Fale elektromagnetyczne

W załączniku znajdują się informacje ogólne na temat fal elektromagnetycznych, rysunek obrazujący długości fal oraz nieco bardziej szczegółowe informacje na emat promieniowania gamma i mikrofal.

FALE ELEKTROMAGNETYCZNE

Według definicji, elektromagnetyczną nazywamy falę, emitowaną przez drgający ładunek (zwykle elektron), złożoną z dwóch drgających pól: elektrycznego i magnetycznego, które wzajemnie się odtwarzają. Falę taką traktować możemy jako przenoszenie drgań pola elektromagnetycznego od jednego punktu przestrzeni do drugiego. Przykładem fal elektromagnetycznych mogą być: fale radiowe, mikrofale, podczerwień, światło widzialne, nadfiolet, promienie Roentgena i promieniowanie gamma. W próżni wszystkie fale elektromagnetyczne mają tę samą prędkość, a różnią się jedynie częstotliwością. Podział tych fal wg częstotliwości nazywa się widmem promieniowania elektromagnetycznego. Najniższa zaobserwowana częstotliwość to 0,01 herca (Hz). Fale o częstotliwości rzędu kilku tysięcy Hz są falami radiowymi o bardzo niskich częstotliwościach, fale mające częstotliwości ok. kilku milionów Hz leżą w środku pasma radiowego AM, zaś bardzo wysokie częstotliwości znajdują się w pasmach telewizyjnych VHF i paśmie radiowym FM. Następnie mamy częstotliwości ultrawysokie UHF, potem mikrofale oraz fale podczerwone. Za podczerwienią znajdują się fale świetlne, których zakres częstotliwości stanowi zaledwie milionową część procenta całego zakresu dostępnych nam częstotliwości. Najniższą częstotliwość, którą widzi oko ludzkie ma czerwień, zaś najwyższa odpowiada światłu fioletowym i jest blisko 2 razy większa, niż częstotliwość związana ze światłem czerwonym. Większe częstotliwości ma nadfiolet, którego fale powstają np. podczas burz słonecznych. Jeszcze większe częstotliwości odpowiadają promieniom Roentgena oraz promieniom gamma. Między poszczególnymi obszarami nie ma wyraźnych granic, lecz występuje silne nakładanie się.

PROMIENIOWANIE GAMMA
Promieniowanie gamma jest strumieniem cząstek pierwiastków promieniotwórczych. Są to kwanty promieniowania elektromagnetycznego o długość fali zawierającej się w granicach od ok. 1·10-12 m do 1·10-15 m.
Fale gamma są jednymi z najbardziej przenikliwych promieni elektromagnetycznych. Promienie gamma podobne są do bardzo twardych promieni rentgenowskich. Zasadnicza różnica polega na tym, że źródłem promieni gamma jest jądro atomu przechodzące ze stanu wzbudzonego do stanu normalnego. Przenikliwość promieni gamma w ołowiu sięga 5 cm, w powietrzu nawet setki metrów, ciało ludzkie przenikają z łatwością. Promienie gamma wykazują najmniejszą zdolność jonizacji. Ich oddziaływanie z materią uwidacznia się np. w fotoemisji, czyli wybijaniu elektronów z ciał. Wówczas energia fotonu zużyta zostaje na uwolnienie i nadanie energii kinetycznej wylatującemu elektronowi.
Promieniowanie gamma jest stosowane do celów badawczych np.: teleskopy. NASA opracowuje teleskop o nazwie Gamma-ray Large Area Space Telescope (GLAST), opierający swoje działanie właśnie na tych promieniach. Służy on głównie do obserwacji gwiazd i czarnych dziur. Wystrzelenie na orbitę około ziemską planuje się ok. 2005 roku. Promieniowanie gamma jest także stosowane w medycynie, głównie do zwalczania nowotworów np. w scyntygrafach - urządzeniach służący do pomiaru rozkładu radioaktywności w organizmie człowieka.
Promienie gamma znajdują również zastosowanie w przemyśle. W defektoskopii służą do badania uszkodzeń, defektów, do kontroli materiałów, do sprawdzania izolacji i uszczelnień, do wykrywania skaz złącz spawanych. Jest to szczególnie ważne przy budowie np. samolotów, gdzie zastosowanie źle spawanych złącz grozi katastrofą. Promienie X łatwo przenikają przez powietrze i inne gazy wypełniające niepożądane szczeliny czy skazy i dają na klisze silnie zaczernione obrazy defektów. Urządzeniem, które niewątpliwie wykrywa ten rodzaj promieniowania jądrowego jest licznik Geigera - Muellera.

