3.doc

58

wzbudzeniach wibracyjnych i rotacyjnych molekuł, a to oznacza na przykład zwiększenie temperatury w komórce jakiejś tkanki. Oddziaływanie fali z jonami przeciwnego znaku (w stosunku do spolaryzowanej błony komórkowej) w pły-nie międzykomórkowym może powodowac depolaryzację błony komórkowej. W pewnych okolicznościach mogą wystąpic mechaniczne naprężenia spowodo-wane lokalnym piezoelektrycznym ściskaniem i rozciąganiem naładowanych Won w komórkach, w takt zmian pola elektrycznego. Trzeba też pamiętac, że biegnąca fala e-m wpływa na jony znajdujące się w powietrzu, może je przy-spieszac, czyli zwiększac ich energię kinetyczną, a one z kolei stają się źródłem fali wtórnej. Przypomnijmy sobie, jak przyspieszając elektrony w lampie kine-skopowej (czy w oscylografie), chcemy, by spowodowały emisję światła wi-dzialnego z powierzchni ekranu (obraz TV), ale częśc z tych elektronów generu-je ponadto nieco promieniowania ultrafioletowego i miękkiego rentgenowskie-go. Polega to na tym, że gdy za szybki elektron jest hamowany w substancji luminescencyjnej na ekranie - staje się emiterem fali elektromagnetycznej (pro-mieniowanie hamowania), o większej - niż pożądana w monitorach - energii.

Mam nadzieję, że przekonałam Cię drogi Czytelniku, iż fala elektromagne-tyczna nie jest tylko czystą abstrakcją, modelem dla specjalistów. Zjawiska z nią związane są naszą codzienną rzeczywistością.

Jak ją opisujemy dokładniej?(lrzeba zacząc od definicji natężenia pola elektrycznego E . Jest to wielkośc wektorowa i w danym punkcie przestrzeni ma wartośc, kierunek oraz zwrot siły działającej na jednostkowy ładunek elektrycz-ny umieszczony w tym miejscu. Jednostką w układzie SI jest N/C (niuton na kulomb) lub V/m (wolt na metr). Natężenie tego pola może bye stałe lub impul-sowe, albo zmieniac się w czasie i przestrzeni, na przykład wg zależności:

W taki sposób zmienia się także chwilowe natężenie prądu elektrycznego wytwarzanego przez typową prądnicę, której wimik obraca się z prędkością 50 obrotów na sekundę, czyli z częstotliwością/= 50 Hz. Jeśli przez przewodnik płynie prąd o natężeniu i, to wokół tego przewodnika powstaje pole magne-tyczne o natężeniu H. Linie sił pola magnetycznego układają się koncentrycznie wokół osi, którą jest przewodnik (np. drut miedziany). Następnie wyobraźmy sobie pętelkę długości / = 2Tlr, gdzie r jest promieniem tej pętelki - okręgu. Pętelka ta obejmuje strumień pola magnetycznego, które jest reprezentowane przez wektor prostopadły do powierzchni pętelki, a{gęstośc strumienia pola ma­gnetycznego B jest zarazem miarą wielkości tego pola - patrz rysunek 15. Na tym rysunku próbuję schematycznie przedstawic omawiane zagadnienia. Jed­nostką gęstości strumienia pola magnetycznego w układzie SI jest tesla: IT = 10 Gs (gaus). Strumień ten też może zmieniac się w czasie. Jeśli pole ma-gnetyczne zmienia się, to, jak zauważył już Faraday, powstaje wyindukowane

59

napięcie U (jednostką napięcia jest 1 V (wolt)), które jest zarazem ,,nowym" źródłem natężenia pola elektrycznego (wyindukowanego) E. Matematyczne ujęcie tego zagadnienia powiada, że całka wzdłuż konturu zamkniętego / jest siłą elektromotoryczną (SEM) lub napięciem. Dla Czytelnika nie obytego z ra-chunkiem różniczkowym i całkowym dosyó egzotyczny może wydawac się na-stępujący zapis:

dt

Podaję go tutaj jako przykład zwięzłego, matematycznego opisu przyrody. Wielkośc dB/dt jest szybkością zmian pola magnetycznego, dś zaś jest ma-lutkim fragmentem pola powierzchni s, objętej pętelką. Tę pętelkę można też nazwac ścieżką przewodzącą lub prądem wirowym, a czasem nawet ,,ele-mentarnym" magnesikiem. Przedstawione równanie stanowi stosowany obecnie fragment sławnych równań Maxwella, które ,,urodziły" pojęcie -fala elektro-magnetyczna.

W celu uzupełnienia możemy jeszcze podac, że gęstośc prądu elektryczne­go j (rozumianego jako ruch ładunków) z polem elektrycznym o natężeniu E wiąże się następująco:

przy czym a oznacza elektryczne przewodnictwo właściwe danego materiahi i jest ono odwrotnie proporcjonalne do opomości właściwej tego materiału. Jednostką przewodnictwa właściwego jest simens/metr. Jeśli pole B zmieniało-by się w czasie również wg zależności B = Ban sin2Il/- 1, to można zapisac związek:

E = 2UfBr,

Podsumowując więc przytoczone tu fragmenty teorii i obserwacji, można zdefiniowac falę elektromagnetyczną jako przemieszczające się w przestrzeni, wzajemnie się indukujące, zmienne w czasie pola elektryczne i magnetyczne. Falę tę charakteryzują takie właściwości, jak: kierunek rozchodzenia się (pro-

stopadły do £ i B), prędkośc rozchodzenia się (w próżni v s c s 3 • 10* m/s), częstotliwośó/(często dla bardzo krótkich fal oznaczona literą grecką v) oraz energia E (wyrażona w dżulach [J] lub elektronowoltach [eV]). Podstawowe związki tych wielkości to znane równania: