Gelombang elektromagnetik dan radiasinya. Apa itu gelombang elektromagnetik - Knowledge Hypermarket

Gelombang elektromagnetik adalah hasil dari perdebatan bertahun-tahun dan ribuan percobaan. Bukti adanya kekuatan-kekuatan asal alam yang dapat menghidupkan masyarakat saat ini. Ini adalah penerimaan sebenarnya dari kebenaran sederhana - kita tahu terlalu sedikit tentang dunia tempat kita tinggal.

Fisika adalah ratu di antara ilmu-ilmu alam, mampu menjawab pertanyaan tentang asal usul tidak hanya kehidupan, tetapi juga dunia itu sendiri. Ini memberi para ilmuwan kemampuan untuk mempelajari medan listrik dan magnet, interaksi yang menghasilkan EMW (gelombang elektromagnetik).

Apa itu gelombang elektromagnetik?

Belum lama ini, film “War of the Currents” (2018) telah dirilis di layar negara kita, di mana, dengan sentuhan fiksi, menceritakan tentang perselisihan antara dua ilmuwan besar Edison dan Tesla. Yang satu mencoba membuktikan manfaat arus searah, yang lain - dari arus bolak-balik. Pertempuran panjang ini baru berakhir pada tahun ketujuh abad kedua puluh satu.

Di awal "pertempuran", ilmuwan lain, yang mengerjakan teori relativitas, menggambarkan listrik dan magnet sebagai fenomena serupa.

Pada tahun ketiga puluh abad kesembilan belas, fisikawan kelahiran Inggris Faraday menemukan fenomena induksi elektromagnetik dan memperkenalkan istilah kesatuan medan listrik dan magnet. Ia juga mengklaim bahwa pergerakan di medan ini dibatasi oleh kecepatan cahaya.

Beberapa saat kemudian, teori ilmuwan Inggris Maxwell mengatakan bahwa listrik menyebabkan efek magnet, dan magnet menyebabkan medan listrik. Karena kedua medan ini bergerak dalam ruang dan waktu, mereka membentuk gangguan - yaitu, gelombang elektromagnetik.

Sederhananya, gelombang elektromagnetik adalah gangguan spasial elektro Medan gaya.

Secara eksperimental, keberadaan EMW dibuktikan oleh ilmuwan Jerman Hertz.

Gelombang elektromagnetik, sifat dan karakteristiknya

Gelombang elektromagnetik dicirikan oleh faktor-faktor berikut:

• panjang (kisaran cukup lebar);
• frekuensi;
• intensitas (atau amplitudo osilasi);
• jumlah energi.

Properti utama dari semua radiasi elektromagnetik adalah nilai panjang gelombang (dalam ruang hampa), yang biasanya diberikan dalam nanometer untuk spektrum cahaya tampak.

Setiap nanometer mewakili seperseribu mikrometer dan diukur dengan jarak antara dua puncak berurutan (simpul).

Frekuensi radiasi yang sesuai dari gelombang adalah jumlah osilasi sinusoidal dan berbanding terbalik dengan panjang gelombang.

Frekuensi biasanya diukur dalam Hertz. Dengan demikian, panjang gelombang yang lebih panjang sesuai dengan frekuensi radiasi yang lebih rendah, dan panjang gelombang yang lebih pendek sesuai dengan frekuensi radiasi yang lebih tinggi.

Sifat utama gelombang:

• pembiasan;
• refleksi;
• penyerapan;
• gangguan.

kecepatan gelombang elektromagnetik

Kecepatan rambat sebenarnya dari gelombang elektromagnetik tergantung pada bahan yang dimiliki medium, kerapatan optiknya, dan adanya faktor seperti tekanan.

Di samping itu, berbagai bahan memiliki kerapatan "pengemasan" atom yang berbeda, semakin dekat lokasinya, semakin kecil jaraknya dan semakin tinggi kecepatannya. Akibatnya, kecepatan gelombang elektromagnetik tergantung pada bahan yang dilaluinya.

Eksperimen serupa dilakukan di penumbuk hadron, di mana instrumen utama pengaruhnya adalah partikel bermuatan. studi tentang fenomena elektromagnetik terjadi di sana pada tingkat kuantum, ketika cahaya didekomposisi menjadi partikel kecil - foton. Tetapi fisika kuantum adalah masalah yang terpisah.

Menurut teori relativitas, kecepatan rambat gelombang tertinggi tidak dapat melebihi kecepatan cahaya. Keterbatasan batas kecepatan dalam tulisannya dijelaskan oleh Maxwell, menjelaskan hal ini dengan adanya medan baru - eter. Ilmu pengetahuan resmi modern belum mempelajari hubungan semacam itu.

Radiasi elektromagnetik dan jenisnya

Radiasi elektromagnetik terdiri dari gelombang elektromagnetik, yang diamati sebagai fluktuasi medan listrik dan magnet, merambat dengan kecepatan cahaya (300 km per detik dalam ruang hampa).

Ketika radiasi EM berinteraksi dengan materi, perilakunya berubah secara kualitatif seiring dengan perubahan frekuensi. Mengapa diubah menjadi:

1. Emisi radio. Pada frekuensi radio dan frekuensi gelombang mikro, radiasi em berinteraksi dengan materi terutama dalam bentuk set umum muatan yang terdistribusi jumlah yang besar atom yang terpengaruh.
2. Radiasi infra merah. Tidak seperti emisi radio frekuensi rendah dan radiasi gelombang mikro, pemancar inframerah biasanya berinteraksi dengan dipol yang ada dalam molekul individu, yang, saat bergetar, berubah di ujung ikatan kimia pada tingkat atom.
3. Emisi cahaya tampak. Ketika frekuensi meningkat dalam rentang yang terlihat, foton memiliki energi yang cukup untuk mengubah struktur ikatan dari beberapa molekul individu.
4. Radiasi ultraviolet. Frekuensinya meningkat. Sekarang ada cukup energi dalam foton ultraviolet (lebih dari tiga volt) untuk bekerja ganda pada ikatan molekul, terus-menerus mengatur ulang mereka secara kimiawi.
5. Radiasi pengion. Pada frekuensi tertinggi dan terkecil dalam panjang gelombang. Penyerapan sinar ini oleh materi mempengaruhi seluruh spektrum gamma. Efek yang paling terkenal adalah radiasi.

Apa sumber gelombang elektromagnetik?

Dunia, menurut teori muda tentang asal usul segalanya, muncul berkat dorongan hati. Dia melepaskan energi kolosal, yang disebut ledakan besar. Ini adalah bagaimana gelombang em pertama muncul dalam sejarah alam semesta.

Saat ini, sumber-sumber pembentukan gangguan meliputi:

• emv memancarkan vibrator buatan;
• hasil vibrasi gugus atom atau bagian molekul;
• jika ada dampak pada kulit terluar zat (pada tingkat atom-molekul);
• efek yang mirip dengan cahaya;
• selama peluruhan nuklir;
• akibat perlambatan elektron.

Skala dan penerapan radiasi elektromagnetik

Skala radiasi berarti rentang frekuensi gelombang yang luas dari 3·10 6 10 -2 hingga 10 -9 10 -14 .

Setiap bagian dari spektrum elektromagnetik memiliki berbagai aplikasi dalam kehidupan kita sehari-hari:

1. Gelombang dengan panjang kecil (gelombang mikro). Gelombang listrik ini digunakan sebagai sinyal satelit karena mampu melewati atmosfer bumi. Juga, versi yang sedikit ditingkatkan digunakan untuk memanaskan dan memasak di dapur - ini adalah oven microwave. Prinsip memasaknya sederhana - di bawah pengaruh radiasi gelombang mikro, molekul air diserap dan dipercepat, yang menyebabkan hidangan memanas.
2. Gangguan panjang digunakan dalam teknologi radio (gelombang radio). Frekuensinya tidak memungkinkan awan dan atmosfer melewatinya, berkat radio FM dan televisi yang tersedia bagi kita.
3. Gangguan inframerah berhubungan langsung dengan panas. Hampir tidak mungkin untuk melihatnya. Coba perhatikan tanpa peralatan khusus pancaran sinar dari remote control TV, pusat musik, atau radio Anda di dalam mobil. Perangkat yang mampu membaca gelombang seperti itu digunakan di pasukan negara (perangkat penglihatan malam). Juga di kompor induksi di dapur.
4. Ultraviolet juga berhubungan dengan panas. "Generator" alami yang paling kuat dari radiasi semacam itu adalah matahari. Karena aksi radiasi ultraviolet, cokelat terbentuk pada kulit seseorang. Dalam pengobatan, jenis gelombang ini digunakan untuk mendisinfeksi instrumen, membunuh kuman dan.
5. Sinar gamma adalah jenis radiasi paling kuat di mana gangguan gelombang pendek dengan frekuensi tinggi terkonsentrasi. Energi yang terkandung dalam bagian spektrum elektromagnetik ini memberikan sinar daya tembus yang lebih besar. Berlaku dalam fisika nuklir - damai, senjata nuklir- penggunaan tempur.

Pengaruh gelombang elektromagnetik pada kesehatan manusia

Mengukur dampak emv pada manusia adalah tanggung jawab para ilmuwan. Tapi kamu tidak harus menjadi ahli untuk menghargai intensitasnya radiasi pengion- itu memprovokasi perubahan pada tingkat DNA manusia, yang memerlukan penyakit serius seperti onkologi.

Tak heran dampak merugikan dari bencana Chernobyl dianggap salah satu yang paling berbahaya bagi alam. Beberapa kilometer persegi wilayah yang indah menjadi zona eksklusi total. Hingga akhir abad ini, ledakan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl berbahaya sampai waktu paruh radionuklida berakhir.

Beberapa jenis emv (radio, inframerah, ultraviolet) tidak menyebabkan banyak kerusakan pada seseorang dan hanya menimbulkan ketidaknyamanan. Bagaimanapun, medan magnet bumi praktis tidak dirasakan oleh kita, tetapi emv dari telepon genggam dapat menyebabkan sakit kepala (efek pada sistem saraf).

Untuk melindungi kesehatan Anda dari elektromagnetisme, Anda harus menggunakan tindakan pencegahan yang wajar. Alih-alih ratusan jam permainan komputer pergi keluar untuk berjalan-jalan.

Hanya sedikit orang yang tahu bahwa radiasi elektromagnetik menembus seluruh alam semesta. Gelombang elektromagnetik muncul ketika merambat di ruang angkasa. Tergantung pada frekuensi osilasi gelombang, mereka secara kondisional dibagi menjadi cahaya tampak, spektrum frekuensi radio, rentang inframerah, dll. Keberadaan praktis gelombang elektromagnetik dibuktikan secara empiris pada tahun 1880 oleh ilmuwan Jerman G. Hertz (omong-omong, frekuensi unit dinamai menurut namanya).

Dari kursus fisika diketahui apa yang merupakan jenis khusus dari materi. Terlepas dari kenyataan bahwa hanya sebagian kecil darinya yang dapat dilihat dengan mata, pengaruhnya terhadap dunia material sangat besar. Gelombang elektromagnetik adalah perambatan berturut-turut dalam ruang interaksi vektor medan magnet dan listrik. Namun, kata "distribusi" dalam hal ini tidak sepenuhnya benar: kita sedang berbicara, lebih tepatnya, tentang gangguan ruang seperti gelombang. Alasan yang menghasilkan gelombang elektromagnetik adalah munculnya medan listrik di ruang angkasa yang berubah seiring waktu. Dan, seperti yang Anda ketahui, ada hubungan langsung antara medan listrik dan magnet. Cukup mengingat aturan yang menurutnya ada medan magnet di sekitar konduktor apa pun dengan arus. Partikel yang dipengaruhi oleh gelombang elektromagnetik mulai berosilasi, dan karena ada gerakan, berarti ada radiasi energi. Medan listrik w ditransfer ke partikel tetangga yang diam, akibatnya, medan listrik dibangkitkan lagi. Dan karena medan saling berhubungan, magnet mengikuti. Prosesnya menyebar seperti longsoran salju. Dalam hal ini, tidak ada gerakan nyata, tetapi ada getaran partikel.

Kemungkinan penggunaan praktis fisika semacam itu telah lama dipikirkan. PADA dunia modern Energi gelombang elektromagnetik begitu banyak digunakan sehingga banyak yang tidak menyadarinya, menerima begitu saja. Contoh yang mencolok adalah gelombang radio, yang tanpanya pengoperasian televisi dan telepon seluler tidak mungkin dilakukan.

Prosesnya terjadi sebagai berikut: konduktor logam termodulasi (antena) terus-menerus ditransmisikan ke konduktor logam dengan bentuk khusus. Karena sifat-sifat arus listrik, medan listrik muncul di sekitar konduktor, dan kemudian medan magnet, sebagai sebagai akibat dari gelombang elektromagnetik yang dipancarkan. Karena dimodulasi, mereka membawa urutan tertentu, informasi yang disandikan. Untuk menangkap frekuensi yang diinginkan, antena penerima dengan desain khusus dipasang di penerima. Ini memungkinkan Anda untuk memilih frekuensi yang diinginkan dari latar belakang elektromagnetik umum. Setelah di penerima logam, gelombang sebagian diubah menjadi listrik modulasi asli. Kemudian mereka pergi ke unit penguat dan mengontrol pengoperasian perangkat (mereka memindahkan kerucut speaker, memutar elektroda di layar TV).

Arus yang dihasilkan dari gelombang elektromagnetik dapat dengan mudah dilihat. Untuk melakukan ini, cukup menyentuh kabel perumahan telanjang dari antena ke penerima. massa total(baterai pemanas, Pada saat ini, percikan melompat antara massa dan inti - ini adalah manifestasi dari arus yang dihasilkan oleh antena. Nilainya semakin besar, semakin dekat dan kuat pemancar. Konfigurasi antena juga memiliki efek yang signifikan.

Manifestasi lain dari gelombang elektromagnetik yang banyak ditemui orang sehari-hari dalam kehidupan sehari-hari adalah penggunaan oven microwave. Garis-garis kekuatan medan yang berputar melintasi objek dan mentransfer sebagian energinya, memanaskannya.

Kemajuan teknologi juga memiliki sisi negatifnya. Penggunaan global berbagai peralatan, ditenagai oleh listrik, menjadi penyebab polusi, yang diberi nama - kebisingan elektromagnetik. Pada artikel ini, kami akan mempertimbangkan sifat dari fenomena ini, tingkat dampaknya terhadap tubuh manusia dan tindakan perlindungan.

Apa itu dan sumber radiasi?

Radiasi elektromagnetik adalah gelombang elektromagnetik yang terjadi ketika medan magnet atau listrik terganggu. Fisika modern menafsirkan proses ini dalam kerangka teori dualisme gelombang sel. Artinya, bagian minimum radiasi elektromagnetik adalah kuantum, tetapi pada saat yang sama memiliki sifat gelombang frekuensi yang menentukan karakteristik utamanya.

Spektrum frekuensi radiasi medan elektromagnetik memungkinkan untuk mengklasifikasikannya ke dalam jenis berikut:

• frekuensi radio (termasuk gelombang radio);
• termal (inframerah);
• optik (yaitu, terlihat oleh mata);
• radiasi dalam spektrum ultraviolet dan keras (terionisasi).

Sebuah ilustrasi rinci dari rentang spektral (skala emisi elektromagnetik) dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Sifat sumber radiasi

Berdasarkan asalnya, sumber radiasi gelombang elektromagnetik dalam praktek dunia biasanya diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu:

• gangguan medan elektromagnetik yang berasal dari buatan;
• radiasi dari sumber alam.

Radiasi yang berasal dari medan magnet di sekitar bumi, proses listrik di atmosfer planet kita, fusi nuklir di perut matahari - semuanya berasal dari alam.

Adapun sumber buatan, mereka adalah efek samping yang disebabkan oleh pengoperasian berbagai mekanisme dan perangkat listrik.

Radiasi yang memancar dari mereka bisa tingkat rendah dan tingkat tinggi. Tingkat intensitas radiasi medan elektromagnetik sepenuhnya tergantung pada tingkat daya sumber.

Contoh sumber EMP tinggi meliputi:

• Saluran listrik biasanya bertegangan tinggi;
• semua jenis transportasi listrik, serta infrastruktur yang menyertainya;
• menara televisi dan radio, serta stasiun komunikasi bergerak dan bergerak;
• pabrik konversi tegangan jaringan listrik(khususnya, gelombang yang datang dari trafo atau gardu distribusi);
• elevator dan jenis peralatan pengangkat lainnya di mana pembangkit listrik elektromekanis digunakan.

Sumber khas yang memancarkan radiasi tingkat rendah meliputi peralatan listrik berikut:

• hampir semua perangkat dengan tampilan CRT (misalnya: terminal pembayaran atau komputer);
• Berbagai jenis peralatan Rumah Tangga, mulai dari setrika hingga sistem iklim;
• sistem rekayasa yang menyediakan listrik ke berbagai objek (ini berarti tidak hanya kabel daya, tetapi juga peralatan terkait, seperti stopkontak dan meteran listrik).

Secara terpisah, ada baiknya menyoroti peralatan khusus yang digunakan dalam pengobatan, yang memancarkan radiasi keras (mesin sinar-X, MRI, dll.).

Dampak pada seseorang

Dalam banyak penelitian, ahli radiobiologi sampai pada kesimpulan yang mengecewakan - radiasi gelombang elektromagnetik yang berkepanjangan dapat menyebabkan "ledakan" penyakit, yaitu menyebabkan perkembangan pesat proses patologis dalam tubuh manusia. Selain itu, banyak dari mereka memperkenalkan pelanggaran pada tingkat genetik.

Video: Bagaimana radiasi elektromagnetik mempengaruhi manusia.
https://www.youtube.com/watch?v=FYWgXyHW93Q

Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa medan elektromagnetik level tinggi aktivitas biologis, yang secara negatif mempengaruhi organisme hidup. Faktor pengaruh tergantung pada komponen berikut:

• sifat radiasi yang dihasilkan;
• berapa lama dan dengan intensitas apa itu berlanjut.

Dampak radiasi terhadap kesehatan manusia, yang bersifat elektromagnetik, secara langsung tergantung pada lokalisasi. Itu bisa lokal dan umum. Dalam kasus terakhir, iradiasi skala besar terjadi, misalnya, radiasi yang dihasilkan oleh saluran listrik.

Dengan demikian, iradiasi lokal mengacu pada dampak pada bagian tubuh tertentu. Gelombang elektromagnetik yang memancar dari jam tangan elektronik atau ponsel adalah contoh nyata dari efek lokal.

Secara terpisah, perlu dicatat efek termal dari radiasi elektromagnetik frekuensi tinggi pada materi hidup. Energi medan diubah menjadi energi termal(karena getaran molekul), efek ini adalah dasar untuk pengoperasian pemancar gelombang mikro industri yang digunakan untuk memanaskan berbagai zat. Berbeda dengan manfaatnya proses produksi, efek termal pada tubuh manusia dapat merugikan. Dari sudut pandang radiobiologi, tidak disarankan untuk berada di dekat peralatan listrik yang "hangat".

Harus diperhitungkan bahwa dalam kehidupan sehari-hari kita secara teratur terpapar radiasi, dan ini terjadi tidak hanya di tempat kerja, tetapi juga di rumah atau ketika bergerak di sekitar kota. Seiring waktu, efek biologis terakumulasi dan meningkat. Dengan pertumbuhan kebisingan elektromagnetik, jumlah penyakit karakteristik otak atau sistem saraf. Perhatikan bahwa radiobiologi adalah ilmu yang agak muda, oleh karena itu, bahaya yang ditimbulkan pada organisme hidup dari radiasi elektromagnetik belum dipelajari secara menyeluruh.

Gambar tersebut menunjukkan tingkat gelombang elektromagnetik yang dihasilkan oleh peralatan rumah tangga konvensional.

Perhatikan bahwa tingkat kekuatan medan berkurang secara signifikan dengan jarak. Artinya, untuk mengurangi efeknya, cukup menjauh dari sumbernya pada jarak tertentu.

Rumus untuk menghitung norma (penjatahan) radiasi medan elektromagnetik ditunjukkan dalam GOST dan SanPiN yang relevan.

Perlindungan radiasi

Dalam produksi, layar penyerap (pelindung) secara aktif digunakan sebagai sarana perlindungan terhadap radiasi. Sayangnya, tidak mungkin untuk melindungi diri Anda dari radiasi medan elektromagnetik menggunakan peralatan seperti itu di rumah, karena tidak dirancang untuk ini.

• untuk mengurangi dampak radiasi medan elektromagnetik hingga hampir nol, Anda harus menjauh dari saluran listrik, menara radio dan televisi pada jarak setidaknya 25 meter (Anda harus memperhitungkan kekuatan sumbernya);
• untuk monitor CRT dan TV, jarak ini jauh lebih kecil - sekitar 30 cm;
• jam elektronik tidak boleh diletakkan dekat dengan bantal, jarak optimal untuk mereka lebih dari 5 cm;
• untuk radio dan Handphone, tidak disarankan untuk mendekatkannya lebih dari 2,5 sentimeter.

Perhatikan bahwa banyak orang tahu betapa berbahayanya berdiri di samping saluran tegangan tinggi saluran listrik, tetapi pada saat yang sama, kebanyakan orang tidak mementingkan peralatan listrik rumah tangga biasa. Meskipun cukup untuk meletakkan unit sistem di lantai atau memindahkannya, dan Anda akan melindungi diri sendiri dan orang yang Anda cintai. Kami menyarankan Anda untuk melakukan ini, dan kemudian mengukur latar belakang dari komputer menggunakan detektor radiasi medan elektromagnetik untuk memverifikasi pengurangannya secara visual.

Nasihat ini juga berlaku untuk penempatan lemari es, banyak yang meletakkannya di dekat meja dapur, praktis tapi tidak aman.

Tidak ada tabel yang dapat menunjukkan jarak aman yang tepat dari peralatan listrik tertentu, karena emisi dapat bervariasi, bergantung pada model perangkat dan negara produsen. Saat ini tidak ada satu pun standar internasional, jadi dalam negara lain standar mungkin berbeda secara signifikan.

Anda dapat secara akurat menentukan intensitas radiasi menggunakan perangkat khusus - fluksmeter. Menurut standar yang diadopsi di Rusia, dosis maksimum yang diizinkan tidak boleh melebihi 0,2 T. Kami merekomendasikan pengukuran di apartemen menggunakan perangkat yang disebutkan di atas untuk mengukur tingkat radiasi medan elektromagnetik.

Cobalah untuk mengurangi waktu saat Anda terpapar radiasi, yaitu tidak berada dekat dengan peralatan listrik yang bekerja untuk waktu yang lama. Misalnya, sama sekali tidak perlu terus-menerus berdiri di depan kompor listrik atau oven microwave saat memasak. Mengenai peralatan listrik, Anda dapat melihat bahwa hangat tidak selalu berarti aman.

Selalu matikan peralatan listrik saat tidak digunakan. Orang sering membiarkannya berbagai perangkat, tidak memperhitungkan bahwa saat ini radiasi elektromagnetik dipancarkan dari teknik elektro. Matikan laptop, printer atau peralatan lainnya, tidak perlu terkena radiasi sekali lagi, ingat tentang keselamatan Anda.

2. Jelaskan pengalaman Hertz dalam mendeteksi gelombang elektromagnetik

3. Jelaskan hasil percobaan Hertz dengan menggunakan teori Maxwell. Mengapa gelombang elektromagnetik bersifat transversal?

Karena arah vektor induksi medan magnet dan kuat medan listrik saling tegak lurus dan terhadap arah gelombang.

4. Mengapa radiasi gelombang elektromagnetik terjadi selama pergerakan muatan listrik yang dipercepat? Bagaimana kekuatan medan listrik dalam gelombang elektromagnetik yang terpancar bergantung pada percepatan partikel bermuatan yang memancar?

5. Bagaimana rapat energi medan elektromagnetik bergantung pada kekuatan medan listrik?

Pada tahun 1864, James Clerk Maxwell meramalkan kemungkinan adanya gelombang elektromagnetik di ruang angkasa. Dia mengajukan pernyataan ini berdasarkan kesimpulan yang muncul dari analisis semua data eksperimen yang diketahui pada waktu itu tentang listrik dan magnet.

Maxwell secara matematis menyatukan hukum elektrodinamika, menghubungkan fenomena listrik dan magnet, dan dengan demikian sampai pada kesimpulan bahwa medan listrik dan magnet yang berubah dari waktu ke waktu menimbulkan satu sama lain.

Awalnya, ia menekankan fakta bahwa hubungan antara fenomena magnet dan listrik tidak simetris, dan memperkenalkan istilah "vortex" Medan listrik”, menawarkan penjelasannya sendiri yang benar-benar baru untuk fenomena induksi elektromagnetik yang ditemukan oleh Faraday: “setiap perubahan medan magnet menyebabkan munculnya medan listrik pusaran di ruang sekitar dengan garis gaya tertutup.”

Adil, menurut Maxwell, adalah pernyataan sebaliknya bahwa "medan listrik yang berubah menimbulkan medan magnet di ruang sekitarnya", tetapi pernyataan ini pada mulanya tetap hanya hipotesis.

Maxwell menuliskan sistem persamaan matematika yang secara konsisten menggambarkan hukum transformasi timbal balik medan magnet dan listrik, persamaan ini kemudian menjadi persamaan dasar elektrodinamika, dan dikenal sebagai "persamaan Maxwell" untuk menghormati ilmuwan besar yang menuliskannya. . Hipotesis Maxwell, berdasarkan persamaan tertulis, memiliki beberapa kesimpulan yang sangat penting untuk sains dan teknologi, yang diberikan di bawah ini.

Gelombang elektromagnetik benar-benar ada

Di ruang angkasa, gelombang elektromagnetik transversal bisa ada, yang merambat dari waktu ke waktu. Fakta bahwa gelombang transversal ditunjukkan oleh fakta bahwa vektor induksi magnet B dan kuat medan listrik E saling tegak lurus dan keduanya terletak pada bidang yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang elektromagnetik.

Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam suatu zat terbatas, dan ditentukan oleh sifat listrik dan magnetik zat yang dilalui gelombang tersebut. Panjang gelombang sinusoidal dalam hal ini terkait dengan kecepatan dengan hubungan pasti tertentu = / f, dan tergantung pada frekuensi f dari osilasi medan. Kecepatan c gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa adalah salah satu konstanta fisik dasar - kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Karena Maxwell menyatakan terbatasnya kecepatan rambat gelombang elektromagnetik, ini menciptakan kontradiksi antara hipotesisnya dan teori jarak jauh yang diterima pada waktu itu, yang menurutnya kecepatan rambat gelombang seharusnya tidak terbatas. Oleh karena itu teori Maxwell disebut teori aksi jarak pendek.

Dalam gelombang elektromagnetik, transformasi medan listrik dan medan magnet menjadi satu sama lain terjadi secara bersamaan, oleh karena itu, kerapatan volumetrik energi magnetik dan energi listrik adalah setara satu sama lain. Oleh karena itu, pernyataan benar bahwa modul kuat medan listrik dan induksi medan magnet saling berhubungan di setiap titik dalam ruang dengan hubungan berikut:

Gelombang elektromagnetik dalam proses perambatannya menciptakan aliran energi elektromagnetik, dan jika kita mempertimbangkan area pada bidang yang tegak lurus dengan arah rambat gelombang, maka dalam waktu singkat sejumlah energi elektromagnetik akan bergerak melaluinya. Kerapatan fluks energi elektromagnetik adalah jumlah energi yang dibawa oleh gelombang elektromagnetik melalui permukaan suatu satuan luas per satuan waktu. Dengan mengganti nilai kecepatan, serta energi magnet dan listrik, kita dapat memperoleh ekspresi untuk kerapatan fluks dalam besaran E dan B.

Karena arah rambat energi gelombang bertepatan dengan arah kecepatan rambat gelombang, fluks energi yang merambat dalam gelombang elektromagnetik dapat ditentukan menggunakan vektor yang diarahkan dengan cara yang sama seperti kecepatan rambat gelombang. Vektor ini disebut "vektor Poynting" - untuk menghormati fisikawan Inggris Henry Poynting, yang pada tahun 1884 mengembangkan teori propagasi aliran energi medan elektromagnetik. Kerapatan fluks energi gelombang diukur dalam W/sq.m.

Ketika medan listrik bekerja pada suatu zat, arus kecil muncul di dalamnya, yang merupakan gerakan teratur partikel bermuatan listrik. Arus dalam medan magnet gelombang elektromagnetik ini dikenai aksi gaya Ampere, yang diarahkan jauh ke dalam zat. gaya Ampere dan menghasilkan tekanan sebagai hasilnya.

Fenomena ini kemudian, pada tahun 1900, diselidiki dan dikonfirmasi secara eksperimental oleh fisikawan Rusia Pyotr Nikolaevich Lebedev, yang karya eksperimentalnya sangat penting untuk mengkonfirmasi teori elektromagnetisme Maxwell dan penerimaan serta persetujuannya di masa depan.

Fakta bahwa gelombang elektromagnetik memberikan tekanan memungkinkan untuk menilai keberadaan impuls mekanis dalam medan elektromagnetik, yang dapat dinyatakan untuk satuan volume dalam hal kerapatan volumetrik energi elektromagnetik dan kecepatan rambat gelombang dalam ruang hampa:

Karena momentum dikaitkan dengan pergerakan massa, seseorang juga dapat memperkenalkan konsep seperti massa elektromagnetik, dan kemudian untuk volume satuan rasio ini (sesuai dengan SRT) akan mengambil karakter hukum alam universal, dan akan berlaku untuk badan material apa pun, terlepas dari bentuk materinya. Dan medan elektromagnetik kemudian mirip dengan benda material - ia memiliki energi W, massa m, momentum p dan kecepatan rambat terbatas v. Artinya, medan elektromagnetik adalah salah satu bentuk materi yang benar-benar ada di alam.

Untuk pertama kalinya pada tahun 1888, Heinrich Hertz secara eksperimental mengkonfirmasi teori elektromagnetik Maxwell. Dia secara empiris membuktikan realitas gelombang elektromagnetik dan mempelajari sifat-sifatnya seperti pembiasan dan penyerapan di berbagai media, serta pemantulan gelombang dari permukaan logam.

Hertz mengukur panjang gelombang, dan menunjukkan bahwa kecepatan rambat gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan cahaya. Karya eksperimental Hertz menjadi langkah terakhir untuk pengakuan teori elektromagnetik Maxwell. Tujuh tahun kemudian, pada tahun 1895, fisikawan Rusia Alexander Stepanovich Popov menggunakan gelombang elektromagnetik untuk menciptakan komunikasi nirkabel.

Dalam rangkaian DC, muatan bergerak dengan kecepatan tetap, dan gelombang elektromagnetik dalam hal ini tidak terpancar ke luar angkasa. Agar radiasi terjadi, perlu menggunakan antena di mana arus bolak-balik, yaitu arus yang dengan cepat mengubah arahnya, dieksitasi.

Dalam bentuknya yang paling sederhana, dipol listrik cocok untuk memancarkan gelombang elektromagnetik. ukuran kecil, yang momen dipolnya akan berubah dengan cepat terhadap waktu. Dipol semacam itu yang sekarang disebut "dipol Hertzian", yang ukurannya beberapa kali lebih kecil dari panjang gelombang yang dipancarkannya.

Ketika dipancarkan oleh dipol Hertzian, aliran maksimum energi elektromagnetik jatuh pada bidang yang tegak lurus terhadap sumbu dipol. Tidak ada energi elektromagnetik yang dipancarkan sepanjang sumbu dipol. Dalam eksperimen Hertz yang paling penting, dipol dasar digunakan baik untuk memancarkan dan menerima gelombang elektromagnetik, dan keberadaan gelombang elektromagnetik telah dibuktikan.