Elektromagnētiskie viļņi un to starojums. Kas ir elektromagnētiskais vilnis - zināšanu hipermārkets

Elektromagnētiskie viļņi ir daudzu gadu debašu un tūkstošiem eksperimentu rezultāts. Dabas izcelsmes spēku klātbūtnes pierādījums, kas var pagriezt pašreizējo sabiedrību. Tā ir vienkāršas patiesības faktiskā pieņemšana – mēs pārāk maz zinām par pasauli, kurā dzīvojam.

Fizika ir karaliene dabaszinātņu vidū, kas spēj atbildēt uz jautājumiem ne tikai par dzīvības, bet arī pašas pasaules izcelsmi. Tas dod zinātniekiem iespēju pētīt elektriskos un magnētiskos laukus, kuru mijiedarbība rada EMW (elektromagnētiskos viļņus).

Kas ir elektromagnētiskais vilnis

Ne tik sen mūsu valsts ekrānos tika izlaista filma “Strāvu karš” (2018), kurā ar fantastikas piesitienu tā stāsta par strīdu starp diviem lielajiem zinātniekiem Edisonu un Teslu. Viens mēģināja pierādīt līdzstrāvas priekšrocības, otrs - no maiņstrāvas. Šī ilgā cīņa beidzās tikai divdesmit pirmā gadsimta septītajā gadā.

Pašā “kaujas” sākumā cits zinātnieks, kas strādāja pie relativitātes teorijas, elektrību un magnētismu aprakstīja kā līdzīgas parādības.

Deviņpadsmitā gadsimta trīsdesmitajā gadā angļu izcelsmes fiziķis Faradejs atklāja šo fenomenu. elektromagnētiskā indukcija un ieviesa elektriskā un magnētiskā lauka vienotības terminu. Viņš arī apgalvoja, ka kustību šajā laukā ierobežo gaismas ātrums.

Nedaudz vēlāk angļu zinātnieka Maksvela teorija stāstīja, ka elektrība izraisa magnētisku efektu, bet magnētisms izraisa elektriskā lauka parādīšanos. Tā kā abi šie lauki pārvietojas telpā un laikā, tie veido perturbācijas – tas ir, elektromagnētiskos viļņus.

Vienkārši sakot, elektromagnētiskais vilnis ir telpisks traucējums elektro magnētiskais lauks.

Eksperimentāli EMW esamību pierādīja vācu zinātnieks Hercs.

Elektromagnētiskie viļņi, to īpašības un raksturojums

Elektromagnētiskos viļņus raksturo šādi faktori:

• garums (pietiekami plašs diapazons);
• biežums;
• intensitāte (vai svārstību amplitūda);
• enerģijas daudzums.

Visu galvenais īpašums elektromagnētiskā radiācija ir viļņa garuma vērtība (vakuumā), ko parasti norāda nanometros redzamās gaismas spektram.

Katrs nanometrs apzīmē mikrometra tūkstošdaļu, un to mēra ar attālumu starp divām secīgām virsotnēm (virsotnēm).

Atbilstošā viļņa starojuma frekvence ir sinusoidālo svārstību skaits un ir apgriezti proporcionāla viļņa garumam.

Frekvenci parasti mēra hercos. Tādējādi garāki viļņu garumi atbilst zemākai starojuma frekvencei, un īsāki viļņu garumi atbilst augstākai starojuma frekvencei.

Galvenās viļņu īpašības:

• refrakcija;
• pārdomas;
• absorbcija;
• iejaukšanās.

elektromagnētisko viļņu ātrums

Faktiskais elektromagnētiskā viļņa izplatīšanās ātrums ir atkarīgs no materiāla, kas ir vidē, tā optiskā blīvuma un tāda faktora kā spiediens.

Turklāt, dažādi materiāli ir atšķirīgs atomu "iepakošanas" blīvums, jo tuvāk tie atrodas, jo mazāks attālums un lielāks ātrums. Tā rezultātā elektromagnētiskā viļņa ātrums ir atkarīgs no materiāla, caur kuru tas pārvietojas.

