Ano ang sinusukat ng electromagnetic wave? Ano ang mga electromagnetic wave

Ang electromagnetic wave ay isang kaguluhan ng electromagnetic field, na ipinapadala sa kalawakan. Ang bilis nito ay kapareho ng bilis ng liwanag

2. Ilarawan ang karanasan ni Hertz sa pag-detect ng mga electromagnetic wave

Sa eksperimento ni Hertz, ang pinagmulan ng electromagnetic disturbance ay mga electromagnetic oscillations na lumitaw sa isang vibrator (isang conductor na may air gap sa gitna). Ang isang mataas na boltahe ay inilapat sa puwang na ito, nagdulot ito ng paglabas ng spark. Pagkaraan ng ilang sandali, lumitaw ang isang spark discharge sa resonator (isang analogous vibrator). Ang pinaka matinding spark ay lumitaw sa resonator, na matatagpuan parallel sa vibrator.

3. Ipaliwanag ang mga resulta ng eksperimento ni Hertz gamit ang teorya ni Maxwell. Bakit nakahalang ang electromagnetic wave?

Ang kasalukuyang sa pamamagitan ng discharge gap ay lumilikha ng induction sa paligid mismo, ang magnetic flux ay tumataas, at isang inductive displacement current ay nangyayari. Ang pag-igting sa punto 1 (Larawan 155, b ng aklat-aralin) ay nakadirekta sa counterclockwise sa eroplano ng pagguhit, sa punto 2 ang kasalukuyang ay nakadirekta pataas at nagiging sanhi ng induction sa punto 3, ang pag-igting ay nakadirekta pataas. Kung ang magnitude ng pag-igting ay sapat para sa isang electrical breakdown ng hangin sa puwang, pagkatapos ay isang spark ay nangyayari at isang kasalukuyang dumadaloy sa resonator.

Dahil ang mga direksyon ng magnetic field induction vectors at ang lakas ng electric field ay patayo sa isa't isa at sa direksyon ng alon.

4. Bakit nangyayari ang radiation ng mga electromagnetic wave sa panahon ng pinabilis na paggalaw ng mga electric charge? Paano nakadepende ang lakas ng electric field sa isang radiated electromagnetic wave sa acceleration ng radiating charged particle?

Ang lakas ng kasalukuyang ay proporsyonal sa bilis ng paggalaw ng mga sisingilin na particle, kaya ang isang electromagnetic wave ay nangyayari lamang kung ang bilis ng paggalaw ng mga particle na ito ay nakasalalay sa oras. Ang intensity sa emitted electromagnetic wave ay direktang proporsyonal sa acceleration ng emitting charged particle.

5. Paano nakadepende ang density ng enerhiya ng isang electromagnetic field sa lakas ng electric field?

Ang density ng enerhiya ng isang electromagnetic field ay direktang proporsyonal sa parisukat ng lakas ng electric field.

mga electromagnetic wave tinatawag na proseso ng pagpapalaganap sa espasyo ng isang alternating electromagnetic field. Sa teorya, ang pagkakaroon ng mga electromagnetic wave ay hinulaang ng English scientist na si Maxwell noong 1865, at sila ay unang eksperimento na nakuha ng German scientist na si Hertz noong 1888.

Mga pormula na naglalarawan sa mga oscillations ng mga vector at sumusunod mula sa teorya ni Maxwell. Plane monochromatic electromagnetic wave na kumakalat sa kahabaan ng axis x, ay inilalarawan ng mga equation

Dito E At H ay mga instant na halaga, at E m at H m - mga halaga ng amplitude ng mga electric at magnetic field, ω - pabilog na dalas, k- numero ng alon. Ang mga vectors at oscillate na may parehong frequency at phase, ay magkaparehong patayo at, bilang karagdagan, ay patayo sa vector - ang bilis ng pagpapalaganap ng alon (Fig. 3.7). Iyon ay, ang mga electromagnetic wave ay nakahalang.

Sa isang vacuum, ang mga electromagnetic wave ay kumakalat nang may bilis. Sa isang daluyan na may permittivity ε at magnetic permeability µ ang bilis ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave ay:

Dalas electromagnetic oscillations, pati na rin ang wavelength, sa prinsipyo ay maaaring anuman. Ang pag-uuri ng mga alon ayon sa dalas (o haba ng daluyong) ay tinatawag na sukat ng mga electromagnetic wave. Mga electromagnetic wave ay nahahati sa ilang uri.

mga radio wave magkaroon ng wavelength mula 10 3 hanggang 10 -4 m.

liwanag na alon isama ang:

x-ray radiation - .

Ang mga light wave ay mga electromagnetic wave na kinabibilangan ng infrared, visible at ultraviolet na mga bahagi ng spectrum. Ang mga wavelength ng liwanag sa vacuum na tumutugma sa mga pangunahing kulay ng nakikitang spectrum ay ipinapakita sa talahanayan sa ibaba. Ang wavelength ay ibinibigay sa nanometer.

mesa

Ang mga light wave ay may parehong mga katangian tulad ng mga electromagnetic wave.

1. Ang mga light wave ay nakahalang.

2. Nag-o-oscillate ang mga vector sa isang magaan na alon.

Ipinapakita ng karanasan na ang lahat ng uri ng impluwensya (pisyolohikal, photochemical, photoelectric, atbp.) ay sanhi ng mga pagbabago-bago. electric vector. Siya ay tinatawag liwanag na vector .

