki, składające się z trzech atomów tlenu - O3).
Obecnie obserwuje się tworzenie tzw. dziury ozonowej, dzieje się tak dlatego, ponieważ do atmosfery uwalniane są związki chemiczne zwane freonami, które występują w aerozolach i starego typu lodówkach. Substancje te niszczą ochronną warstwę ozonową.


Wilhelm Rntgen. (1845-1923)

Urodził się w Lennep w Niemczech. Gdy miał trzy lata jego rodzice przenieśli się do Holandii i stał się obywatelem holenderskim. Uczęszczał do szkoły technicznej, nie był zdolnym uczniem, ale lubił i interesował się urządzeniami mechanicznymi. w 1865 roku został studentem inżynierii mechanicznej w Zurychu.
Rntgen badał promienie katodowe i dokonał niezwykłego odkrycia. Roentgen przy badaniu promieni katodowych posługiwał się lampą Crookesa, obecnie zwaną lampą elektronopromieniową.


Lampa Crookesa.

W lampie tej umieszczone są dwie elektrody. Po przyłożeniu napięcia do elektrod z katody emitowane są elektrony. Ten strumień elektronów to właśnie promienie katodowe. Elektrony uderzają o szklaną bańkę i wywołują świecenie. Roentgen zakrył taką właśnie lampę czarnym kartonem, pozostawiając mały kawałek odsłonięty. w niewielkiej odległości umieścił ekran fluorescencyjny. Wyłączył światło w laboratorium i włączył lampę. Zauważył, ze metr od lampy, na innym ekranie fluorescencyjnym, pojawiła się zielona poświata. Zainteresowało go, co wywołuje to świecenie. Nie były to promienie katodowe, ponieważ nie zdołałyby dotrzeć na taką odległość. Po przeprowadzeniu kilku doświadczeń stwierdził, że jest to nowy rodzaj promieniowania.

Fotografia ręki wykonane przez W. Rentgena.

W. Rentgen wykonał wiele doświadczeń wykorzystując nowe promieniowanie. Odkrył on, że promieniowanie to powoduje zaczernienie błony fotograficznej, tak jak światło widzialne.
Promieniowanie to jest pochłaniane w różnym stopniu przez różne części organizmu, dzięki temu znalazło zastosowanie w medycynie, do robienia prześwietleń.Rentgen pokazał to wykonując fotografię ręki swojej żony.

Paul Villard, (1860-1934)

Pochodził z Francji, pracował w Paryżu, w tym samym czasie, co Marie i Pierre Curie. Interesował się chemią.

Promieniowanie gamma ma największą częstotliwość, ze wszystkich rodzajów promieniowania, a co za tym idzie najmniejszą długość fali, do 10-10 m. Za odkrywcę promieni gamma uznawany jest Paul Villaad.
W 1900 roku Paul Villard określił je jako bardzo przenikliwe. Dzięki przeprowadzonym badaniom stwierdził, że promieniowanie to jest emitowane przez radioaktywne substancje. w 1914 wykazano, że ma taką samą naturę jak światło, jest również falą elektromagnetyczną o znaczniej mniejszej długości fali niż promienie X.
Jest ono bardzo przenikliwe i niszczy żywe komórki, także nowotworowe. Dlatego znalazło zastosowanie w medycynie, do naświetlania chorych tkanek. Promieniowanie gamma emitowane jest przez pieewiastki radioaktywne, takie jak np. uran, rad, czy polon.