Spektrá elektromagnetického vlnenia

Teóriu elektromagnetického poľa vypracoval anglický fyzik Jame Clark Maxwell (1831-1879). Maxwell chápal elektromagnetickú indukciu, ktorú objavil Faraday tak, že každá zmena magnetického poľa vyvoláva vznik premenného elektrického poľa, ktorého vektor elektrickej intenzity E je kolmý na vektor magnetickej indukcie B magnetického poľa. Maxwell tiež dokázal, že siločiary indukovaného poľa sú uzavreté krivky, teda indukované elektrické pole nie je viazané na elektrické náboje.

Maxwell bol presvedčený, že medzi elektrickým poľom existuje symetria, preto vyslovil hypotézu: každá zmena elektrického poľa vyvoláva vznik premenného magnetického poľa, ktorého vektor magnetickej indukcie B je kolmý na vektor elektrickej intenzity E elektrického poľa. Dokázal tiež, že indukčné čiary magnetického poľa sú vždy uzavreté krivky.

Elektrické a magnetické pole neexistujú samostatne, nezávisle od seba. Vždy existujú súčasne a tvoria elektromagnetické pole. Elektromagnetické pole je forma hmoty, ktorá sprostredkuje elektromagnetickú interakciu. Elektrické a magnetické pole sú jeho špeciálne prípady. Elektrické pole okolo častice sa bude periodicky meniť s periódou kmitov častice, ktorá častica koná kmitavý pohyb. Okolo kmitajúcej častice s nábojom sa vytvorí periodicky premenné elektromagnetické pole, ktoré sa šíri priestorom – nazýva sa elektromagnetické vlnenie.

Elektromagnetické vlnenie nevznikne iba okolo kmitajúcej častice s nábojom, ale okolo každého elektricky nabitého objektu, ktorý sa pohybuje so zrýchlením a≠0. Hovoríme, že elektricky nabité objekty pohybujúce sa s nenulovým zrýchlením vyžarujú do priestoru elektromagnetické vlnenie. Preto sa elektromagnetické vlnenie nazýva elektromagnetické žiarenie. Z Maxwellovej teórie vyplynuli niektoré vlastnosti elektromagnetického vlnenia:

1. Elektromagnetické vlnenie je priečne – každé dva z vektorov E, B, v sú na seba kolmé.
2. Elektromagnetické vlnenie môže existovať aj v prostredí bez elektrických nábojov, je nezávislé od látkového prostredia, môže sa šíriť aj vo vákuu.
3. Pre rýchlosť elektromagnetického vlnenia platí: υ = 1/ √ εμ =1/√ε0 μ0 1/√εr μr 1/√ε0 μ0, kde je c=1/√ε0 μ0 = 2,99792458.108 m.s-1 je rýchlosť svetla vo vákuu. Preto Maxwell vyslovil hypotézu, že svetlo je elektromagnetické vlnenie.
4. Kým v elektrostatickom poli bodového náboja klesá veľkosť elektrickej intenzity s druhou mocninou vzdialenosti od náboja, teda E 1/r2 , amplitúda vektora E (aj B) v elektomagnetickom vlnení klesá s prvou mocninou vzdialenosti od zdroja. Preto je elektromagnetické vlnenie vhodné na prenos informácií na veľké vzdialenosti.
5. Elektromagnetické vlnenie prenáša energiu. Energia harmonického elektromagnetického vlnenia s frekvenciou ƒ je priamo úmerná švrtej mocnine frekvencie. Preto na prenos informácii na veľké vzdialenosti sa používa elektromagnetické vlnenie s vysokými frekvenciami.

Sú dva základné spôsoby vzniku elektromagnetického vlnenia:

1. Zdrojom elektromagnetického vlnenia sú elektricky nabité častice konajúce zrýchlený pohyb.
2. Zdrojom elektromagnetického vlnenia môžu byť atómy, ak v ich obale alebo jadre nastanú zmeny napr.: zmena stavu elektrónu v obale alebo radioaktívne premeny v jadre.