Banayad na vector amplitude E m ay madalas na tinutukoy ng titik A at equation (3.24) ang ginagamit sa halip na equation (3.30).

3. Ang bilis ng liwanag sa isang vacuum.

Ang bilis ng isang light wave sa isang medium ay tinutukoy ng formula (3.29). Ngunit para sa transparent media (salamin, tubig) kadalasan.

Para sa mga light wave, isang konsepto ang ipinakilala - ang absolute refractive index.

Ganap na refractive index ay ang ratio ng bilis ng liwanag sa isang vacuum sa bilis ng liwanag sa isang naibigay na daluyan

Mula sa (3.29), isinasaalang-alang ang katotohanan na para sa transparent na media , maaari nating isulat ang pagkakapantay-pantay.

Para sa vacuum ε = 1 at n= 1. Para sa anumang pisikal na kapaligiran n> 1. Halimbawa, para sa tubig n= 1.33, para sa salamin. Ang isang medium na may mas mataas na refractive index ay sinasabing optically denser. Ang ratio ng absolute refractive index ay tinatawag relative refractive index:

4. Ang dalas ng mga light wave ay napakataas. Halimbawa, para sa pulang ilaw na may wavelength.

Kapag ang liwanag ay pumasa mula sa isang daluyan patungo sa isa pa, ang dalas ng liwanag ay hindi nagbabago, ngunit ang bilis at haba ng daluyong ay nagbabago.

Para sa vacuum - ; para sa kapaligiran - , pagkatapos

Samakatuwid, ang wavelength ng liwanag sa isang medium ay katumbas ng ratio ng wavelength ng liwanag sa vacuum sa refractive index

5. Dahil ang dalas ng mga light wave ay napakataas , kung gayon ang mata ng tagamasid ay hindi nakikilala sa pagitan ng mga indibidwal na oscillations, ngunit nakikita ang mga average na daloy ng enerhiya. Kaya ipinakilala ang konsepto ng intensity.

intensity ay ang ratio ng average na enerhiya na dinadala ng alon sa pagitan ng oras at sa lugar ng site na patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon:

Dahil ang enerhiya ng alon ay proporsyonal sa parisukat ng amplitude (tingnan ang formula (3.25)), ang intensity ay proporsyonal sa average na halaga ng parisukat ng amplitude.

Ang isang katangian ng intensity ng liwanag, na isinasaalang-alang ang kakayahang magdulot ng mga visual na sensasyon, ay luminous flux - F .

6. Ang likas na alon ng liwanag ay ipinapakita, halimbawa, sa mga phenomena gaya ng interference at diffraction.

Noong 1864, hinulaan ni James Clerk Maxwell ang posibilidad ng pagkakaroon ng mga electromagnetic wave sa kalawakan. Iniharap niya ang pahayag na ito batay sa mga konklusyon na nagmula sa pagsusuri ng lahat ng pang-eksperimentong data na kilala noong panahong iyon tungkol sa kuryente at magnetismo.

Mathematically pinag-isa ni Maxwell ang mga batas ng electrodynamics, na nag-uugnay sa mga electrical at magnetic phenomena, at sa gayon ay dumating sa konklusyon na ang elektrikal at magnetic field magkaanak.

Sa una, nakatuon siya sa katotohanan na ang relasyon sa pagitan ng magnetic at electrical phenomena ay hindi simetriko, at ipinakilala ang terminong "vortex electric field", na nag-aalok ng kanyang sariling, tunay na bagong paliwanag ng hindi pangkaraniwang bagay. electromagnetic induction, natuklasan ni Faraday: "anumang pagbabago sa magnetic field ay humahantong sa paglitaw sa nakapalibot na espasyo ng isang vortex electric field na may saradong mga linya ng puwersa».

Ang patas, ayon kay Maxwell, ay ang kabaligtaran na pahayag na "ang isang nagbabagong electric field ay nagdudulot ng magnetic field sa nakapalibot na espasyo", ngunit ang pahayag na ito ay nanatili sa simula ay isang hypothesis lamang.

Isinulat ni Maxwell ang isang sistema ng mga mathematical equation na patuloy na naglalarawan sa mga batas ng mutual transformation ng magnetic at electric field, ang mga equation na ito sa kalaunan ay naging pangunahing equation ng electrodynamics, at naging kilala bilang "Maxwell's equation" bilang parangal sa mahusay na siyentipiko na sumulat sa kanila. Ang hypothesis ni Maxwell, batay sa mga nakasulat na equation, ay may ilang napakahalagang konklusyon para sa agham at teknolohiya, na ibinigay sa ibaba.

Ang mga electromagnetic wave ay talagang umiiral

Sa kalawakan, maaaring umiral ang mga transverse electromagnetic wave, na lumalaganap sa paglipas ng panahon. Ang katotohanan na ang mga alon ay nakahalang ay ipinahiwatig ng katotohanan na ang mga vectors ng magnetic induction B at electric field strength E ay magkaparehong patayo at parehong nakahiga sa isang eroplano na patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave.

Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa isang substance ay may hangganan, at ito ay tinutukoy ng mga electrical at magnetic properties ng substance kung saan ang wave ay nagpapalaganap. Sa kasong ito, ang haba ng sinusoidal wave λ ay nauugnay sa bilis υ sa pamamagitan ng isang tiyak na eksaktong kaugnayan λ = υ / f, at depende sa frequency f ng mga oscillations ng field. Ang bilis c ng isang electromagnetic wave sa isang vacuum ay isa sa mga pangunahing pisikal na constants - ang bilis ng liwanag sa isang vacuum.

