• Reparație
• Reparație 
• Design interior
• Despre tot
• Despre instalații sanitare

Ce este o undă electromagnetică - Knowledge Hypermarket. Undă electromagnetică - procesul de propagare a unui câmp electromagnetic în spațiu

În 1860-1865 unul dintre cei mai mari fizicieni secolul al 19-lea James Clerk Maxwell a creat o teorie câmp electromagnetic. Potrivit lui Maxwell, fenomenul inducției electromagnetice este explicat după cum urmează. Dacă la un moment dat în spațiu un câmp magnetic se modifică în timp, atunci a câmp electric. Dacă în câmp există un conductor închis, atunci câmpul electric provoacă în el curent indus. Din teoria lui Maxwell rezultă că este posibil și procesul invers. Dacă într-o anumită regiune a spațiului câmpul electric se modifică în timp, atunci acolo se formează și un câmp magnetic.

Astfel, orice modificare a câmpului magnetic în timp duce la apariția unei modificări câmp electric, iar orice modificare a câmpului electric în timp generează un câmp magnetic în schimbare. Aceste câmpuri electrice și magnetice alternative care se generează reciproc formează un singur câmp electromagnetic.

Proprietățile undelor electromagnetice

Cel mai important rezultat care decurge din teoria câmpului electromagnetic formulată de Maxwell a fost predicția posibilității existenței undelor electromagnetice. Undă electromagnetică - propagarea câmpurilor electromagnetice în spațiu și timp.

Undele electromagnetice, spre deosebire de undele elastice (sunete), se pot propaga în vid sau în orice altă substanță.

Undele electromagnetice în vid se propagă cu viteză c=299 792 km/s, adică cu viteza luminii.

În materie, viteza unei unde electromagnetice este mai mică decât în ​​vid. Relația dintre lungimea de undă, viteza acesteia, perioada și frecvența oscilațiilor obținute pentru undele mecanice este valabilă și pentru undele electromagnetice:

Fluctuațiile vectorului de tensiune Eși vector de inducție magnetică B apar în planuri reciproc perpendiculare și perpendiculare pe direcția de propagare a undei (vector viteză).

O undă electromagnetică transferă energie.

Gama undelor electromagnetice

În jurul nostru este o lume complexă de unde electromagnetice de diferite frecvențe: radiații de la monitoarele computerelor, telefoanele mobile, cuptoare cu microunde, televizoare etc. În prezent, toate undele electromagnetice sunt împărțite după lungimea de undă în șase intervale principale.

Unde radio- acestea sunt unde electromagnetice (cu o lungime de unda de la 10000 m la 0,005 m), folosite pentru a transmite semnale (informatii) pe o distanta fara fire. În comunicațiile radio, undele radio sunt create de curenții de înaltă frecvență care curg într-o antenă.

Radiația electromagnetică cu o lungime de undă de la 0,005 m până la 1 micron, adică situate între domeniul undelor radio și domeniul luminii vizibile sunt numite Radiatii infrarosii. Radiația infraroșie este emisă de orice corp încălzit. Sursele de radiație infraroșie sunt sobele, bateriile și lămpile electrice cu incandescență. Folosind dispozitive speciale Radiatii infrarosii poate fi convertit în lumina vizibilași obțineți imagini ale obiectelor încălzite în întuneric complet.

LA lumina vizibila include radiații cu o lungime de undă de aproximativ 770 nm până la 380 nm, de la roșu la Violet. Semnificația acestei părți a spectrului radiațiilor electromagnetice în viața umană este extrem de mare, deoarece o persoană primește aproape toate informațiile despre lumea din jurul său prin viziune.

Se numește radiația electromagnetică cu o lungime de undă mai scurtă decât violetul, invizibilă pentru ochi radiații ultraviolete. Poate ucide bacteriile patogene.

radiații cu raze X invizibil pentru ochi. Trece fără absorbție semnificativă prin straturi semnificative ale unei substanțe opace la lumina vizibilă, care este utilizată pentru a diagnostica boli ale organelor interne.

Radiația gamma numită radiație electromagnetică emisă de nucleele excitate și care provine din interacțiunea particulelor elementare.

Principiul comunicației radio

Un circuit oscilator este folosit ca sursă de unde electromagnetice. Pentru o radiație eficientă, circuitul este „deschis”, adică. creați condiții pentru ca câmpul să „meargă” în spațiu. Acest dispozitiv se numește circuit oscilant deschis - antenă.

Comunicare radio este transmisia de informații folosind unde electromagnetice, ale căror frecvențe sunt în intervalul de la până la Hz.

Radar (radar)

Un dispozitiv care transmite unde ultrascurte și le primește imediat. Radiația se efectuează în impulsuri scurte. Impulsurile sunt reflectate de obiecte, permițând, după primirea și procesarea semnalului, stabilirea distanței până la obiect.

Radarul de viteză funcționează pe un principiu similar. Gândiți-vă la modul în care radarul detectează viteza unei mașini în mișcare.

Undele electromagnetice (al căror tabel va fi dat mai jos) sunt perturbări ale câmpurilor magnetice și electrice distribuite în spațiu. Există mai multe tipuri de ele. Fizica studiază aceste tulburări. Undele electromagnetice se formează datorită faptului că un câmp electric alternativ generează un câmp magnetic, care, la rândul său, generează unul electric.

Istoria cercetării

Primele teorii, care pot fi considerate cele mai vechi versiuni de ipoteze despre undele electromagnetice, datează cel puțin din vremea lui Huygens. În acea perioadă, ipotezele au atins o dezvoltare cantitativă pronunțată. Huygens a lansat în 1678 un fel de „schiță” a teoriei - „Tratat despre lumină”. În 1690, a publicat o altă lucrare remarcabilă. Acesta a conturat teoria calitativă a reflexiei și refracției în forma în care este prezentată și astăzi în manualele școlare („Unde electromagnetice”, clasa a IX-a).

În același timp, a fost formulat și principiul lui Huygens. Cu ajutorul acestuia, a devenit posibilă studierea mișcării frontului de undă. Acest principiu și-a găsit ulterior dezvoltarea în lucrările lui Fresnel. Principiul Huygens-Fresnel a avut o importanță deosebită în teoria difracției și teoria ondulatorie a luminii.

În anii 1660 și 1670, Hooke și Newton au adus contribuții experimentale și teoretice majore la cercetare. Cine a descoperit undele electromagnetice? Cine a condus experimentele pentru a le dovedi existența? Ce tipuri de unde electromagnetice există? Mai multe despre asta mai târziu.

Rațiunea lui Maxwell

Înainte de a vorbi despre cine a descoperit undele electromagnetice, trebuie spus că primul om de știință care le-a prezis în general existența a fost Faraday. Și-a prezentat ipoteza în 1832. Maxwell a lucrat ulterior la construirea teoriei. Până în 1865 a terminat această lucrare. Ca urmare, Maxwell a formulat cu strictețe teoria matematic, justificând existența fenomenelor luate în considerare. El a determinat și viteza de propagare a undelor electromagnetice, care a coincis cu valoarea vitezei luminii folosită atunci. Aceasta, la rândul său, i-a permis să fundamenteze ipoteza că lumina este unul dintre tipurile de radiații luate în considerare.