Rozsah vlnových dĺžok elektromagnetického vlnenia je veľmi veľký. Podstata elektromagnetických vlnení rôzných vlnových dĺžok je rovnaká, líšia sa spôsobom vzniku a niektorými vlastnosťami, napr.: schopnosťou prenikať látkami atď.

Súbor vlnových dĺžok elektromagnetického vlnenia sa nazýva sprektrum elektromagnetického vlnenia (žiarenia). Sprektrum elektromagnetického žiarenia okrem radiových vĺn tvorý infračervené žiarenie, viditeľné svetlo, ultrofialové žiarenie, röntgenové žiarenie, žiarenie γ.

• INFRAČERVENÉ ŽIARENIE: je elektromagnetické vlnenie s vlnovými dĺžkami od niekoľko desatín milimetra po 7,8. 10 –7 m. Objavil ho v roku 1800 anglický fyzik William Herschel v žiarení Slnka. Jeho zdrojom je prakticky každé teleso, dobre preniká hmlou, preto sa využíva na pozorovanie v hmle a tme. 
• VIDITEĽNÉ ŽIARENIE-SVETLO: je elektromagnetické žiarenie s vlnovými dĺžkami od 7,8. 10-7 m, do 3,8. 10-7 m, ktoré vyvoláva zrakový vnem. 
• ULTRAFIALOVÉ ŽIARENIE: je elektromagnetické žiarenie s vlnovými dĺžkami od 3,8. 10-7 m do 10-8 m. Jeho zdrojom sú napr.: telesá zahriate na vysokú teplotu. Má fyziologické a chemické účinky. Kremenné sklo ho prepúšťa, obyčajné sklo ho pohlcuje. Ultrafialové žiarenie objavil v roku 1801 nemecký fyzik Ritter a anglický fyzik Wollaston.
• RÖNTGENOVÉ ŽIARENIE: je elektromagnetické žiarenie s vlnovými dľžkami rádovo od 10-8 m do 10-11 m. Objavil ho v roku 1895 nemecký fyzik Wilhem Conrad Röntgen (1845 – 1923). Röntgenové žiarenie vzniká pri zabrzdení elektronov emitovaných z katódy a urýchlených napätím rádovo 104 V-10 5 V na anóde röntgenky. Röntgenovým žiarením sa vyžiari asi 1% kinetickej energie dopadajúcich elektrónov, kým zvyšných 99% energie sa premení na vnútornú energiu, čo sa prejaví zahrievaním anódy.
  Vlastnosti a využitie röntgenového žiarenia:
  1. Röntgenové žiarenie ionizuje vzduch.
  2. Pri prechode látkami sa pohlcuje. Pohlcovanie röntgenového žiarenia je závislé od protonového čísla atómov prostredia. Napr.: pri prechode ľudským telom sa viac pohlcuje v kostiach, ktoré obsahujú vápnik, ako v iných častiach tele obsahujúcich prevažne uhlík a vodík. Táto skutočnosť sa využíva v röntgenovej diagnostike.
  3. Pohlcovanie röntgenového žiarenia závisí od hrúbky látky, čo sa využíva pri hľadaní skrytých chýb v materiáloch-röntgenová defektoskopia. 4. Vlnová dĺžka röntgenového žiarenia je porovnateľná so vzdialenosťou častíc v kryštáloch. Preto z interferenčného obrazu, ktorý vznikne pri prechode röntgenového žiarenia kryštálom, možno zistiť štruktúru kryštálu. Tento poznatok sa využíva v röntgenovej štruktúrnej analýze.
• ŽIARENIE γ: je elektromagnetické žiarenie s vlnovými dĺžkami rádovo 10-11 m – 10-13 m. Vzniká pri niektorých zmenách v jadre atómov.

Medzi elektromagnetické vlnenie patrí aj tepelné žiarenie. Vzniká pri tepelnom pohybe nabytých častíc. Tepelné žiarenie vyžaruje každé teleso, ktorého teplota je vyššia ako