Dahil idineklara ni Maxwell ang finiteness ng bilis ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave, lumikha ito ng kontradiksyon sa pagitan ng kanyang hypothesis at ng long-range na teorya na tinanggap noong panahong iyon, ayon sa kung saan ang bilis ng pagpapalaganap ng mga alon ay dapat na walang katapusan. Ang teorya ni Maxwell ay tinawag na teorya ng short-range action.

Sa isang electromagnetic wave, ang pagbabagong-anyo ng mga electric at magnetic field sa isa't isa ay nangyayari nang sabay-sabay, samakatuwid ang volumetric densities ng magnetic energy at electric energy ay katumbas ng bawat isa. Samakatuwid, totoo ang pahayag na ang mga module ng lakas ng electric field at magnetic field induction ay magkakaugnay sa bawat punto sa espasyo sa pamamagitan ng sumusunod na relasyon:

Ang isang electromagnetic wave sa proseso ng pagpapalaganap nito ay lumilikha ng isang daloy electromagnetic na enerhiya, at kung isasaalang-alang natin ang lugar sa isang eroplano na patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon, pagkatapos ay sa maikling panahon isang tiyak na halaga ng electromagnetic na enerhiya ang lilipat dito. Ang electromagnetic energy flux density ay ang dami ng enerhiya na dinadala ng isang electromagnetic wave sa ibabaw ng isang unit area bawat yunit ng oras. Sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga halaga ng bilis, pati na rin ang magnetic at elektrikal na enerhiya, makakakuha tayo ng isang expression para sa density ng flux sa mga tuntunin ng mga dami ng E at B.

Dahil ang direksyon ng pagpapalaganap ng enerhiya ng alon ay tumutugma sa direksyon ng bilis ng pagpapalaganap ng alon, ang daloy ng enerhiya na nagpapalaganap sa isang electromagnetic wave ay maaaring tukuyin gamit ang isang vector na nakadirekta sa parehong paraan tulad ng bilis ng pagpapalaganap ng alon. Ang vector na ito ay tinatawag na "Poynting vector" - bilang parangal sa British physicist na si Henry Poynting, na binuo noong 1884 ang teorya ng pagpapalaganap ng daloy ng enerhiya ng electromagnetic field. Ang density ng flux ng enerhiya ng alon ay sinusukat sa W/sq.m.

Kapag ang isang electric field ay kumikilos sa isang sangkap, lumilitaw ang maliliit na alon sa loob nito, na isang nakaayos na paggalaw ng mga particle na may kuryente. Ang mga alon na ito sa magnetic field ng isang electromagnetic wave ay napapailalim sa pagkilos ng puwersa ng Ampère, na nakadirekta nang malalim sa sangkap. Ang puwersa ng Ampere at bumubuo bilang resulta ng presyon.

Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay kalaunan, noong 1900, sinisiyasat at kinumpirma ng eksperimentong si Pyotr Nikolaevich Lebedev, na ang eksperimentong gawain ay napakahalaga para sa pagkumpirma ng teorya ng electromagnetism ni Maxwell at ang pagtanggap at pag-apruba nito sa hinaharap.

Ang katotohanan na ang isang electromagnetic wave ay nagbibigay ng presyon ay ginagawang posible upang hatulan ang pagkakaroon ng isang mekanikal na salpok sa isang electromagnetic field, na maaaring ipahayag para sa isang yunit ng dami sa mga tuntunin ng volumetric density ng electromagnetic energy at ang bilis ng pagpapalaganap ng alon sa vacuum:

Dahil ang momentum ay nauugnay sa paggalaw ng masa, posible na ipakilala ang gayong konsepto bilang electromagnetic mass, at pagkatapos ay para sa isang dami ng yunit ang ratio na ito (alinsunod sa SRT) ay kukuha sa katangian ng isang unibersal na batas ng kalikasan, at magiging wasto para sa anumang materyal na katawan, anuman ang anyo ng bagay. At ang electromagnetic field ay katulad ng isang materyal na katawan - mayroon itong enerhiya W, mass m, momentum p at isang may hangganan na bilis ng pagpapalaganap v. Iyon ay, ang electromagnetic field ay isa sa mga anyo ng bagay na aktwal na umiiral sa kalikasan.

Sa unang pagkakataon noong 1888, kinumpirma ni Heinrich Hertz sa eksperimento ang electromagnetic theory ni Maxwell. Empirically pinatunayan niya ang katotohanan ng electromagnetic waves at pinag-aralan ang kanilang mga katangian tulad ng repraksyon at pagsipsip sa iba't ibang media, pati na rin ang pagmuni-muni ng mga alon mula sa mga ibabaw ng metal.

Sinukat ng Hertz ang wavelength, at ipinakita na ang bilis ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave ay katumbas ng bilis ng liwanag. Ang eksperimentong gawain ni Hertz ay ang huling hakbang tungo sa pagkilala sa electromagnetic theory ni Maxwell. Makalipas ang pitong taon, noong 1895, gumamit ng mga electromagnetic wave ang Russian physicist na si Alexander Stepanovich Popov upang lumikha ng mga wireless na komunikasyon.

