1. Зрачење

2. “Прозрачност атмосфере”
Атмосфера – наш прозор у космос – у прошлост – “будућност”
Електромагнетни таласи

3. Електромагнетно зрачење
Thomas Young - таласна природа светлости
Albert Einstein - фотони
James Maxwell - електромагнетна теорија

4. Зрачење Сунце као примарни извор енергије на Земљи
Спектар Сунчевог зрачења
Штефан-Болцманов, Винов и Кирхофов закон.
Радијациони биланс на површини Земље и одређивање температуре њене површине
Озонски омотач и његово осиромашење
CO2, метан, H2O и ефекат стаклене баште

5. James Clerk Maxwell
Електрицитет и магенетизам, из почетка нису били повезани
1865. James Clerk Maxwell конструисао математичку теорију која је показала да постоји тесна веза између електричних и магнетних феномена

6. Mагнетне линије су увек затворене – немају ни почетак а ни крај
Линије електричног поља почињу на позитивним наелектрисањима а завршавају на негативним
Наелектрисана тела стварају око себe електрично поље
Mагнетне линије су увек затворене – немају ни почетак а ни крај
Maгнетно поље ствара струја (наелектрисања у кретању)-Ампер
Променљиво магнетно поље индукује ЕМС а тиме и електрично поље (Фарадеј)
Eлектрично поље бива створено од стране променљивог магнетног поља
Питање: пошто постоји некаква симетрија између електричног и магнетног поља, т.ј. да ли магнетно поље можe да се добије променљивим електричним пољем???
Магнетно поље може да се створи и променљивим електричним пољем.
Maxwell: ДА!!!

7. Максвелова предвиђања
Користио је познате чињенице и на основу одговарајућег математичког апарата доказао да електрично и магнетно поље имају симетричне улоге у природи
Изнео је хипотезу да промена електричног поља може да изазове стварање магнетног поља
Израчунао је да је брзина тако насталих таласа у вакууму 3x108 m/s
Такође је закључио да видљива светлост и други електромагнетни таласи се састоје од флуктуација магнетног и електричног поља, при чему измене једног поља индукују друго и обрнуто
Херц је доказао ове тврдње

8. Два проводника повезана на извор наизменичне струје, наелектрисања осцилују између проводника (a)
Са временом, расподела наелектрисања у проводницима се мења, поље опада а поље које је произведено у t = 0 се помера даље од проводника (b)
Наелектрисања мењају места а поље мења смер (c)
Процес се наставља (d)

9. Оријентација поља у ЕМ таласу
ЕМ талас који се креће у смеру x осе: E и B су нормални један у односу на други и у фази. Смер пропагације се одређује правилом десне руке (E , B).
Када је електрично поље антене (дипола) усмерено наниже, магнетно поље је усмерено од нас ка равни слике. Ова два поља су увек под правим углом једно у односу на друго.

10. Eлектромагнетни таласиB

12. Спектар ЕМ таласа (Седам облика/типова)
Радио таласи
Микроталаси
Инфрацрвени
Видљива светлост
Ултраљубичаста
X-зрачење
Гама зрачење
- комуникација
– кување и комуникација
- “таласи топлоте”
– региструје је око
– изазива опекотине на кожи
– пролази кроз ткива
– има највећу енергију

13. Видљиви део спектра ЕМ таласа

14. ln = c

15. Спектар Eлектрoмагнетног зрачења

18. Атмосферска апсорпција

19. Видљиво ЕМ зрачење: СВЕТЛОСТ
Краће таласне дужине  већа енергија
Видљива светлост
Термално зрачење
UV зрачење изазива опекотине

20. Топлотно/термално зрачење
Топлота коју осећамо од сунца је његово термално зрачење
Путујући кроз вакуум од сунца до земље јој треба око 8 минута
Ефекат осећамо иако не можемо да видимо зрачење.
Осећа се од свих загрејаних тела

21. Како настаје термално зрачење?
Сва тела чија је температура изнад апсолутне нуле емитују термално зрачење
Топлији објекти зраче више енергије, њена количина расте као ~ T4
Ми непрекидно емитујемо термално зрачење.
Такође и непрекидно апсорбујемо ово зрачење емитовано од других људи или објеката око нас
Када би ми само емитовали зрачење охладили би се до апсолутне нуле!

22. Микроталаси (како су откривени?)
Радио таласи
Користе се у радио и ТВ комуникационим системима
Микроталаси (како су откривени?)
Таласна дужина од 1 mm до 30 cm
Користе се у радарским системима, микроталасним пећима, ...