Līdzīgi eksperimenti tiek veikti hadronu paātrinātājā, kur galvenais ietekmes instruments ir lādēta daļiņa. Mācās elektromagnētiskās parādības notiek tur kvantu līmenī, kad gaisma sadalās sīkās daļiņās – fotonos. Bet kvantu fizika ir atsevišķs jautājums.

Saskaņā ar relativitātes teoriju lielākais viļņu izplatīšanās ātrums nevar pārsniegt gaismas ātrumu.Ātruma ierobežojuma ierobežotību savos rakstos aprakstīja Maksvels, skaidrojot to ar jauna lauka – ētera – klātbūtni. Mūsdienu oficiālā zinātne šādas attiecības vēl nav pētījusi.

Elektromagnētiskais starojums un tā veidi

Elektromagnētiskais starojums sastāv no elektromagnētiskajiem viļņiem, kas tiek novēroti kā svārstības elektriskajos un magnētiskajos laukos, izplatoties ar gaismas ātrumu (vakuumā 300 km sekundē).

Kad EM starojums mijiedarbojas ar vielu, tā uzvedība mainās kvalitatīvi, mainoties frekvencei. Kāpēc tas tiek pārveidots par:

1. Radio emisija. Radiofrekvencēs un mikroviļņu frekvencēs em starojums mijiedarbojas ar vielu galvenokārt formā kopīgs komplekts maksas, kas tiek sadalītas liels skaits ietekmētie atomi.
2. Infrasarkanais starojums. Atšķirībā no zemfrekvences radio emisijas un mikroviļņu starojuma, infrasarkanais izstarotājs parasti mijiedarbojas ar dipoliem, kas atrodas atsevišķās molekulās, kuri, vibrējot, mainās ķīmiskās saites galos atomu līmenī.
3. Redzamā gaismas emisija. Palielinoties frekvencei redzamajā diapazonā, fotoniem ir pietiekami daudz enerģijas, lai mainītu dažu atsevišķu molekulu saistīto struktūru.
4. Ultravioletais starojums. Biežums palielinās. Tagad ultravioletajos fotonos ir pietiekami daudz enerģijas (vairāk nekā trīs volti), lai divreiz iedarbotos uz molekulu saitēm, pastāvīgi pārkārtojot tās ķīmiski.
5. Jonizējošā radiācija. Augstākajās frekvencēs un mazākajā viļņa garumā. Šo staru absorbcija matērijā ietekmē visu gamma spektru. Slavenākais efekts ir starojums.

Kas ir elektromagnētisko viļņu avots

Pasaule, saskaņā ar jauno teoriju par visa izcelsmi, radās, pateicoties impulsam. Viņš izlaida kolosālu enerģiju, ko sauca par lielu sprādzienu. Tā Visuma vēsturē parādījās pirmais em-vilnis.

Pašlaik traucējumu veidošanās avoti ir:

• emv izstaro mākslīgo vibratoru;
• atomu grupu vai molekulu daļu vibrācijas rezultāts;
• ja ir ietekme uz vielas ārējo apvalku (atomu molekulārā līmenī);
• gaismai līdzīgs efekts;
• kodola sabrukšanas laikā;
• elektronu palēninājuma sekas.

Elektromagnētiskā starojuma mērogs un pielietojums

Radiācijas skala nozīmē plašu viļņu frekvences diapazonu no 3·10 6 ÷10 -2 līdz 10 -9 ÷ 10 -14 .

Katrai elektromagnētiskā spektra daļai ir plašs pielietojuma klāsts mūsu ikdienas dzīvē:

1. Maza garuma viļņi (mikroviļņi). Šie elektriskie viļņi tiek izmantoti kā satelīta signāls, jo tie spēj apiet zemes atmosfēru. Arī apkurei un ēdiena gatavošanai virtuvē tiek izmantota nedaudz uzlabota versija - šī ir mikroviļņu krāsns. Gatavošanas princips ir vienkāršs – mikroviļņu starojuma ietekmē ūdens molekulas tiek absorbētas un paātrinātas, kas liek traukam uzkarst.
2. Radiotehnoloģijās (radio viļņos) tiek izmantotas garas perturbācijas. To frekvence neļauj iziet cauri mākoņiem un atmosfērai, pateicoties kuriem mums ir pieejams FM radio un televīzija.
3. Infrasarkanie traucējumi ir tieši saistīti ar siltumu. Viņu redzēt ir gandrīz neiespējami. Mēģiniet bez īpaša aprīkojuma pamanīt staru no televizora, mūzikas centra vai radio tālvadības pults automašīnā. Ierīces, kas spēj nolasīt šādus viļņus, tiek izmantotas valstu armijās (nakts redzamības ierīce). Arī indukcijas plītīs virtuvēs.
4. Ultravioletais ir saistīts arī ar siltumu. Visspēcīgākais šāda starojuma dabiskais "ģenerators" ir saule. Tieši ultravioletā starojuma iedarbības dēļ uz cilvēka ādas veidojas iedegums. Medicīnā šāda veida vilnis tiek izmantots instrumentu dezinfekcijai, iznīcinot baktērijas un.
5. Gamma stari ir visspēcīgākais starojuma veids, kurā koncentrējas īsviļņu traucējumi ar augstu frekvenci. Enerģija, kas atrodas šajā elektromagnētiskā spektra daļā, piešķir stariem lielāku caurlaidības spēku. Piemērojams kodolfizikā - miermīlīgā, atomierocis- kaujas izmantošana.

Elektromagnētisko viļņu ietekme uz cilvēka veselību

Zinātnieku pienākums ir izmērīt emv ietekmi uz cilvēkiem. Bet jums nav jābūt ekspertam, lai novērtētu intensitāti jonizējošā radiācija- tas izraisa izmaiņas cilvēka DNS līmenī, kas izraisa tādas nopietnas slimības kā onkoloģija.

Nav brīnums, ka Černobiļas katastrofas kaitīgā ietekme tiek uzskatīta par vienu no dabai bīstamākajām. Vairāki kvadrātkilometri skaista teritorija kļuva par pilnīgas atstumtības zonu. Līdz gadsimta beigām sprādziens Černobiļas atomelektrostacijā ir bīstams līdz radionuklīdu pussabrukšanas perioda beigām.

Daži emv veidi (radio, infrasarkanie, ultravioletie) nerada lielu kaitējumu personai un rada tikai diskomfortu. Galu galā zemes magnētisko lauku praktiski nejūtam mēs, bet gan emv no Mobilais telefons var izraisīt galvassāpes (ietekmē nervu sistēmu).

Lai pasargātu savu veselību no elektromagnētisma, vienkārši jāievēro saprātīgi piesardzības pasākumi. Simtiem stundu vietā datorspēle iet ārā pastaigāties.

Tikai daži cilvēki zina, ka elektromagnētiskais starojums caurstrāvo visu Visumu. Elektromagnētiskie viļņi rodas, kad tie izplatās kosmosā. Atkarībā no viļņu svārstību frekvences tos nosacīti iedala redzamajā gaismā, radiofrekvenču spektrā, infrasarkanajos diapazonos u.c. Elektromagnētisko viļņu praktisko esamību 1880. gadā empīriski pierādīja vācu zinātnieks G. Hercs (starp citu, frekvence vienība ir nosaukta viņa vārdā).