Sa mga DC circuit, gumagalaw ang mga singil pare-pareho ang bilis, at ang mga electromagnetic wave sa kasong ito ay hindi na-radiated sa kalawakan. Upang maganap ang radiation, kinakailangan na gumamit ng isang antena kung saan ang mga alternating current, iyon ay, ang mga alon na mabilis na nagbabago ng kanilang direksyon, ay nasasabik.

Sa pinakasimpleng anyo nito, ang isang electric dipole ng isang maliit na sukat ay angkop para sa paglabas ng mga electromagnetic wave, kung saan ang dipole moment ay mabilis na magbabago sa oras. Ito ay isang dipole na tinatawag ngayon na "Hertzian dipole", ang laki nito ay ilang beses na mas maliit kaysa sa wavelength na ibinubuga nito.

Kapag inilabas ng isang Hertzian dipole, ang maximum na flux ng electromagnetic energy ay bumabagsak sa isang eroplanong patayo sa axis ng dipole. Walang electromagnetic energy ang ibinubuga sa kahabaan ng dipole axis. Sa pinakamahalagang mga eksperimento ng Hertz, ang mga elementarya na dipoles ay ginamit kapwa para sa paglabas at pagtanggap ng mga electromagnetic wave, at ang pagkakaroon ng mga electromagnetic wave ay napatunayan.

Ipinakilala ni M. Faraday ang konsepto ng isang larangan:

isang electrostatic na patlang sa paligid ng isang singil sa pamamahinga

sa paligid ng mga gumagalaw na singil (kasalukuyang) mayroong magnetic field.

Noong 1830, natuklasan ni M. Faraday ang kababalaghan ng electromagnetic induction: kapag nagbabago ang magnetic field, isang vortex electric field ang lumitaw.

Figure 2.7 - Vortex electric field

saan,
- vector ng lakas ng patlang ng kuryente,
- vector ng magnetic induction.

Ang isang alternating magnetic field ay lumilikha ng isang vortex electric field.

Noong 1862 D.K. Iniharap ni Maxwell ang isang hypothesis: kapag nagbago ang electric field, isang vortex magnetic field ang lumitaw.

Ang ideya ng isang solong electromagnetic field ay lumitaw.

Figure 2.8 - Pinag-isang electromagnetic field.

Ang alternating electric field ay lumilikha ng vortex magnetic field.

Electromagnetic field- ito ay isang espesyal na anyo ng bagay - isang kumbinasyon ng mga electric at magnetic field. Ang mga variable na electric at magnetic field ay umiiral nang sabay-sabay at bumubuo ng isang solong electromagnetic field. Ito ay materyal:

Ito ay nagpapakita ng sarili sa pagkilos sa parehong resting at paglipat ng mga singil;

Kumakalat ito sa isang mataas ngunit may hangganan na bilis;

Ito ay umiiral nang independiyente sa ating kalooban at kagustuhan.

Sa rate ng singil na zero, mayroon lamang isang electric field. Sa isang pare-pareho ang rate ng singil, isang electromagnetic field ay nabuo.

Sa pinabilis na paggalaw ng singil, isang electromagnetic wave ang ibinubuga, na kumakalat sa kalawakan na may hangganan na bilis. .

Ang pag-unlad ng ideya ng mga electromagnetic wave ay pag-aari ni Maxwell, ngunit alam na ni Faraday ang tungkol sa kanilang pag-iral, kahit na natatakot siyang i-publish ang gawain (nabasa ito ng higit sa 100 taon pagkatapos ng kanyang kamatayan).

Ang pangunahing kondisyon para sa paglitaw ng isang electromagnetic wave ay ang pinabilis na paggalaw ng mga singil sa kuryente.

Ano ang isang electromagnetic wave, madaling isipin ang sumusunod na halimbawa. Kung sa ibabaw ng tubig magtapon ng maliit na bato, pagkatapos ay ang mga alon na nag-iiba sa mga bilog ay nabuo sa ibabaw. Lumipat sila mula sa pinagmulan ng kanilang paglitaw (perturbation) na may isang tiyak na bilis ng pagpapalaganap. Para sa mga electromagnetic wave, ang mga kaguluhan ay mga electric at magnetic field na gumagalaw sa kalawakan. Ang isang time-varying electromagnetic field ay kinakailangang magdulot ng alternating magnetic field, at vice versa. Ang mga patlang na ito ay magkakaugnay.

Ang pangunahing pinagmumulan ng spectrum ng electromagnetic waves ay ang Sun star. Bahagi ng spectrum ng electromagnetic waves ang nakikita ang mata ng tao. Ang spectrum na ito ay nasa loob ng 380...780 nm (Fig. 2.1). Sa nakikitang spectrum, iba ang nakikita ng mata ng liwanag. Ang mga electromagnetic oscillations na may iba't ibang wavelength ay nagdudulot ng sensasyon ng liwanag na may iba't ibang kulay.

Figure 2.9 - Spectrum ng electromagnetic waves

Ang bahagi ng spectrum ng mga electromagnetic wave ay ginagamit para sa mga layunin ng pagsasahimpapawid at komunikasyon sa radyo at telebisyon. Ang pinagmumulan ng mga electromagnetic wave ay isang wire (antenna) kung saan nagbabago ang mga singil sa kuryente. Ang proseso ng pagbuo ng mga patlang, na nagsimula malapit sa kawad, unti-unti, punto sa punto, ay nakukuha ang buong espasyo. Kung mas mataas ang dalas ng alternating current na dumadaan sa wire at bumubuo ng electric o magnetic field, mas matindi ang mga radio wave ng isang partikular na haba na nilikha ng wire.

Radyo(lat. radio - emit, emit rays ← radius - beam) - isang uri ng wireless na komunikasyon kung saan ang mga radio wave ay malayang nagpapalaganap sa kalawakan ay ginagamit bilang signal carrier.

mga radio wave(mula sa radyo...), mga electromagnetic wave na may wavelength > 500 µm (frequency< 6×10 12 Гц).

Ang mga radio wave ay mga electric at magnetic field na nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga radio wave sa libreng espasyo ay 300,000 km/s. Batay dito, matutukoy mo ang haba ng radio wave (m).

λ=300/f, kung saan f - dalas (MHz)

Ang mga tunog na vibrations ng hangin na nilikha sa panahon ng isang pag-uusap sa telepono ay na-convert ng mikropono sa mga electrical vibrations ng dalas ng tunog, na ipinadala sa pamamagitan ng mga wire sa kagamitan ng subscriber. Doon, sa kabilang dulo ng linya, sa tulong ng emitter ng telepono, sila ay na-convert sa mga air vibrations na nakikita ng subscriber bilang mga tunog. Sa telephony, ang paraan ng komunikasyon ay mga wire; sa radio broadcasting, radio waves.

Ang "puso" ng transmitter ng anumang istasyon ng radyo ay isang generator - isang aparato na bumubuo ng mga oscillations ng isang mataas, ngunit mahigpit na pare-pareho ang dalas para sa isang naibigay na istasyon ng radyo. Ang mga radio frequency oscillations na ito, na pinalakas sa kinakailangang kapangyarihan, ay pumapasok sa antenna at nakaka-excite sa nakapaligid na espasyo ng mga electromagnetic oscillations ng eksaktong parehong dalas - mga radio wave. Ang bilis ng pag-alis ng mga radio wave mula sa antenna ng istasyon ng radyo ay katumbas ng bilis ng liwanag: 300,000 km / s, na halos isang milyong beses na mas mabilis kaysa sa pagpapalaganap ng tunog sa hangin. Nangangahulugan ito na kung ang isang transmiter ay naka-on sa Moscow Broadcasting Station sa ilang mga punto sa oras, ang mga radio wave nito ay makakarating sa Vladivostok nang mas mababa sa 1/30 s, at ang tunog sa panahong ito ay magkakaroon ng oras upang magpalaganap lamang ng 10-11 m.

Ang mga alon ng radyo ay nagpapalaganap hindi lamang sa hangin, kundi pati na rin kung saan wala, halimbawa, sa kalawakan. Dito sila naiiba mga sound wave, kung saan ang hangin o iba pang siksik na daluyan, tulad ng tubig, ay talagang kinakailangan.

electromagnetic wave ay isang electromagnetic field na kumakalat sa kalawakan (oscillations ng mga vectors
). Malapit sa charge, nagbabago ang electric at magnetic field na may phase shift p/2.

Figure 2.10 - Pinag-isang electromagnetic field.

Sa isang malaking distansya mula sa singil, ang mga electric at magnetic field ay nagbabago sa phase.

Figure 2.11 - In-phase na pagbabago sa electric at magnetic field.

Ang electromagnetic wave ay nakahalang. Ang direksyon ng bilis ng electromagnetic wave ay tumutugma sa direksyon ng paggalaw ng kanang turnilyo kapag pinipihit ang hawakan ng vector gimlet sa vector .

Figure 2.12 - Electromagnetic wave.

Bukod dito, sa isang electromagnetic wave, ang kaugnayan
, kung saan ang c ay ang bilis ng liwanag sa vacuum.

Maxwell theoretically kinakalkula ang enerhiya at bilis ng electromagnetic waves.

kaya, Ang enerhiya ng alon ay direktang proporsyonal sa ikaapat na kapangyarihan ng dalas. Nangangahulugan ito na upang mas madaling ayusin ang alon, kinakailangan na ito ay mataas ang dalas.

Ang mga electromagnetic wave ay natuklasan ni G. Hertz (1887).

Ang isang closed oscillatory circuit ay hindi nagpapalabas ng mga electromagnetic wave: ang lahat ng enerhiya ng electric field ng capacitor ay na-convert sa enerhiya ng magnetic field ng coil. Ang dalas ng oscillation ay tinutukoy ng mga parameter ng oscillatory circuit:
.

Figure 2.13 - Oscillatory circuit.

Upang madagdagan ang dalas, kinakailangan upang bawasan ang L at C, i.e. i-on ang coil sa isang straight wire at, bilang
, bawasan ang lugar ng mga plato at ikalat ang mga ito sa maximum na distansya. Ipinapakita nito na nakakakuha tayo, sa esensya, isang tuwid na konduktor.

Ang nasabing aparato ay tinatawag na isang Hertz vibrator. Ang gitna ay pinutol at nakakonekta sa isang high frequency transpormer. Sa pagitan ng mga dulo ng mga wire, kung saan ang mga maliliit na spherical conductor ay naayos, isang electric spark jumps, na siyang pinagmulan ng electromagnetic wave. Ang alon ay nagpapalaganap sa paraan na ang vector ng lakas ng patlang ng kuryente ay nag-oscillates sa eroplano kung saan matatagpuan ang konduktor.

Larawan 2.14 - Hertz vibrator.

Kung ang parehong konduktor (antenna) ay inilagay parallel sa emitter, pagkatapos ay ang mga singil sa loob nito ay mag-oscillate at mahina na mga spark ay tumalon sa pagitan ng mga konduktor.

Natuklasan ni Hertz ang mga electromagnetic wave sa isang eksperimento at sinukat ang bilis nito, na kasabay ng kinakalkula ni Maxwell at katumbas ng c=3. 10 8 m/s.

Ang isang alternating electric field ay bumubuo ng isang alternating magnetic field, na kung saan, ay bumubuo ng isang alternating electric field, iyon ay, isang antena na nagpapasigla sa isa sa mga field na nagiging sanhi ng paglitaw ng isang solong electromagnetic field. Ang pinakamahalagang pag-aari ng larangang ito ay ang pagpapalaganap nito sa anyo ng mga electromagnetic wave.

Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa isang lossless medium ay nakasalalay sa medyo dielectric at magnetic permeability ng medium. Para sa hangin, ang magnetic permeability ng medium ay katumbas ng isa, samakatuwid, ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa kasong ito ay katumbas ng bilis ng liwanag.

Ang antenna ay maaaring isang vertical wire na pinapagana ng isang high frequency generator. Ang generator ay gumugugol ng enerhiya upang mapabilis ang paggalaw ng mga libreng electron sa konduktor, at ang enerhiya na ito ay na-convert sa isang alternating electromagnetic field, iyon ay, electromagnetic waves. Kung mas mataas ang dalas ng kasalukuyang generator, mas mabilis ang pagbabago ng electromagnetic field at mas matindi ang pagpapagaling ng alon.

Ang konektado sa antenna wire ay parehong isang electric field, ang mga linya ng puwersa na nagsisimula sa positibo at nagtatapos sa mga negatibong singil, at isang magnetic field, ang mga linya na nagsasara sa paligid ng kasalukuyang ng wire. Paano mas kaunting panahon oscillations, ang mas kaunting oras ay natitira para sa enerhiya ng mga nakatali na mga patlang upang bumalik sa kawad (iyon ay, sa generator) at mas ito ay pumasa sa mga libreng patlang, na nagpapalaganap pa sa anyo ng mga electromagnetic wave. Ang mabisang radiation ng mga electromagnetic wave ay nangyayari sa ilalim ng kondisyon ng commensurability ng wavelength at ang haba ng radiating wire.

Kaya, maaari itong matukoy na alon ng radyo- ito ay isang electromagnetic field na hindi nauugnay sa emitter at channel-forming device, malayang nagpapalaganap sa espasyo sa anyo ng isang alon na may dalas ng oscillation na 10 -3 hanggang 10 12 Hz.

Ang mga oscillations ng mga electron sa antenna ay nilikha ng isang mapagkukunan ng pana-panahong pagbabago ng EMF na may isang panahon T. Kung sa ilang sandali ang field sa antenna ay nagkaroon pinakamataas na halaga, pagkatapos ay magkakaroon ito ng parehong halaga pagkatapos ng isang panahon T. Sa panahong ito, ang electromagnetic field na umiral sa unang sandali sa antenna ay lilipat sa malayo.

λ = υТ (1)

Ang pinakamababang distansya sa pagitan ng dalawang punto sa espasyo kung saan ang field ay may parehong halaga ay tinatawag haba ng daluyong. Tulad ng sumusunod mula sa (1), ang wavelength λ depende sa bilis ng pagpapalaganap nito at sa panahon ng oscillation ng mga electron sa antenna. kasi dalas kasalukuyang f = 1 / T, pagkatapos ay ang wavelength λ = υ / f .

Kasama sa link sa radyo ang mga sumusunod na pangunahing bahagi:

Tagapaghatid

Receiver

Ang daluyan kung saan nagpapalaganap ang mga radio wave.

Ang transmitter at receiver ay mga nakokontrol na elemento ng radio link, dahil posibleng pataasin ang power ng transmitter, kumonekta ng mas mahusay na antenna, at pataasin ang sensitivity ng receiver. Ang medium ay isang hindi nakokontrol na elemento ng link sa radyo.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng isang linya ng komunikasyon sa radyo at mga wired na linya ay ang mga wired na linya ay gumagamit ng mga wire o cable bilang isang link sa pagkonekta, na mga kinokontrol na elemento (maaari mong baguhin ang kanilang mga electrical parameter).

Ang mga electromagnetic wave ay ang resulta ng mga taon ng debate at libu-libong mga eksperimento. Patunay ng pagkakaroon ng mga puwersa ng natural na pinagmulan na maaaring magpaikot sa kasalukuyang lipunan. Ito ang aktuwal na pagtanggap sa isang simpleng katotohanan - kaunti lang ang alam natin tungkol sa mundong ating ginagalawan.

Ang pisika ay ang reyna sa mga likas na agham, na nakasagot sa mga tanong tungkol sa pinagmulan hindi lamang ng buhay, kundi ng mundo mismo. Nagbibigay ito sa mga siyentipiko ng kakayahang pag-aralan ang mga electric at magnetic field, ang pakikipag-ugnayan nito ay bumubuo ng EMW (electromagnetic waves).

Ano ang electromagnetic wave

Hindi pa katagal, ang pelikulang "War of the Currents" (2018) ay inilabas sa mga screen ng ating bansa, kung saan, na may isang touch ng fiction, ito ay nagsasabi tungkol sa hindi pagkakaunawaan sa pagitan ng dalawang mahusay na siyentipiko na sina Edison at Tesla. Sinubukan ng isa na patunayan ang mga benepisyo ng direktang kasalukuyang, ang isa pa - mula sa alternating kasalukuyang. Ang mahabang labanang ito ay natapos lamang noong ikapitong taon ng ikadalawampu't isang siglo.

Sa pinakadulo simula ng "labanan", ang isa pang siyentipiko, na nagtatrabaho sa teorya ng relativity, ay inilarawan ang kuryente at magnetism bilang magkatulad na mga phenomena.

Sa ikatatlumpung taon ng ikalabinsiyam na siglo, natuklasan ng English-born physicist na si Faraday ang phenomenon ng electromagnetic induction at ipinakilala ang termino ng pagkakaisa ng electric at magnetic field. Sinabi rin niya na ang paggalaw sa larangang ito ay limitado sa bilis ng liwanag.

Maya-maya, ang teorya ng Ingles na siyentipiko na si Maxwell ay nagsabi na ang kuryente ay nagdudulot ng magnetic effect, at ang magnetism ay nagiging sanhi ng paglitaw ng isang electric field. Dahil ang parehong mga patlang na ito ay gumagalaw sa espasyo at oras, bumubuo sila ng mga perturbations - iyon ay, mga electromagnetic wave.

Sa madaling salita, ang electromagnetic wave ay isang spatial perturbation ng electromagnetic field.

Sa eksperimento, ang pagkakaroon ng EMW ay pinatunayan ng German scientist na si Hertz.

Mga electromagnetic wave, ang kanilang mga katangian at katangian

Ang mga electromagnetic wave ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na kadahilanan:

haba (sapat na malawak na saklaw);
dalas;
intensity (o amplitude ng oscillation);
ang dami ng enerhiya.

Ang pangunahing pag-aari ng lahat electromagnetic radiation ay ang halaga ng wavelength (sa vacuum), na karaniwang ibinibigay sa nanometer para sa nakikitang spectrum ng liwanag.

Ang bawat nanometer ay kumakatawan sa ika-1000 ng isang micrometer at sinusukat ng distansya sa pagitan ng dalawang magkasunod na mga taluktok (vertices).

Ang kaukulang dalas ng paglabas ng alon ay ang bilang ng mga sinusoidal oscillations at baligtad na proporsyonalidad haba ng daluyong.

Karaniwang sinusukat ang dalas sa Hertz. Kaya, ang mas mahahabang wavelength ay tumutugma sa mas mababang frequency ng radiation, at ang mas maikling wavelength ay tumutugma sa mas mataas na frequency ng radiation.

Ang mga pangunahing katangian ng mga alon:

repraksyon;
pagmuni-muni;
pagsipsip;
panghihimasok.

bilis ng electromagnetic wave

Ang aktwal na bilis ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave ay nakasalalay sa materyal na mayroon ang medium, ang optical density nito at ang pagkakaroon ng naturang kadahilanan bilang presyon.

Bilang karagdagan, ang iba't ibang mga materyales ay may iba't ibang mga densidad ng atomic "packing", kung mas malapit ang mga ito, mas maikli ang distansya at mas mataas ang bilis. Bilang resulta, ang bilis ng isang electromagnetic wave ay nakasalalay sa materyal na kung saan ito naglalakbay.

Ang mga katulad na eksperimento ay isinasagawa sa hadron collider, kung saan ang pangunahing instrumento ng impluwensya ay isang sisingilin na particle. Nag-aaral electromagnetic phenomena nagpapatuloy doon antas ng dami kapag nasira ang ilaw sa maliliit na particle ay mga photon. Ngunit ang quantum physics ay isang hiwalay na paksa.

Ayon sa teorya ng relativity, ang pinakamataas na bilis ng pagpapalaganap ng alon ay hindi maaaring lumampas sa bilis ng liwanag. Ang finiteness ng speed limit sa kanyang mga sinulat ay inilarawan ni Maxwell, na nagpapaliwanag nito sa pagkakaroon ng bagong field - ang eter. Moderno opisyal na agham Ang relasyong ito ay hindi pa napag-aaralan.

Electromagnetic radiation at mga uri nito

Ang electromagnetic radiation ay binubuo ng mga electromagnetic wave, na sinusunod bilang pagbabagu-bago sa mga electric at magnetic field, na nagpapalaganap sa bilis ng liwanag (300 km bawat segundo sa isang vacuum).

Kapag ang EM radiation ay nakikipag-ugnayan sa bagay, ang pag-uugali nito ay nagbabago nang husay habang nagbabago ang dalas. Bakit ito na-convert sa:

Pagpapalabas ng radyo. Sa mga radio frequency at microwave frequency, ang radiation ay nakikipag-ugnayan sa matter pangunahin sa anyo ng isang karaniwang hanay ng mga singil na ipinamamahagi sa isang malaking bilang apektadong mga atomo.
Infrared radiation. Hindi tulad ng low-frequency radio at microwave radiation, ang isang infrared emitter ay karaniwang nakikipag-ugnayan sa mga dipoles na nasa indibidwal na mga molekula, na, habang nag-vibrate ang mga ito, nagbabago sa mga dulo ng isang kemikal na bono sa atomic na antas.
Nakikitang paglabas ng liwanag. Habang tumataas ang dalas sa nakikitang hanay, ang mga photon ay may sapat na enerhiya upang baguhin ang nakagapos na istraktura ng ilang indibidwal na molekula.
Ultraviolet radiation. Ang dalas ay tumataas. Mayroon na ngayong sapat na enerhiya sa mga ultraviolet photon (higit sa tatlong volts) upang dobleng kumilos sa mga bono ng mga molekula, na patuloy na muling inaayos ang mga ito sa kemikal.
Ionizing radiation. Sa pinakamataas na frequency at pinakamaliit sa wavelength. Ang pagsipsip ng mga sinag na ito ng bagay ay nakakaapekto sa buong spectrum ng gamma. Ang pinakatanyag na epekto ay radiation.