Detectare experimentală

Teoria lui Maxwell a fost confirmată în experimentele lui Hertz din 1888. Trebuie spus aici că fizicianul german și-a condus experimentele pentru a infirma teoria, în ciuda justificării ei matematice. Cu toate acestea, datorită experimentelor sale, Hertz a devenit primul care a descoperit practic undele electromagnetice. În plus, în timpul experimentelor sale, omul de știință a identificat proprietățile și caracteristicile radiației.

Hertz a obținut oscilații și unde electromagnetice prin excitarea unei serii de impulsuri cu un flux care variază rapid într-un vibrator folosind o sursă de înaltă tensiune. Curenții de înaltă frecvență pot fi detectați folosind un circuit. Cu cât capacitatea și inductanța sunt mai mari, cu atât frecvența de oscilație va fi mai mare. Dar, în același timp, o frecvență ridicată nu garantează un flux intens. Pentru a-și efectua experimentele, Hertz a folosit un dispozitiv destul de simplu, care astăzi se numește „vibratorul Hertz”. Dispozitivul este un circuit oscilator de tip deschis.

Schema experimentului lui Hertz

Înregistrarea radiațiilor a fost efectuată folosind un vibrator receptor. Acest dispozitiv avea același design ca și dispozitivul emițător. Sub influența unei unde electromagnetice de electricitate câmp variabilîn dispozitivul receptor a fost excitată o oscilație de curent. Dacă în acest dispozitiv frecvența sa naturală și frecvența fluxului au coincis, atunci a apărut rezonanța. Ca urmare, au apărut perturbări în dispozitivul de recepție cu o amplitudine mai mare. Cercetătorul le-a descoperit observând scântei între conductori într-un mic decalaj.

Astfel, Hertz a devenit primul care a descoperit undele electromagnetice și a dovedit capacitatea lor de a fi reflectat bine de conductori. El a fundamentat practic formarea radiațiilor în picioare. În plus, Hertz a determinat viteza de propagare a undelor electromagnetice în aer.

Studiu Caracteristici

Undele electromagnetice se propagă în aproape toate mediile. Într-un spațiu plin de materie, radiațiile pot fi în unele cazuri distribuite destul de bine. Dar în același timp își schimbă oarecum comportamentul.

Undele electromagnetice în vid sunt detectate fără atenuare. Ele sunt distribuite pe orice distanță, indiferent cât de mare. Principalele caracteristici ale undelor includ polarizarea, frecvența și lungimea. Proprietățile sunt descrise în cadrul electrodinamicii. Cu toate acestea, ramuri mai specifice ale fizicii se ocupă de caracteristicile radiațiilor în anumite regiuni ale spectrului. Acestea includ, de exemplu, optica.

Studiul radiației electromagnetice dure la capătul spectrului de unde scurte este realizat de secțiunea de înaltă energie. Luând în considerare ideile moderne, dinamica încetează să mai fie o disciplină independentă și este combinată cu o singură teorie.

Teorii utilizate în studiul proprietăților

Astăzi există diverse metode, facilitând modelarea și studiul manifestărilor și proprietăților vibrațiilor. Electrodinamica cuantică este considerată cea mai fundamentală dintre teoriile testate și finalizate. Din aceasta, prin anumite simplificări, devine posibilă obținerea metodelor enumerate mai jos, care sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii.

Descrierea radiațiilor de frecvență relativ joasă într-un mediu macroscopic se realizează folosind electrodinamica clasică. Se bazează pe ecuațiile lui Maxwell. Cu toate acestea, există simplificări în aplicații. Studiul optic folosește optica. Teoria undelor este utilizată în cazurile în care unele părți ale sistemului optic sunt apropiate ca mărime de lungimile de undă. Optica cuantică este utilizată atunci când procesele de împrăștiere și absorbție a fotonilor sunt semnificative.

Teoria optică geometrică este un caz limitativ în care lungimea de undă poate fi ignorată. Există, de asemenea, câteva secțiuni aplicate și fundamentale. Acestea includ, de exemplu, astrofizica, biologia percepției vizuale și fotosintezei și fotochimia. Cum sunt clasificate undele electromagnetice? Un tabel care descrie în mod clar distribuția în grupuri este prezentat mai jos.

Clasificare

Există intervale de frecvență ale undelor electromagnetice. Nu există tranziții ascuțite între ele, uneori, acestea se suprapun. Granițele dintre ele sunt destul de arbitrare. Datorită faptului că debitul este distribuit continuu, frecvența este strict legată de lungime. Mai jos sunt domeniile undelor electromagnetice.

Radiația ultrascurtă este de obicei împărțită în micrometru (submilimetru), milimetru, centimetru, decimetru, metru. Dacă radiația electromagnetică este mai mică de un metru, atunci este de obicei numită oscilație de ultraînaltă frecvență (microunde).

Tipuri de unde electromagnetice

Mai sus sunt intervalele undelor electromagnetice. Ce tipuri de fluxuri există? Grupul include raze gamma și X. Trebuie spus că atât lumina ultravioletă, cât și chiar lumina vizibilă sunt capabile să ionizeze atomii. Granițele în care sunt situate fluxurile gamma și de raze X sunt determinate foarte condiționat. Ca orientare generală, sunt acceptate limitele de 20 eV - 0,1 MeV. Fluxurile gamma în sens restrâns sunt emise de nucleu, fluxurile de raze X sunt emise de învelișul atomic de electroni în procesul de eliminare a electronilor de pe orbitele joase. Cu toate acestea, această clasificare nu este aplicabilă radiațiilor dure generate fără participarea nucleelor ​​și atomilor.

Fluxurile de raze X se formează atunci când particulele încărcate rapide (protoni, electroni și altele) încetinesc și ca urmare a proceselor care au loc în interiorul învelișurilor de electroni atomici. Oscilațiile gamma apar ca urmare a proceselor din interiorul nucleelor ​​atomilor și în timpul transformării particulelor elementare.

Fluxuri radio

Din cauza de mare importanta lungimi, luarea în considerare a acestor unde poate fi efectuată fără a lua în considerare structura atomistică a mediului. Ca excepție, acționează doar cele mai scurte fluxuri, care sunt adiacente regiunii infraroșii a spectrului. În domeniul radio, proprietățile cuantice ale vibrațiilor apar destul de slab. Cu toate acestea, acestea trebuie luate în considerare, de exemplu, atunci când se analizează standardele de timp și frecvență moleculară în timpul răcirii echipamentului la o temperatură de câțiva kelvin.

Proprietățile cuantice sunt de asemenea luate în considerare atunci când se descriu generatoare și amplificatoare în intervalele milimetrice și centimetrice. Fluxul radio se formează în timpul mișcării curentului alternativ prin conductori de frecvența corespunzătoare. Și o undă electromagnetică care trece în spațiu o excită pe cea corespunzătoare. Această proprietate este utilizată în proiectarea antenelor în ingineria radio.

Fire vizibile

Radiațiile vizibile ultraviolete și infraroșii constituie, în sensul larg al cuvântului, așa-numita parte optică a spectrului. Selecția acestei zone este determinată nu numai de apropierea zonelor corespunzătoare, ci și de similitudinea instrumentelor utilizate în cercetare și dezvoltate în primul rând în timpul studiului luminii vizibile. Acestea, în special, includ oglinzi și lentile pentru focalizarea radiațiilor, rețele de difracție, prisme și altele.

