Zadania - falowa natura promieniowania elektromagnetycznego

wersja .pdf

Pole elektryczne, kondensatory, przewodniki i dielektryki.

Zadanie 1.

W telefonii komórkowej poziom bezpieczeństwa (w odniesieniu do szkodliwości oddziaływania promieniowania na materię żywą) określany jest za pomocą współczynnika SAR (Specific Absorption Rate). SAR jest definiowany

gdzie s jest przewodnictwem elektrycznym tkanki o gęstości r znajdującej się w polu elektromagnetycznym o natężeniu pola elektrycznego E . Przyjmuje się, że a jego maksymalna bezpieczna wartość wynosi 2W/kg. Oszacuj wartość pola elektrycznego występującego w tkance mózgu przy SAR=2W/kg.
Oszacuj wartość pola elektrycznego występującego w tkance mózgu w przypadku gdy do ucha przyłożony jest telefon o mocy P=1W.
Załóż, że antena promieniuje izotropowo, a tkanka mózgowa znajduje się w odległości r=3cm od anteny. Przewodnictwo elektryczne mózgu s jest równe 0,8 S/m ( dla f=900MHz) , natomiast gęstość mózgu r wynosi około 1300 kg/m³.

Zadanie 2.

Oszacuj o ile wzrośnie temperatura fragmentu mózgu o masie m=50g eksponowanego przez t=10min na promieniowanie mikrofalowe o mocy, przy której SAR jest równy 2W/kg .
Załóż, że promieniowanie całkowicie jest pochłonięte przez tkankę i nie ma wymiany ciepła tkanki z otoczeniem. Ciepło właściwe tkanki mózgowej c_wjest rzędu 4kJ/(kgK).

Zadanie 3.

Porównaj długość fali promieniowania mikrofalowego kuchenki mikrofalowej z wymiarem komory tej kuchenki. Magnetron w kuchenkach pracuje na częstotliwości f=2,45 GHz .
Czy w kuchenkach może powstać zjawisko powstawania fali stojącej?

Zadanie 4.

Kuchenka mikrofalowa o mocy P=1400W (moc pobierana prze urządzenie) ogrzewa zupę o masie m_z=0,5kg i temperaturze 18⁰C do temperatury 48⁰C w ciągu czasu t=5min .
Oszacuj wydajność tego procesu. Ciepło właściwe zupy c_zjest równe około 4kJ/(kgK) , natomiast szklanego talerza c_t=800J/(kgK) . Masa talerza m_t=200g.

Zadanie 5.

Wiązka promieniowania lasera o długości l=653 nm pada prostopadle na zapisaną standartową płytę CD. Po odbiciu na ekranie ustawionym w odległości L=1,2m zaobserwowano rząd plamek. Odległość między centralną plamką i sąsiednimi wynosi x=0,5m .
Oblicz odległość między ścieżkami zapisu.

Zadanie 6.

Wiązka promieniowania lasera o długości l=653 nm pada prostopadle na jedwabną tkaninę. Na ekranie ustawionym w odległości L=1,5m zaobserwowano sieć kwadratową plamek Cztery najbliższe plamki tworzą kwadrat o boku x=3mm .
Oblicz odległości między nitkami.

Zadanie 7.

Na siatkę dyfrakcyjną o m=100 rys/mm pada prostopadle promieniowanie o długościach fal l₁=5890,0A i l₂=5895,9A, obserwowane następnie na ekranie jako dwa leżące bardzo blisko siebie (lecz jeszcze rozróżnialne) maksima pierwszego rzędu.
(a) Pod jakim kątem będą występować maksima pierwszego rzędu dla tych fal?
(b) Ile nacięć musiałaby mieć ta siatka, aby za jej pomocą można było rozróżnić linie w widmie trzeciego rzędu? Ile wynosiłaby wówczas stała tej siatki?

Zadanie 8.

Siatkę dyfrakcyjną o m=500rys/mm oświetlono światłem o długości fali l=546nm .
W jakiej odległości od siebie znajdują się maksima pierwszego oraz drugiego rzędu na ekranie odległym o L =0,5m od szczelin?

Zadanie 9.

Siatka dyfrakcyjna jest oświetlona prostopadle wiązką światła białego.
Czy widzialne widmo pierwszego rzędu może zachodzić na widmo rzędu drugiego?
Zakres długości fal widzialnego widma światła białego przyjąć 4000 A ÷ 7000 A.

Zadanie 10.

Płaska błonka mydlana widziana w świetle odbitym, gdy promienie świetlne wpadają do oka pod kątem a=30° (jest to kąt mierzony od normalnej) ma zabarwienie zielone.
Jaką grubość ma ta błonka?
Jaka jest barwa błonki, gdy patrzymy na nią pod kątem a=0°.
Współczynnik załamania błonki przyjąć n =1,33 długość fali światła zielonego a_z=5016 A .

Zadanie 11.

Obserwator znajduje się w odległości L =10 m od punktowego źródło światła o mocy promieniowania P =100W.
Obliczyć maksymalne wartości natężenia pola elektrycznego i magnetycznego w miejscu, w którym stoi obserwator. Założyć, że źródło jest monochromatyczne i promieniuje w sposób jednorodny we wszystkich kierunkach.

Zadanie 12.

Jaką grubość powinna mieć warstwa antyodbiciowa wykonana z MgF₂naniesiona na płytką szklaną? Warstwy takie projektuje się w taki sposób, aby zminimalizować odbicia pochodzące od promieniowania widzialnego o długości fali 550nm (centrum widma) padającego prostopadle na warstwę. Współczynnik załamania szkła n=1,5 fluorku magnezu n_W=1,38.