MIKROFALE
Mikrofale to fale elektromagnetyczne o małej długości fali zawierającej się w granicach od 1 m do około 1 mm. Jest to rodzaj promieniowania, które rozchodzi się w postaci wzajemnie przenikających się drgań elektrycznych i magnetycznych. Są to najkrótsze fale spośród fal radiowych.

Granice zakresu mikrofal od strony mniejszych długości stanowią fale podczerwone, od strony większych wyznaczają możliwości techniki generacji i przesyłania związane z koniecznością stosowania specjalnych lamp i linii przesyłowych.
Mikrofale oddziałują na organizmy żywe. U ludzi mogą spowodować zwiększenie temperatury organizmu, uczucie zmęczenia, senności lub zdenerwowania, bóle głowy, uczucie apatii, zaburzenia pamięci, zmiany metabolizmu. Za sferę bezpieczną uważa się obszar, w którym średnia gęstość strumienia mocy stacjonarnej mikrofal jest mniejsza niż 0,1 W/m2. Strefa o gęstości przekraczającej 100 W/m2 jest bardzo niebezpieczna i nie wolno w niej przebywać ludziom.
Promienie mikrofalowe znajdują zastosowanie przede wszystkich w radarach. Radar (ang. RAdio Detection And Ranging) jest urządzeniem służącym wyznaczaniu odległości, poprzez wysłanie sygnału radiowego do odległego przedmiotu i pomiaru czasu, po jakim odbity od przedmiotu sygnał powraca do źródła. Radar oparty jest więc na zjawisku echa. W 1964 roku zarejestrowano pierwsze echo z Wenus. Następnie uzyskano także echa z Marsa i Merkurego. Technika radarowa wykorzystująca mikrofale, znajduje zastosowanie w transponderach samolotów, czyli urządzeniach radiolokacyjnych pozwalających na udzielenie informacji o pułapie lotu.
Mikrofale wykorzystuje także radar meteorologiczny oraz policyjny radar drogowy. Nieodzownym urządzeniem AGD każdej gospodyni domowej jest kuchenka mikrofalowa. Mikrofale, wytwarzane przez magnetron, wnikają do zawartych w żywności cząsteczek wody i przekazują poprzez promieniowanie ciepło, które dzięki przewodzeniu dociera do pozostałej części potrawy. Pozwala to ugotować potrawy w znacznie krótszym czasie niż w kuchence tradycyjnej. Promieniowanie mikrofalowe znajduje szerokie zastosowanie w telekomunikacji, meteorologii, chemii oraz gospodarstwach domowych. Zastosowania militarne i telekomunikacyjne powodują jednak wydzielenie dla pozostałych zastosowań kilku dostępnych częstotliwości pracy urządzeń mikrofalowych. Najczęściej jest to częstotliwość 2,45 GHz, chociaż ostatnio dopuszcza się do zastosowań przemysłowych urządzenia pracujące w zakresie 0,915 GHz - 18 GHz. Mikrofale znajdują zastosowanie w radiolokacji, radiokomunikacji (łącza radiowe, telewizyjne, telefoniczne), łączności satelitarnej, telewizji (kanały w paśmie fal decymetrowych), fizyce cząstek elementarnych, spektroskopii, radioastronomii, grzejnictwie elektrycznym, a także w medycynie (diagnostyka i terapia). Trwają badania nad przesyłaniem energii za pomocą mikrofal.


Beata Dudek kl. II gim.