Frecvențele undelor optice sunt comparabile cu cele ale moleculelor și atomilor, iar lungimile lor sunt comparabile cu distanțele intermoleculare și cu dimensiunile moleculare. Prin urmare, fenomenele care sunt cauzate de structura atomică a materiei devin semnificative în acest domeniu. Din același motiv, lumina, împreună cu proprietățile undelor, are și proprietăți cuantice.

Apariția fluxurilor optice

Cea mai cunoscută sursă este Soarele. Suprafața stelei (fotosfera) are o temperatură de 6000° Kelvin și emite lumină albă strălucitoare. Cea mai mare valoare a spectrului continuu este situată în zona „verde” - 550 nm. Aici se află și sensibilitatea vizuală maximă. Oscilațiile în domeniul optic apar atunci când corpurile sunt încălzite. De aceea, fluxurile în infraroșu sunt numite și fluxuri termice.

Cu cât corpul se încălzește mai mult, cu atât frecvența la care se află maximul spectrului este mai mare. Cu o anumită creștere a temperaturii, se observă incandescență (strălucire în domeniul vizibil). În acest caz, apare mai întâi roșu, apoi galben și așa mai departe. Crearea și înregistrarea fluxurilor optice poate avea loc în biologic și reacții chimice, dintre care unul este folosit în fotografie. Pentru majoritatea creaturilor care trăiesc pe Pământ, fotosinteza servește ca sursă de energie. Această reacție biologică are loc la plante sub influența radiației optice solare.

Caracteristicile undelor electromagnetice

Proprietățile mediului și sursei influențează caracteristicile fluxurilor. Aceasta stabilește, în special, dependența de timp a câmpurilor, care determină tipul de flux. De exemplu, atunci când distanța de la vibrator se modifică (pe măsură ce crește), raza de curbură devine mai mare. Ca rezultat, se formează o undă electromagnetică plană. Interacțiunea cu substanța are loc și în moduri diferite.

Procesele de absorbție și emisie de fluxuri, de regulă, pot fi descrise folosind relații electrodinamice clasice. Pentru undele din regiunea optică și pentru razele dure, natura lor cuantică ar trebui luată și mai mult în considerare.

Surse de flux

În ciuda diferenței fizice, peste tot - într-o substanță radioactivă, un emițător de televiziune, o lampă cu incandescență - undele electromagnetice sunt excitate de sarcini electrice care se mișcă cu accelerație. Există două tipuri principale de surse: microscopice și macroscopice. În primul, există o tranziție bruscă a particulelor încărcate de la unul la altul în interiorul moleculelor sau atomilor.

Sursele microscopice emit raze X, gamma, ultraviolete, infraroșii, vizibile și, în unele cazuri, radiații cu unde lungi. Un exemplu al acestuia din urmă este linia din spectrul hidrogenului, care corespunde unei lungimi de undă de 21 cm. Acest fenomen are o importanță deosebită în radioastronomie.

Sursele macroscopice sunt emițători în care electronii liberi ai conductorilor efectuează oscilații sincrone periodice. În sistemele din această categorie sunt generate debite de la scară milimetrică până la cea mai lungă (în liniile electrice).

Structura și rezistența fluxurilor

Curenții accelerați și în schimbare periodică se influențează reciproc cu anumite forțe. Direcția și magnitudinea lor depind de factori precum dimensiunea și configurația regiunii în care sunt conținute curenții și sarcinile, direcția și magnitudinea lor relativă. Au, de asemenea, un impact semnificativ caracteristici electrice mediu specific, precum și modificări ale concentrației sarcinii și distribuției curentului sursă.

Datorită complexității generale a enunțului problemei, este imposibil să se prezinte legea forțelor sub forma unei formule unice. Structura, numită câmp electromagnetic și considerată, dacă este necesar, ca obiect matematic, este determinată de distribuția sarcinilor și a curenților. Acesta, la rândul său, este creat de o sursă dată ținând cont de condițiile de limită. Condițiile sunt determinate de forma zonei de interacțiune și de caracteristicile materialului. Dacă vorbim de spațiu nelimitat, aceste circumstanțe sunt completate. Ca special condiție suplimentarăîn astfel de cazuri apare starea de radiaţie. Datorită acesteia, „corectitudinea” comportamentului câmpului la infinit este garantată.

Cronologia studiului

Lomonosov, în unele dintre prevederile sale, anticipează postulate individuale ale teoriei câmpului electromagnetic: mișcarea „rotativă” (rotativă) a particulelor, teoria „oscilante” (undă) a luminii, comunitatea acesteia cu natura electricității etc. Infraroșu fluxurile au fost descoperite în 1800 de Herschel (om de știință englez), iar în anul următor, 1801, Ritter a descris ultravioletele. Radiația cu o rază mai scurtă decât cea ultravioletă a fost descoperită de Roentgen în 1895, pe 8 noiembrie. Ulterior a primit numele de raze X.

Influența undelor electromagnetice a fost studiată de mulți oameni de știință. Cu toate acestea, primul care a explorat posibilitățile fluxurilor și domeniul de aplicare a acestora a fost Narkevich-Iodko (om de știință din Belarus). El a studiat proprietățile fluxurilor în relație cu medicina practică. Radiația gamma a fost descoperită de Paul Willard în 1900. În aceeași perioadă, Planck a efectuat studii teoretice ale proprietăților corpului negru. În procesul de studiu, el a descoperit natura cuantică a procesului. Opera sa a marcat începutul dezvoltării. Ulterior, au fost publicate mai multe lucrări de Planck și Einstein. Cercetările lor au condus la formarea unui concept precum fotonul. Aceasta, la rândul său, a marcat începutul creării teoriei cuantice fluxurile electromagnetice. Dezvoltarea sa a continuat în lucrările unor personalități științifice de top ale secolului XX.

Cercetările și lucrările ulterioare privind teoria cuantică a radiației electromagnetice și interacțiunea acesteia cu materia au condus în cele din urmă la formarea electrodinamicii cuantice în forma în care există astăzi. Printre oamenii de știință remarcabili care au studiat această problemă, ar trebui numite, pe lângă Einstein și Planck, Bohr, Bose, Dirac, de Broglie, Heisenberg, Tomonagu, Schwinger, Feynman.

Concluzie

Importanța fizicii în lumea modernă suficient de mare. Aproape tot ceea ce este folosit în viața umană astăzi a apărut datorită utilizării practice a cercetărilor marilor oameni de știință. Descoperirea undelor electromagnetice și studiul lor, în special, au condus la crearea unor emițătoare radio convenționale, și ulterior telefoanelor mobile. Sens special uz practic are astfel de cunoștințe teoretice în domeniul medicinei, industriei și tehnologiei.

Această utilizare pe scară largă se datorează naturii cantitative a științei. Toate experimentele fizice se bazează pe măsurători, compararea proprietăților fenomenelor studiate cu standardele existente. Tocmai în acest scop a fost dezvoltat în cadrul disciplinei un complex de instrumente și unități de măsură. O serie de modele sunt comune tuturor sistemelor de materiale existente. De exemplu, legile conservării energiei sunt considerate legi fizice generale.

Știința în ansamblu este numită fundamentală în multe cazuri. Acest lucru se datorează, în primul rând, faptului că alte discipline oferă descrieri, care, la rândul lor, respectă legile fizicii. Astfel, în chimie se studiază atomii, substanțele formate din ei și transformările. Dar Proprietăți chimice corpurile sunt determinate caracteristici fizice molecule și atomi. Aceste proprietăți descriu ramuri ale fizicii precum electromagnetismul, termodinamica și altele.

Undele electromagnetice sunt rezultatul a mulți ani de dezbateri și mii de experimente. Dovada prezenței unor forțe de origine naturală capabile să răstoarne societatea existentă. Aceasta este acceptarea efectivă a unui adevăr simplu – știm prea puține despre lumea în care trăim.

Fizica este regina dintre științele naturii, capabilă să ofere răspunsuri la întrebări despre originea nu numai a vieții, ci și a lumii în sine. Oferă oamenilor de știință capacitatea de a studia câmpurile electrice și magnetice, a căror interacțiune generează EMF (unde electromagnetice).

Ce este o undă electromagnetică

Nu cu mult timp în urmă, pe ecranele țării noastre a fost lansat filmul „War of Currents” (2018), care, cu un strop de ficțiune, povestește despre disputa dintre doi mari oameni de știință Edison și Tesla. Unul a încercat să demonstreze beneficiile curent continuu, celălalt este din variabilă. Această lungă bătălie s-a încheiat abia în al șaptelea an al secolului XXI.

La începutul „bătăliei”, un alt om de știință, care lucra la teoria relativității, a descris electricitatea și magnetismul ca fiind fenomene similare.

În al treizecilea an al secolului al XIX-lea, fizicianul de origine engleză Faraday a descoperit fenomenul inductie electromagneticași a introdus termenul de unitate a câmpurilor electrice și magnetice. El a mai susținut că mișcarea în acest domeniu este limitată de viteza luminii.

Puțin mai târziu, teoria savantului englez Maxwell spunea că electricitatea provoacă un efect magnetic, iar magnetismul provoacă apariția unui câmp electric. Deoarece ambele câmpuri se mișcă în spațiu și timp, ele formează perturbări - adică unde electromagnetice.

Mai simplu spus, o undă electromagnetică este o perturbare spațială a câmpului electromagnetic.

Existența undelor electromagnetice a fost demonstrată experimental de omul de știință german Hertz.

Undele electromagnetice, proprietățile și caracteristicile lor

Undele electromagnetice sunt caracterizate de următorii factori:

• lungime (gamă destul de largă);
• frecvență;
• intensitatea (sau amplitudinea vibrației);
• cantitatea de energie.

Proprietatea de bază a tuturor radiațiilor electromagnetice este lungimea sa de undă (în vid), care este de obicei specificată în nanometri pentru spectrul luminii vizibile.

Fiecare nanometru reprezintă o miime de micrometru și este măsurat prin distanța dintre două vârfuri consecutive (vârfurile).

Frecvența de emisie corespunzătoare a unei unde este numărul de oscilații sinusoidale și este invers proporțională cu lungimea de undă.

Frecvența este de obicei măsurată în Herți. Astfel, undele mai lungi corespund radiațiilor de frecvență mai joasă, iar undele mai scurte corespund radiațiilor de înaltă frecvență.

Proprietățile de bază ale undelor:

• refracţie;
• reflecţie;
• absorbţie;
• interferență.

Viteza undelor electromagnetice

Viteza reală de propagare a undei electromagnetice depinde de materialul mediului, de densitatea optică a acestuia și de prezența unor factori precum presiunea.

In afara de asta, diverse materiale au densități diferite de „împachetare” de atomi, cu cât sunt mai aproape, cu atât distanța este mai mică și viteza este mai mare. Ca urmare, viteza unei unde electromagnetice depinde de materialul prin care se deplasează.

Experimente similare sunt efectuate în ciocnitorul de hadron, unde principalul instrument de influență este o particulă încărcată. Studiul fenomenelor electromagnetice are loc acolo la nivel cuantic, când lumina este descompusă în particule minuscule - fotoni. Dar fizica cuantică– acesta este un subiect separat.

Conform teoriei relativității, cea mai mare viteză de propagare a undelor nu poate depăși viteza luminii. Maxwell a descris caracterul finit al limitei de viteză în lucrările sale, explicând acest lucru prin prezența unui nou câmp - eterul. Știința oficială modernă nu a studiat încă o astfel de relație.

Radiația electromagnetică și tipurile sale

Radiația electromagnetică este formată din unde electromagnetice, care sunt observate ca oscilații ale câmpurilor electrice și magnetice, care se propagă cu viteza luminii (300 km pe secundă în vid).

Când radiația EM interacționează cu materia, comportamentul acesteia se schimbă calitativ pe măsură ce frecvența se schimbă. De ce se transformă în:

1. Emisii radio. La frecvențele radio și la frecvențele de microunde, radiația em interacționează cu materia în primul rând sub forma unui set comun de sarcini care sunt distribuite pe un număr mare de atomi afectați.
2. Radiatii infrarosii. Spre deosebire de radioul de joasă frecvență și radiațiile cu microunde, un emițător de infraroșu interacționează de obicei cu dipolii prezenți în moleculele individuale care se modifică la capetele unei legături chimice la nivel atomic în timp ce vibrează.
3. Emisia de lumina vizibila. Pe măsură ce frecvența crește în domeniul vizibil, fotonii au suficientă energie pentru a schimba structura legată a unor molecule individuale.
4. Radiația ultravioletă. Frecvența crește. Fotonii ultravioleți conțin acum suficientă energie (mai mult de trei volți) pentru a acționa dublu asupra legăturilor moleculelor, rearanjandu-le în mod constant chimic.
5. Radiații ionizante. La cele mai înalte frecvențe și la cele mai scurte lungimi de undă. Absorbția acestor raze de către materie afectează întregul spectru gamma. Cel mai cunoscut efect este radiația.

Care este sursa undelor electromagnetice

Lumea, conform teoriei tinere a originii tuturor, a apărut din impuls. A eliberat energie colosală, care a fost numită Big Bang. Așa a apărut primul val em din istoria universului.

În prezent, sursele de formare a perturbărilor includ:

• EMW este emis de un vibrator artificial;
• rezultatul vibrației grupurilor atomice sau a părților de molecule;
• dacă există un impact asupra învelișului exterior al substanței (la nivel atomo-molecular);
• efect similar cu lumina;
• în timpul dezintegrarii nucleare;
• consecință a frânării electronilor.

Scara și aplicarea radiațiilor electromagnetice

Scala de radiații se referă la un interval mare de frecvență a undelor de la 3·10 6 ÷10 -2 la 10 -9 ÷ 10 -14.

Fiecare parte a spectrului electromagnetic are o gamă largă de aplicații în viața noastră de zi cu zi:

1. Unde scurte (micunde). Aceste unde electrice sunt folosite ca semnal satelit deoarece sunt capabile să ocolească atmosfera pământului. De asemenea, o versiune ușor îmbunătățită este utilizată pentru încălzire și gătit în bucătărie - acesta este un cuptor cu microunde. Principiul de gătit este simplu - sub influența radiațiilor microundelor, moleculele de apă sunt absorbite și accelerate, determinând încălzirea vasului.
2. Perturbațiile lungi sunt utilizate în tehnologia radio (undele radio). Frecvența lor nu permite trecerea norilor și a atmosferei, datorită cărora ne sunt disponibile radioul și televiziunea FM.
3. Perturbarea în infraroșu este direct legată de căldură. Este aproape imposibil să-l vezi. Încercați să observați fasciculul de la panoul de control al televizorului, stereo sau stereo auto fără echipament special. Dispozitivele capabile să citească astfel de unde sunt folosite în armatele țărilor (dispozitive de vedere pe timp de noapte). De asemenea, în aragazele inductive din bucătării.
4. Ultravioletele sunt, de asemenea, legate de căldură. Cel mai puternic „generator” natural al unei astfel de radiații este soarele. Datorită acțiunii radiațiilor ultraviolete, bronzul se formează pe pielea umană. În medicină, acest tip de valuri este folosit pentru dezinfectarea instrumentelor, uciderea germenilor și.
5. Razele gamma sunt cel mai puternic tip de radiație, în care se concentrează perturbarea undelor scurte cu frecvență înaltă. Energia conținută în această parte a spectrului electromagnetic conferă razelor o putere de penetrare mai mare. Aplicabil în fizica nucleară - pașnic, arme nucleare- utilizare în luptă.

Influența undelor electromagnetice asupra sănătății umane

Măsurarea efectelor EMF asupra oamenilor este responsabilitatea oamenilor de știință. Dar nu trebuie să fii un specialist pentru a evalua intensitatea radiațiilor ionizante - provoacă modificări la nivelul ADN-ului uman, ceea ce implică boli atât de grave precum oncologia.

Nu degeaba efectele nocive ale dezastrului centralei nucleare de la Cernobîl sunt considerate una dintre cele mai periculoase pentru natură. Câțiva kilometri pătrați din teritoriul cândva frumos au devenit o zonă de excludere completă. Până la sfârșitul secolului, explozia de la centrala nucleară de la Cernobîl reprezintă un pericol până la sfârșitul timpului de înjumătățire al radionuclizilor.

Unele tipuri de cuptoare cu microunde (radio, infraroșu, ultraviolete) nu provoacă vătămări grave unei persoane și provoacă doar disconfort. La urma urmei, câmpul magnetic al pământului practic nu este simțit de noi, dar EMF de la un telefon mobil poate provoca durere de cap(efect asupra sistemului nervos).

Pentru a vă proteja sănătatea de electromagnetism, trebuie pur și simplu să utilizați măsuri de precauție rezonabile. În loc de sute de ore joc pe calculator iesi la plimbare.

Multe modele de procese ondulatorii sunt de natură universală și sunt la fel de valabile pentru unde de natură diferită: unde mecanice într-un mediu elastic, unde pe suprafața apei, într-un șir întins etc. Undele electromagnetice, care sunt procesul de propagare a oscilațiile unui câmp electromagnetic nu fac excepție. Dar, spre deosebire de alte tipuri de unde, a căror propagare are loc într-un mediu material, undele electromagnetice se pot propaga în gol: nu este necesar niciun mediu material pentru propagarea câmpurilor electrice și magnetice. Cu toate acestea, undele electromagnetice pot exista nu numai în vid, ci și în materie.

Predicția undelor electromagnetice. Existența undelor electromagnetice a fost prezisă teoretic de Maxwell ca urmare a unei analize a sistemului său de ecuații propus care descrie câmpul electromagnetic. Maxwell a arătat că un câmp electromagnetic în vid poate exista în absența surselor - sarcini și curenți. Un câmp fără surse are forma unor unde care se propagă cu o viteză finită de cm/s, în care vectorii câmpurilor electrice și magnetice în fiecare moment de timp în fiecare punct din spațiu sunt perpendiculari între ei și perpendiculari pe direcția lui. propagarea undelor.

Undele electromagnetice au fost descoperite și studiate experimental de Hertz la numai 10 ani după moartea lui Maxwell.

Deschide vibratorul. Pentru a înțelege cum pot fi obținute undele electromagnetice experimental, luați în considerare un circuit oscilator „deschis” în care plăcile condensatorului sunt depărtate (Fig. 176) și, prin urmare, câmpul electric ocupă o zonă mare a spațiului. Pe măsură ce distanța dintre plăci crește, capacitatea C a condensatorului scade și, în conformitate cu formula lui Thomson, frecvența oscilațiilor naturale crește. Dacă înlocuiți și inductorul cu o bucată de sârmă, inductanța va scădea și frecvența oscilațiilor naturale va crește și mai mult. În acest caz, nu numai câmpul electric, ci și magnetic, care anterior era conținut în interiorul bobinei, va ocupa acum o mare suprafață a spațiului care acoperă acest fir.

O creștere a frecvenței oscilațiilor în circuit, precum și o creștere a dimensiunilor sale liniare, duce la faptul că perioada naturală

oscilațiile devin comparabile cu timpul de propagare a câmpului electromagnetic de-a lungul întregului circuit. Aceasta înseamnă că procesele de oscilații electromagnetice naturale într-un astfel de circuit deschis nu mai pot fi considerate cvasi-staționare.

Orez. 176. Trecerea de la un circuit oscilant la un vibrator deschis

Puterea curentului în diferite locuri în același timp este diferită: la capetele circuitului este întotdeauna zero, iar în mijloc (unde era înainte bobina) oscilează cu amplitudine maximă.

În cazul limitativ, când circuitul oscilator sa transformat pur și simplu într-o bucată de sârmă dreaptă, distribuția curentului de-a lungul circuitului la un moment dat în timp este prezentată în Fig. 177a. În momentul în care puterea curentului într-un astfel de vibrator este maximă, câmpul magnetic din jurul acestuia atinge, de asemenea, un maxim și nu există câmp electric în apropierea vibratorului. După un sfert din perioadă, puterea curentului ajunge la zero și, odată cu aceasta, câmpul magnetic din apropierea vibratorului; sarcinile electrice sunt concentrate în apropierea capetelor vibratorului, iar distribuția lor are forma prezentată în Fig. 1776. Câmpul electric în apropierea vibratorului în acest moment este maxim.

Orez. 177. Distribuția curentului de-a lungul unui vibrator deschis în momentul în care acesta este maxim (a) și distribuția sarcinilor după un sfert din perioada (b)

Aceste oscilații de sarcină și curent, adică oscilații electromagnetice într-un vibrator deschis, sunt destul de asemănătoare cu oscilațiile mecanice care pot apărea în arcul oscilatorului dacă corpul masiv atașat de acesta este îndepărtat. În acest caz, va trebui să țineți cont de masă piese individuale arcuri și îl considerăm ca un sistem distribuit în care fiecare element are atât proprietăți elastice, cât și inerte. În cazul unui vibrator electromagnetic deschis, fiecare dintre elementele sale are, de asemenea, simultan atât inductanță, cât și capacitate.

electrice și camp magnetic vibrator. Natura necvasi-staționară a oscilațiilor într-un vibrator deschis duce la faptul că câmpurile create de secțiunile sale individuale la o anumită distanță de vibrator nu se mai compensează reciproc, așa cum este cazul unui circuit oscilator „închis” cu parametrii concentrați, unde oscilațiile sunt cvasi-staționare, câmpul electric este concentrat în întregime în interiorul condensatorului, iar cel magnetic este în interiorul bobinei. Datorită acestei separări spațiale a câmpurilor electrice și magnetice, acestea nu sunt direct legate între ele: transformarea lor reciprocă se datorează numai curentului - transferul de sarcină de-a lungul circuitului.

Într-un vibrator deschis, unde câmpurile electrice și magnetice se suprapun în spațiu, are loc influența lor reciprocă: un câmp magnetic în schimbare generează un câmp electric vortex, iar un câmp electric în schimbare generează un câmp magnetic. Ca urmare, se dovedește a fi posibilă existența unei astfel de „auto-susținere” și răspândire în spatiu liber câmpuri la mare distanță de vibrator. Acestea sunt undele electromagnetice emise de vibrator.

Experimentele lui Hertz. Vibratorul, cu ajutorul căruia G. Hertz a obținut pentru prima dată unde electromagnetice experimental în 1888, era un conductor drept cu un mic întrefier de aer în mijloc (Fig. 178a). Datorită acestui decalaj, a fost posibil să se transmită sarcini semnificative celor două jumătăți ale vibratorului. Când diferența de potențial a atins o anumită valoare limită, s-a produs o defecțiune în spațiul de aer (o scânteie a sărit) și sarcinile electrice prin aerul ionizat ar putea circula de la o jumătate a vibratorului în cealaltă. Într-un circuit deschis, au apărut oscilații electromagnetice. Pentru a se asigura că există curenți alternativi rapidi numai în vibrator și nu sunt scurtcircuitați prin sursa de alimentare, între vibrator și sursă sunt conectate șocuri (vezi Fig. 178a).

Orez. 178. Vibrator Hertz

Vibrațiile de înaltă frecvență în vibrator există atâta timp cât scânteia închide decalajul dintre jumătățile sale. Amortizarea unor astfel de oscilații într-un vibrator are loc în principal nu datorită pierderilor de rezistență Joule (ca într-un circuit oscilator închis), ci datorită radiației undelor electromagnetice.

Pentru a detecta undele electromagnetice, Hertz a folosit un al doilea vibrator (de primire) (Fig. 1786). Sub influența unui câmp electric alternativ al unei unde care vine de la emițător, electronii din vibratorul receptor efectuează oscilații forțate, adică un curent alternativ rapid este excitat în vibrator. Dacă dimensiunile vibratorului receptor sunt aceleași cu cele ale celui emițător, atunci frecvențele oscilațiilor electromagnetice naturale din ele coincid și oscilațiile forțate din vibratorul receptor ating o valoare sesizabilă datorită rezonanței. Hertz a detectat aceste oscilații prin alunecarea unei scântei într-un spațiu microscopic din mijlocul vibratorului receptor sau prin strălucirea unui tub miniatural cu descărcare de gaz G conectat între jumătățile vibratorului.

Hertz nu numai că a demonstrat experimental existența undelor electromagnetice, dar a început pentru prima dată să studieze proprietățile acestora - absorbția și refracția în diferite medii, reflectarea din suprafete metalice etc. Experimental, a fost posibilă și măsurarea vitezei undelor electromagnetice, care s-au dovedit a fi egale cu viteza luminii.

Coincidența vitezei undelor electromagnetice cu viteza luminii măsurată cu mult înainte de descoperirea lor a servit drept punct de plecare pentru identificarea luminii cu undele electromagnetice și crearea teoriei electromagnetice a luminii.

O undă electromagnetică există fără surse de câmp în sensul că, după emiterea ei, câmpul electromagnetic al undei nu este asociat cu sursa. Așa se deosebește o undă electromagnetică de câmpurile electrice și magnetice statice, care nu există în afară de sursă.

Mecanismul de radiație a undelor electromagnetice. Emisia de unde electromagnetice are loc cu mișcarea accelerată a sarcinilor electrice. Puteți înțelege cum câmpul electric transversal al unei unde ia naștere din câmpul radial Coulomb al unei sarcini punctuale folosind următorul raționament simplu propus de J. Thomson.

Orez. 179. Câmpul unei sarcini punctiforme staționare

Să luăm în considerare câmpul electric creat de o sarcină punctiformă Dacă sarcina este în repaus, atunci câmpul său electrostatic este reprezentat de liniile radiale de forță emanate de sarcină (Fig. 179). Lasă în momentul de timp sarcina, sub influența unei forțe externe, să înceapă să se miște cu accelerația a, iar după un timp acțiunea acestei forțe se oprește, astfel încât încărcătura să se miște apoi uniform cu viteza mișcarea sarcinii este prezentată în Fig. 180.

Să ne imaginăm o imagine a liniilor de câmp electric create de această sarcină după o perioadă lungă de timp, deoarece câmpul electric se propagă cu viteza luminii c.

atunci modificarea câmpului electric cauzată de mișcarea sarcinii nu a putut ajunge în puncte situate în afara sferei de rază: în afara acestei sfere câmpul este același ca și în cazul unei sarcini staționare (Fig. 181). Puterea acestui câmp (în sistemul gaussian de unități) este egală cu

Întreaga modificare a câmpului electric cauzată de mișcarea accelerată a sarcinii în timp la un moment de timp este situată în interiorul unui strat sferic subțire de grosime a cărui rază exterioară este egală cu și raza interioară - Aceasta este prezentată în Fig. 181. În interiorul unei sfere de rază, câmpul electric este câmpul unei sarcini care se mișcă uniform.

Orez. 180. Graficul vitezei de încărcare

Orez. 181. Liniile intensității câmpului electric ale unei sarcini care se deplasează conform graficului din Fig. 180

Orez. 182. Să se obțină formula pentru intensitatea câmpului de radiație al unei sarcini în mișcare accelerată

Dacă viteza sarcinii este mult mai mică decât viteza luminii c, atunci acest câmp coincide în momentul de timp cu câmpul unei sarcini punctuale staționare situate la distanță de la început (Fig. 181): câmpul unui sarcina care se mișcă lent cu o viteză constantă se mișcă odată cu ea, iar distanța parcursă de sarcină în timp, așa cum se poate vedea din fig. 180, poate fi considerat egal dacă g»t.

Modelul câmpului electric din interiorul stratului sferic este ușor de găsit, ținând cont de continuitatea liniilor de câmp. Pentru a face acest lucru, trebuie să conectați liniile radiale de forță corespunzătoare (Fig. 181). Cauzat de mișcarea accelerată a sarcinii, îndoirea liniilor de forță „fuge” de sarcină cu o viteză c. O întrerupere a liniilor electrice între

sfere, acesta este câmpul de radiație care ne interesează, care se propagă cu viteza c.

Pentru a găsi câmpul de radiație, luați în considerare una dintre liniile de intensitate care formează un anumit unghi cu direcția mișcării sarcinii (Fig. 182). Să descompunăm vectorul intensității câmpului electric la rupere E în două componente: radială și transversală Componenta radială este puterea câmpului electrostatic creat de sarcina la distanță de aceasta:

Componenta transversală este intensitatea câmpului electric în unda emisă de sarcină în timpul mișcării accelerate. Deoarece această undă se deplasează de-a lungul unei raze, vectorul este perpendicular pe direcția de propagare a undei. Din fig. 182 este clar că

Înlocuind aici din (2), găsim

Considerând că un raport este accelerația a cu care sarcina s-a deplasat în perioada de timp de la 0 la rescriem această expresie sub forma

În primul rând, să acordăm atenție faptului că intensitatea câmpului electric al unei unde scade invers proporțional cu distanța de la centru, spre deosebire de intensitatea câmpului electrostatic, care este proporțională cu o astfel de dependență de distanță așa cum ar fi de așteptat. dacă luăm în considerare legea conservării energiei. Deoarece nu are loc absorbția de energie atunci când o undă se propagă în vid, cantitatea de energie care trece printr-o sferă de orice rază este aceeași. Deoarece aria suprafeței unei sfere este proporțională cu pătratul razei sale, fluxul de energie printr-o unitate a suprafeței sale trebuie să fie invers proporțional cu pătratul razei. Având în vedere că densitatea de energie a câmpului electric al undei este egală, ajungem la concluzia că

În continuare, observăm că intensitatea câmpului undei din formula (4) în momentul de timp depinde de accelerația sarcinii, iar în momentul de timp unda emisă în momentul de față atinge un punct situat la distanță după o timp egal cu

Radiația unei sarcini oscilante. Să presupunem acum că sarcina se mișcă constant de-a lungul unei linii drepte cu o accelerație variabilă în apropierea originii coordonatelor, de exemplu, efectuează oscilații armonice. Apoi va emite unde electromagnetice continuu. Intensitatea câmpului electric al undei într-un punct situat la distanță de originea coordonatelor este încă determinată de formula (4), iar câmpul în momentul de timp depinde de accelerația sarcinii a într-un moment anterior.

Fie mișcarea sarcinii o oscilație armonică în apropierea originii coordonatelor cu o anumită amplitudine A și frecvență co:

Accelerația sarcinii în timpul unei astfel de mișcări este dată de expresia

Înlocuind accelerația de sarcină în formula (5), obținem

Modificarea câmpului electric în orice punct în timpul trecerii unei astfel de unde reprezintă o oscilație armonică cu o frecvență, adică o sarcină oscilantă emite o undă monocromatică. Desigur, formula (8) este valabilă la distanțe mari în comparație cu amplitudinea oscilațiilor sarcinii A.

Energia undelor electromagnetice. Densitatea de energie a câmpului electric al unei unde monocromatice emisă de o sarcină poate fi găsită folosind formula (8):

Densitatea energiei este proporțională cu pătratul amplitudinii oscilațiilor de sarcină și cu puterea a patra a frecvenței.

Orice fluctuație este asociată cu tranziții periodice de energie de la un tip la altul și înapoi. De exemplu, oscilațiile unui oscilator mecanic sunt însoțite de transformări reciproce ale energiei cinetice și ale energiei potențiale de deformare elastică. Când am studiat oscilațiile electromagnetice dintr-un circuit, am văzut că analogul energiei potențiale a unui oscilator mecanic este energia câmpului electric dintr-un condensator, iar analogul energiei cinetice este energia câmpului magnetic al bobinei. Această analogie este valabilă nu numai pentru oscilațiile localizate, ci și pentru procesele ondulatorii.

Într-o undă monocromatică care se deplasează într-un mediu elastic, densitățile de energie cinetică și potențială în fiecare punct suferă o oscilație armonică cu frecvență dublă și astfel încât valorile lor să coincidă în orice moment. Același lucru este valabil și într-o undă electromagnetică monocromatică călătoare: densitățile de energie ale câmpurilor electrice și magnetice, efectuând o oscilație armonică cu o frecvență egală între ele în fiecare punct în orice moment.

Densitatea energiei câmpului magnetic este exprimată în termeni de inducție B după cum urmează:

Echivalând densitățile de energie ale câmpurilor electrice și magnetice într-o undă electromagnetică care călătorește, suntem convinși că inducerea câmpului magnetic într-o astfel de undă depinde de coordonate și timp în același mod ca și intensitatea câmpului electric. Cu alte cuvinte, într-o undă care călătorește, inducția câmpului magnetic și intensitatea câmpului electric sunt egale una cu cealaltă în orice punct și în orice moment (în sistemul gaussian de unități):

Fluxul energiei undelor electromagnetice. Densitatea totală de energie a câmpului electromagnetic într-o undă care călătorește este de două ori mai mare decât densitatea de energie a câmpului electric (9). Densitatea fluxului de energie y purtată de undă este egală cu produsul dintre densitatea energiei și viteza de propagare a undei. Folosind formula (9), puteți vedea că fluxul de energie prin orice suprafață oscilează cu frecvența Pentru a afla valoarea medie a densității fluxului de energie, este necesar să faceți o medie a expresiei (9) în timp. Deoarece valoarea medie este 1/2, atunci pentru obținem

Orez. 183. Distribuția unghiulară a energiei emise de o sarcină oscilantă

Densitatea fluxului de energie într-o undă depinde de direcție: în direcția în care sarcina oscilează, energia nu este emisă deloc într-un plan perpendicular pe această direcție printr-o sarcină oscilantă este prezentată în Fig. 183. Sarcina oscilează de-a lungul axei De la originea coordonatelor se desenează segmente, a căror lungime este proporțională cu radiația emisă într-o dată.

direcția energiei, adică diagrama arată o linie care leagă capetele acestor segmente.

Distribuția energiei de-a lungul direcțiilor din spațiu este caracterizată de o suprafață, care se obține prin rotirea diagramei în jurul axei

Polarizarea undelor electromagnetice. Unda generată de un vibrator în timpul vibrațiilor armonice se numește monocromatic. O undă monocromatică este caracterizată de o anumită frecvență с și lungime de undă X. Lungimea de undă și frecvența sunt legate prin viteza de propagare a undei cu:

O undă electromagnetică în vid este transversală: vectorul intensității câmpului electromagnetic al undei, după cum se poate observa din argumentele de mai sus, este perpendicular pe direcția de propagare a undei. Să trecem prin punctul de observație P din fig. 184 sferă cu un centru la originea coordonatelor, în jurul căreia sarcina radiantă oscilează de-a lungul axei sale. Să trasăm paralele și meridiane pe el. Atunci vectorul E al câmpului de undă va fi direcționat tangențial la meridian, iar vectorul B este perpendicular pe vectorul E și direcționat tangențial la paralelă.

Pentru a verifica acest lucru, să luăm în considerare mai detaliat relația dintre câmpurile electrice și magnetice dintr-o undă care călătorește. Aceste câmpuri, după ce unda este emisă, nu mai sunt asociate cu sursa. Când câmpul electric al unei unde se modifică, apare un câmp magnetic, ale cărui linii de câmp, așa cum am văzut când am studiat curentul de deplasare, sunt perpendiculare pe liniile câmpului electric. Acest câmp magnetic alternant, în schimbare, duce la rândul său la apariția unui câmp electric vortex, care este perpendicular pe câmpul magnetic care l-a generat. Astfel, pe măsură ce unda se propagă, câmpurile electrice și magnetice se susțin reciproc, rămânând reciproc perpendiculare în orice moment. Deoarece într-o undă care călătorește modificarea câmpurilor electrice și magnetice are loc în fază unul cu celălalt, „portretul” instantaneu al undei (vectorii E și B în diferite puncte ale liniei de-a lungul direcției de propagare) are forma prezentată în Fig. . 185. O astfel de undă se numește polarizat liniar. O sarcină care efectuează o oscilație armonică emite unde polarizate liniar în toate direcțiile. Într-o undă polarizată liniar care călătorește în orice direcție, vectorul E este întotdeauna în același plan.

Deoarece sarcinile dintr-un vibrator electromagnetic liniar suferă tocmai această mișcare de oscilație, unda electromagnetică emisă de vibrator este polarizată liniar. Acest lucru este ușor de verificat experimental prin schimbarea orientării vibratorului receptor față de cel emitent.

Orez. 185. Câmpuri electrice și magnetice într-o undă polarizată liniar care călătorește

Semnalul este cel mai mare atunci când vibratorul receptor este paralel cu cel care emite (vezi Fig. 178). Dacă vibratorul receptor este rotit perpendicular pe cel care emite, semnalul dispare. Vibrațiile electrice în vibratorul receptor pot apărea numai datorită componentei câmpului electric a undei direcționate de-a lungul vibratorului. Prin urmare, un astfel de experiment indică faptul că câmpul electric din undă este paralel cu vibratorul radiant.

Sunt posibile și alte tipuri de polarizare a undelor electromagnetice transversale. Dacă, de exemplu, vectorul E într-un anumit punct în timpul trecerii unei unde se rotește uniform în jurul direcției de propagare, rămânând neschimbat ca mărime, atunci unda se numește polarizat circular sau polarizat într-un cerc. Un „portret” instantaneu al câmpului electric al unei astfel de unde electromagnetice este prezentat în Fig. 186.

Orez. 186. Câmp electric într-o undă polarizată circular

O undă polarizată circular poate fi obținută prin adăugarea a două unde polarizate liniar de aceeași frecvență și amplitudine care se propagă în aceeași direcție, în care vectorii câmpului electric sunt reciproc perpendiculari. În fiecare undă, vectorul câmpului electric în fiecare punct suferă o oscilație armonică. Pentru ca adăugarea unor astfel de oscilații reciproc perpendiculare să aibă ca rezultat o rotație a vectorului rezultat, este necesară o schimbare de fază, cu alte cuvinte, adăugarea undelor polarizate liniar trebuie să fie deplasată cu un sfert din lungimea de undă una față de alta.

Impul de undă și presiune ușoară. Alături de energie, unda electromagnetică are și impuls. Dacă o undă este absorbită, atunci impulsul ei este transferat obiectului care o absoarbe. Rezultă că atunci când este absorbită, unda electromagnetică exercită presiune asupra barierei. Originea presiunii undei și mărimea acestei presiuni pot fi explicate după cum urmează.

Dirijată într-o linie dreaptă. Atunci puterea P absorbită de sarcină este egală cu

Vom presupune că toată energia undei incidente este absorbită de barieră. Deoarece o undă aduce energie pe unitatea de suprafață a unui obstacol pe unitatea de timp, presiunea exercitată de undă în timpul incidenței normale este egală cu densitatea de energie a undei. Forța de presiune a undei electromagnetice absorbite o transmite obstacolului unitate de timp un impuls egal, conform formulei (15), cu energia absorbită împărțită la viteza luminii c . Aceasta înseamnă că unda electromagnetică absorbită a avut un impuls care este egal cu energia împărțită la viteza luminii.

Pentru prima dată, presiunea undelor electromagnetice a fost descoperită experimental de P. N. Lebedev în 1900 în experimente extrem de subtile.

Cum diferă oscilațiile electromagnetice cvasi-staționare dintr-un circuit oscilator închis de oscilațiile de înaltă frecvență dintr-un vibrator deschis? Dați o analogie mecanică.

Explicați de ce unde electromagnetice nu sunt emise în timpul oscilațiilor electromagnetice cvasi-staționare într-un circuit închis. De ce apare radiația în timpul oscilațiilor electromagnetice într-un vibrator deschis?

Descrieți și explicați experimentele lui Hertz privind excitarea și detectarea undelor electromagnetice. Ce rol joacă eclatorul în vibratoarele de transmisie și recepție?

Explicați cum, în timpul mișcării accelerate, incarcare electrica câmpul electrostatic longitudinal se transformă într-un câmp electric transversal al undei electromagnetice emise de acesta.

Pe baza considerațiilor energetice, arătați că intensitatea câmpului electric al unei unde sferice emisă de un vibrator scade cu 1 1r (spre deosebire de un câmp electrostatic).

Ce este o undă electromagnetică monocromatică? Ce este lungimea de undă? Cum este legat de frecvență? Care este proprietatea undelor electromagnetice transversale?

Cum se numește polarizarea unei unde electromagnetice? Ce tipuri de polarizare cunoașteți?

Ce argumente puteți oferi pentru a justifica faptul că o undă electromagnetică are impuls?

Explicați rolul forței Lorentz în apariția forței de presiune a unei unde electromagnetice asupra unui obstacol.

J. Maxwell a creat în 1864 teoria câmpului electromagnetic, conform căreia câmpurile electrice și magnetice există ca componente interconectate ale unui singur întreg - câmpul electromagnetic. Într-un spațiu în care există un câmp magnetic alternativ, un câmp electric alternativ este excitat și invers.

Câmp electromagnetic- unul dintre tipurile de materie, caracterizat prin prezența câmpurilor electrice și magnetice conectate prin transformare reciprocă continuă.

Câmpul electromagnetic se propagă în spațiu sub formă de unde electromagnetice. Fluctuațiile vectorului de tensiune Eși vector de inducție magnetică B apar în planuri reciproc perpendiculare și perpendiculare pe direcția de propagare a undei (vector viteză).

Aceste unde sunt emise de particulele încărcate oscilante, care în același timp se mișcă într-un conductor cu accelerație. Atunci când o sarcină se mișcă într-un conductor, se creează un câmp electric alternativ, care generează un câmp magnetic alternativ, iar acesta din urmă, la rândul său, provoacă apariția unui câmp electric alternativ la o distanță mai mare de sarcină și așa mai departe.

Un câmp electromagnetic care se propagă în spațiu în timp se numește unde electromagnetice.

Undele electromagnetice se pot propaga în vid sau în orice altă substanță. Undele electromagnetice în vid se deplasează cu viteza luminii c=3.108 m/s. În materie, viteza unei unde electromagnetice este mai mică decât în ​​vid. O undă electromagnetică transferă energie.

Unda electromagnetică are următoarele proprietăți de bază: se propagă rectiliniu, este capabil de refracție, reflexie, iar fenomenele de difracție, interferență și polarizare îi sunt inerente. Toate aceste proprietăți au unde luminoase, ocupând intervalul corespunzător de lungimi de undă pe scara radiației electromagnetice.

Știm că lungimea undelor electromagnetice poate fi foarte diferită. Privind scara undelor electromagnetice care indică lungimile de undă și frecvențele diferitelor radiații, distingem 7 intervale: radiații de joasă frecvență, radiații radio, raze infraroșii, lumină vizibilă, raze ultraviolete, raze X și raze gamma.

• Unde de joasă frecvență . Surse de radiații: curenți de înaltă frecvență, generator de curent alternativ, mașini electrice. Folosit pentru topirea și călirea metalelor, producție magneți permanenți, în industria electrică.
• Unde radio apar în antenele posturilor de radio și televiziune, telefoane mobile, radare etc. Sunt utilizate în comunicații radio, televiziune și radare.
• unde infraroșii Toate corpurile încălzite radiază. Aplicație: topirea, tăierea, sudarea metalelor refractare cu ajutorul laserelor, fotografierea în ceață și întuneric, uscarea lemnului, fructelor și fructelor de pădure, aparate de vedere nocturnă.
• Radiații vizibile. Surse - Soare, lampă electrică și fluorescentă, arc electric, laser. Aplicabil: iluminare, efect foto, holografie.
• Radiația ultravioletă . Surse: Soare, spațiu, lampă cu descărcare în gaz (cuarț), laser. Poate ucide bacteriile patogene. Folosit pentru întărirea organismelor vii.
• radiații cu raze X .