23. Инфрацрвени таласи – термално зрачење Видљива светлост
Инфрацрвени таласи – термално зрачење
Видљива светлост
Део спектра који може да детектује људско око
Најосетљивије је на фреквенцији око 560 nm (жуто-зелена боја)

24. УВ Од 400 nm до 0.6 nm Сунце је важан извор УВ зрачења
Већина УВ зрачења од сунца се апсорбује од стране стратосферског озона

25. Типови UV зрачења Тип Таласна Карактеристике дужина
Тип Таласна Карактеристике
дужина
UVA nm - не зауставља га озон
- изазива рак коже
UVB nm - делимично га зауставља озноски слој
- изазива опекотине, рак коже
UVC nm - зауставља га озонски омотач
- изазива опекотине и рак коже

26. Гама зраци
Емитују их радиоактивна језгра
Продорно зрачење и може да изазове озбиљна оштећења у случају да га апсорбује ткиво
X-зраци
Настају приликом убрзавања високоенергетских електрона који ударају у металну мету
Значајан дијагностички алат у медицини
Посматрање објекта уз употребу различитих делова спектра о посматраном објекту даје различите информације

27. Слика Сунца у области x-зрачења. Сунце у видљивом делу спектра.
Note that the sunspots (cooler regions) on the right correspond to the location of the brightest (most intense) x-rays (flares).
Слика Сунца у области x-зрачења.
Сунце у видљивом делу спектра.

28. Слика истог цвета у ВИС у УВ области.
The different appearance of the nectar regions of flowers under UV light is thought to guide butterflies to them.
Слика истог цвета у ВИС у УВ области.

29. Milky Way у различитим областима таласних дужина
75 cm радио
H2 радио ИЦ
ВИС
The center of the galaxy is in the center of each picture. Point out that except for the visible light photo, the pictures have assigned colors to the various intensities of the EM radiation. (gamma rays aren’t red etc…) Also note that the x-ray and gamma ray pictures show bright sources away from the galactic core. These are thought to be black holes (the bright one on the left is Cygnus X-1; the one on the right is in the Carina nebula.)
x-зрачење
Гама област

31. Како “видимо” објекте различитих димензија

32. Метеоролози, климатолози и географи
Астрономи
слој кроз који виримо у космос
Метеоролози, климатолози и географи
најнижи слојеви атмосфере
временска прогноза
истраживање климатских промена
испитивање утицаја климе и метеоролошких услова на људско друштво

33. Сунце - Земља Земља добија енергију са Сунца у форми зрачења
Већина те енергије је у ВИС и у блиској ИЦ
ВИС греје углавном површину Земље а не и атмосферу
ИЦ зрачење које оде у космос је емитовано из атмосфере а не са Земље
ИЦ које се емитује са Земље не иде директно у космос – апсорбује га атмосфера

34. Зрачење црног тела Питања од значаја за климу на Земљи
на који начин Сунце емитује светлост и друге облике зрачења
како се ЕМ зрачење рефлектује, апсорбује, трансмитује, емитује и заробљава од стране атмосфере Земље и њене површине
карактеристике Сунца
полупречник – 1.4 милиона км
растојање од Земље – 1,5 х 108 км
старост ~ 4,5 билиона година
луминозност – 3,9х1026Ват
соларна константа – 1380 В/м2

35. Blackbody radiation applet
Emisioni spektar crnog tela na 5800 K (temperatura povrsine Sunca) i 2800 K (temperataura vlakna sijalice). Sunce emituje vecinu zracenja u VIS, dok sijalica emituje uglavnom u IC. Maksimum raspodele je dat Vinovim zakonom I obrnuto je proporcionalan temperaturi (merenjem te talasne duzine mi mozemo da odredimo kolika je temperatura povrsine objekta). Ukupna izracedna energija (povrsina ispod krive) je pak proporcionalna cetvrtom stepenu apsolutne temperature—ako se T poveca 2 puta, izracena energija se poveca 16 puta!
Once there select Blackbody 4 from the menu on the left.
Blackbody radiation applet

38. Црна тела ... су тела која су идеалнo зраче када су топла
...идеално апсорбују када су хладна
Примери црних тела:
ужарена нит у сијалици
пећ
звезде (нису иделана црна тела)

39. Винов закон (померања)
“Топлија тела зраче интензивније на краћим таласним дужинама.”

40. Температуре звезда су између 3000 K и 50,000K.

41. Боје тела према температури
црвенкаста  најхладније звезде
наранџаста
жућкаста
бела
плавкаста  најтоплије звезде

42. Штефан-Болцманов закон – тело температуре T зрачи сваке секунде количину енергије sT4 по квадратном метру
Луминозност – количина енергије коју тело израчи у секунди (снага)
s = 5.7 x W/(m2 K4 s)

43. Планков закон Рејли-Џинсов закон k-Болцманова константа
Планкова једначина
h-Планкова константа