CAMPUL ELECTROMAGNETIC - APLICATII INREDISCIPLINARE

CAMPUL ELECTROMAGNETIC - APLICATII INREDISCIPLINARE

Campul electromagnetic este ansamblul campurilor electrice si magnetice, care oscileaza si se genereaza reciproc. Faptul ca un flux magnetic variabil prin aria care este marginita de o spira conductoare creeaza, in acea spira, o tensiune electromotoare de inductie, arata ca un camp magnetic variabil creeaza un camp electric. Rezultatul poate fi generalizat in sensul ca oriunde, in spatiu,unde       exista un camp magnetic variabil in timp, ia nastere un camp electric. De asemenea o inductie electrica variabila da nastere unui camp magnetic. Principiul teoriei electromagnetice a fost stabilit de fizicianul scotian James Clerk Maxwell. Principala sa contributie la dezvoltare stiintelor a fost extinderea teoriilor lui Faraday referitoare la fortele electrice si magnetice.

Maxwell a generalizat diferitele teorii intr-o formulare matematica unica, Ecuatiile Maxwell,

care descriu toate fenomenele electromagnetice .

In lucrarea sa 'Tratat de Electricitate si Magnetism , publicata in 1873, Maxwell a rezumat toate fenomenele electromagnetice ca fiind caracterizate de patru ecuatii interdependente :

James Clerk Maxwell (1831-1879)

Forma diferentiala: Forma integrala:

     

     

     

     

unde J este densitatea curentului de conductie iar ρ este densitatea de sarcina electrica. Campul electric si campul magnetic sunt, deci, in interconexiune, conditionandu-se reciproc.

Campul electromagnetic este un camp rotational si se propaga in spatiu sub forma de unde electromagnetice cu o viteza care depinde de permitivitatea si permeabilitatea mediului considerat. Frecventa undelor obtinute este egala cu frecventa cu care se deplaseaza electronii. Cu cat este mai mare       frecventa, cu atat mai multa energie este transportata in acelasi interval de timp. Analog cu ceea ce se petrece in cadrul undelor elastice, poate fi definita o marime numita lungime de unda a undelor electromagnetice, si care este egala cu distanta cu care se propaga campul electromagnetic in timpul unei perioade de oscilatie a dipolului. Lungimile de unda ale undelor electromagnetice variaza intr-un interval foarte larg. Astfel, in telecomunicatii se folosesc unde electromagnetice ale caror lungimi de unda ajung la mai multe mii de metri, pe cand lungimile de unda ale radiatiilor gama emise de unele elemente radioactive au valori de ordinul 10 m.

Undele electromagnetice se propaga in aer cu viteza luminii (300 000 000 m/s), aproximativ egala cu viteza lor de propagare in vid. Conform acestei teorii, emise de J. C. Maxwell , lumina si radiatiile asemanatoare (radiatiile infrarosii, ultraviolete, etc.) sunt tot de natura electromagnetica, diferind intre ele prin lungimile de unda. Informatia se receptioneaza la distanta prin radio, televiziune, telefonie mobila. Purtatorii informatiei sunt undele electromagnetice de frecventa ridicata, modulate pe undele de joasa frecventa care contin informatia. Undele electromagnetice emise de antenele de emisie se refracta, se difracta, interfereaza si sunt atenuate pana ajung la antena receptorului.

Tipuri de unde

Undele hertziene (unde lungi, medii, scurte, ultrascurte, microunde) sunt emise de oscilatiile electronilor din antenele emitatoare folosite in sistemele de radiocomunicatii si microunde (televiziune, radar, cuptoare).

Aplicatie: Radarul folosit pentru determinarea vitezei autovehiculelor se bazeaza pe faptul ca frecventa oscilatiilor receptionate de observator este mai mare daca sursa se aproprie de el si mai mica daca sursa se departeaza. Sursa care emite trenuri de unde electromagnetice este plasata in masina politiei, stationata la marginea soselei. Unda reflectata de autovehicul care se aproprie este receptionata ca o unda emisa de o sursa mobila, cu frecventa marita. Unda receptionata este compusa cu o unda cu frecventa constanta pentru aparitia fenomenului de batai, si prin masurarea schimbarii frecventei cu ajutorul batailor, se determina viteza autovehiculuilui care trece prin dreptul radarului.

Radiatiile infrarosii sunt unde electromagnetice emise de corpurile calde, fiind si una din cele trei categorii in care sunt impartite radiatiile solare (radiatiile infrarosii, lumina vizibila si radiatiile ultraviolete). Ele se obtin prin oscilatiile moleculelor, atomilor si ionilor, iar amplitudinile lor depind de temperatura corpurilor si de tranzitiile electronilor catre invelisurile interioare ale atomilor, cu nivele energetice inferioare. Sunt puternic absorbite de apa sau de alte substante si produc incalzirea acestora. Si corpul uman absoarbe aceste raze si percepandu-le ca si caldura. Radiatiile sunt folosite in diferite procese de incalzire si uscare, in construirea detectoarelor cu lumina infrarosie, pentru retinerea pozelor pe filme sensibile la lumina infrarosie, la fotocopiatori termici.

Radiatiile vizibile sunt percepute de ochiul uman. Sunt emise de soare, stele, lampi cu filamente incandescente a caror temperatura poate atinge 2000 - 3000˚C, tuburi cu descarcaturi de gaze, arcuri electrice. Emisia luminii se obtine in urma tranzitiilor electronilor pe nivele energetice inferioare atomilor.

Radiatiile ultraviolete sunt emise de soare, stele, corpuri incalzite puternic si vaporii de mercur din tuburi de sticla speciala de cuart (care nu absoarbe acest tip de radiatii). Radiatiile continute in lumina solara se absorb in mare parte in stratul superior al atmosferei (stratul de ozon). Cu cat altitudinea creste, cu atat cresc radiatiile ultraviolete. Acestea duc la schimbari la nivelul pielii: pigmentare, ardere, cancer. Lumina ultravioleta incurajeaza formarea vitaminei D si omoara bacteriile. Este de asemenea utila in dermatologie, la iluminatul fluorescent si la instalatii de numerotare in industrie. Radiatiile se obtin in urma tranzitiilor electronilor de pe nivele cu energii mari pe nivele cu energii mici.

Radiatiile X sunt emise de tuburi speciale, numite Rntgen, in care sunt accelerati, in campuri electrice intense, electroni, astfel incat acestia patrund in interiorul invelisurilor electronice ale atomilor anodului sau gazului din tub si smulg electroni din straturile de langa nuclee, in urma franarii acestor electroni si in urma tranzitiilor ulterioare ale electronilor de pe nivele cu energii mici (straturile K,L). Au frecvente mari si sunt folosite pentru realizarea radiografiilor medicale, deoarece sunt absorbite diferit de muschi si oase si impresioneaza placile fotografice. Radiatiile sunt folosite si in scopuri terapeutice, deoarece ajuta la combaterea dezvoltarii tesuturilor celulare bolnave. Ele produc si fluorescenta unor substante. Radiatiile Rntgen sunt utilei in descoperirea falsurilor in arta.

Fantele cu largimi comparabile cu distantele interatomice din solide, produc difractia razelor X,care se foloseste in determinarea geometriei structurilor cristaline. Radiatiile cosmice si radiatiile γ sunt emise in procesele de dezintegrare nucleara si in reactiile nucleare din soare, stele (acestea sunt absorbite de atmosfera) si in reactoarele nucleare terestre. Sunt cele mai penetrante, avand frecvente si energiile cele mai mari. Sunt folosite in defectoscopie, pentru sterilizare si in medicina (tratarea cancerului).