Ano ang pinagmulan ng electromagnetic waves

Ang mundo, ayon sa batang teorya ng pinagmulan ng lahat, ay bumangon salamat sa isang salpok. Naglabas siya ng napakalaking enerhiya, na tinatawag na isang malaking pagsabog. Ito ay kung paano lumitaw ang unang em-wave sa kasaysayan ng uniberso.

Sa kasalukuyan, ang mga pinagmumulan ng pagbuo ng kaguluhan ay kinabibilangan ng:

ang emv ay naglalabas ng isang artipisyal na vibrator;
ang resulta ng panginginig ng boses ng mga atomic group o bahagi ng mga molekula;
kung may epekto sa panlabas na shell ng substance (sa atomic-molecular level);
epekto katulad ng liwanag;
sa panahon ng pagkabulok ng nukleyar;
kahihinatnan ng pagbabawas ng bilis ng elektron.

Scale at aplikasyon ng electromagnetic radiation

Ang sukat ng radiation ay nangangahulugang isang malawak na hanay ng dalas ng alon mula 3·10 6 ÷10 -2 hanggang 10 -9 ÷ 10 -14 .

Ang bawat bahagi ng electromagnetic spectrum ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon sa ating pang-araw-araw na buhay:

Mga alon na maliit ang haba (microwaves). Ang mga de-koryenteng alon na ito ay ginagamit bilang isang satellite signal dahil nagagawa nitong lampasan ang atmospera ng daigdig. Gayundin, ang isang bahagyang pinahusay na bersyon ay ginagamit para sa pagpainit at pagluluto sa kusina - ito ay isang microwave oven. Ang prinsipyo ng pagluluto ay simple - sa ilalim ng impluwensya ng microwave radiation, ang mga molekula ng tubig ay nasisipsip at pinabilis, na nagiging sanhi ng pag-init ng ulam.
Ang mga mahabang perturbation ay ginagamit sa mga teknolohiya ng radyo (radio waves). Ang kanilang dalas ay hindi nagpapahintulot sa mga ulap at kapaligiran na dumaan, salamat sa kung saan ang FM na radyo at telebisyon ay magagamit sa amin.
Ang infrared disturbance ay direktang nauugnay sa init. Halos imposible na siyang makita. Subukang mapansin nang walang espesyal na kagamitan ang isang sinag mula sa remote control ng iyong TV, music center o radyo sa kotse. Ang mga device na may kakayahang magbasa ng mga naturang alon ay ginagamit sa mga hukbo ng mga bansa (night vision device). Gayundin sa mga induction cooker sa mga kusina.
Ang ultraviolet ay may kaugnayan din sa init. Ang pinakamakapangyarihang natural na "generator" ng naturang radiation ay ang araw. Ito ay dahil sa pagkilos ng ultraviolet radiation na nabubuo ang isang tan sa balat ng isang tao. Sa medisina, ang ganitong uri ng alon ay ginagamit upang disimpektahin ang mga instrumento, pagpatay ng mga mikrobyo at.
Ang mga gamma ray ay ang pinaka makapangyarihang uri radiation kung saan ang isang short-wave perturbation na may mataas na frequency ay puro. Ang enerhiya na nakapaloob sa bahaging ito ng electromagnetic spectrum ay nagbibigay sa mga sinag ng mas malaking kapangyarihang tumagos. Naaangkop sa nuclear physics - mapayapang, nuclear weapons - paggamit ng labanan.

Ang impluwensya ng mga electromagnetic wave sa kalusugan ng tao

Ang pagsukat sa epekto ng emv sa mga tao ay responsibilidad ng mga siyentipiko. Ngunit hindi mo kailangang maging isang dalubhasa upang pahalagahan ang intensity ionizing radiation- nagdudulot ito ng mga pagbabago sa antas ng DNA ng tao, na nagsasangkot ng ganoon malubhang sakit tulad ng oncology.

Hindi nakakagulat na ang masamang epekto ng sakuna sa Chernobyl ay itinuturing na isa sa mga pinaka-mapanganib para sa kalikasan. Ilang square kilometers ng dating magandang teritoryo ang naging zone ng kumpletong pagbubukod. Hanggang sa katapusan ng siglo, ang pagsabog sa Chernobyl nuclear power plant ay mapanganib hanggang sa matapos ang kalahating buhay ng radionuclides.

Ang ilang uri ng emv (radio, infrared, ultraviolet) ay hindi nagdudulot ng malaking pinsala sa isang tao at ito ay hindi komportable lamang. Pagkatapos ng lahat, ang magnetic field ng mundo ay halos hindi natin nararamdaman, ngunit ang emv mula sa cellphone maaaring magdulot sakit ng ulo(epekto sa nervous system).

Upang maprotektahan ang iyong kalusugan mula sa electromagnetism, dapat kang gumamit lamang ng mga makatwirang pag-iingat. Sa halip na daan-daang oras laro sa kompyuter lumabas para mamasyal.