No fizikas kursa ir zināms, kas veido īpašu matērijas veidu. Neskatoties uz to, ka tikai nelielu daļu no tā var redzēt ar redzi, tās ietekme uz materiālo pasauli ir milzīga. Elektromagnētiskie viļņi ir magnētiskā un elektriskā lauka mijiedarbības vektoru secīga izplatīšanās telpā. Tomēr vārds "izplatīšana" šajā gadījumā nav pilnīgi pareizs: mēs runājam, drīzāk par viļņveidīgu telpas perturbāciju. Iemesls, kas rada elektromagnētiskos viļņus, ir elektriskā lauka parādīšanās telpā, kas laika gaitā mainās. Un, kā zināms, starp elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem pastāv tieša saistība. Pietiek atgādināt noteikumu, saskaņā ar kuru ap jebkuru vadītāju ar strāvu ir magnētiskais lauks. Daļiņa, kuru ietekmē elektromagnētiskie viļņi, sāk svārstīties, un, tā kā notiek kustība, tas nozīmē, ka notiek enerģijas starojums. Elektriskais lauks w miera stāvoklī tiek pārnests uz blakus esošo daļiņu, kā rezultātā atkal tiek ģenerēts elektriska rakstura lauks. Un tā kā lauki ir savstarpēji saistīti, seko magnētiskais. Process izplatās kā lavīna. Šajā gadījumā nav īstas kustības, bet ir daļiņu vibrācijas.

Par šādas fizikas praktiskas izmantošanas iespēju ir domāts jau sen. IN mūsdienu pasaule Elektromagnētisko viļņu enerģija tiek izmantota tik plaši, ka daudzi to pat nepamana, uzskatot par pašsaprotamu. Spilgts piemērs ir radioviļņi, bez kuriem televizoru un mobilo tālruņu darbība nebūtu iespējama.

Process notiek šādi: modulēts metāla vadītājs (antena) tiek nepārtraukti pārraidīts uz īpašas formas metāla vadītāju, pateicoties elektriskās strāvas īpašībām, ap vadītāju rodas elektriskais lauks un pēc tam magnētiskais lauks, kā kā rezultātā tiek izstaroti elektromagnētiskie viļņi. Tā kā tas ir modulēts, tiem ir noteikta secība, kodēta informācija. Lai uztvertu vēlamās frekvences, pie adresāta tiek uzstādīta īpaša dizaina uztvērēja antena. Tas ļauj izvēlēties vajadzīgās frekvences no vispārējā elektromagnētiskā fona. Nokļūstot uz metāla uztvērēja, viļņi tiek daļēji pārvērsti par elektrība sākotnējā modulācija. Pēc tam viņi dodas uz pastiprināšanas bloku un kontrolē ierīces darbību (pārvieto skaļruņa konusu, pagriež elektrodus televizora ekrānos).

No elektromagnētiskajiem viļņiem radīto strāvu var viegli redzēt. Lai to izdarītu, pietiek ar to, lai pieskartos tukšajam mājas kabelim no antenas līdz uztvērējam. kopējais svars(sildīšanas baterijas, Šajā brīdī starp masu un serdi lec dzirkstele - tā ir antenas radītās strāvas izpausme. Tās vērtība ir lielāka, jo tuvāks un jaudīgāks ir raidītājs. Antenas konfigurācijā ir arī ievērojamu efektu.

Vēl viena elektromagnētisko viļņu izpausme, ar kuru ikdienā saskaras daudzi cilvēki, ir tā izmantošana mikroviļņu krāsns. Rotējošās lauka intensitātes līnijas šķērso objektu un nodod daļu savas enerģijas, sildot to.

Tehnoloģiskajam progresam ir arī mīnuss. Globālā izmantošana dažādas iekārtas, ko darbina elektrība, kļuva par piesārņojuma cēloni, kam tika dots nosaukums – elektromagnētiskais troksnis. Šajā rakstā mēs apsvērsim šīs parādības būtību, tās ietekmes pakāpi uz cilvēka ķermeni un aizsardzības pasākumus.

Kas tas ir un starojuma avoti

Elektromagnētiskais starojums ir elektromagnētiskie viļņi, kas rodas, ja tiek traucēts magnētiskais vai elektriskais lauks. Mūsdienu fizika šo procesu interpretē korpuskulāro viļņu duālisma teorijas ietvaros. Tas ir, minimālā elektromagnētiskā starojuma daļa ir kvants, bet tajā pašā laikā tam ir frekvences viļņu īpašības, kas nosaka tā galvenās īpašības.

Elektromagnētiskā lauka starojuma frekvenču spektrs ļauj to iedalīt šādos veidos:

• radio frekvence (tostarp radioviļņi);
• termiskais (infrasarkanais);
• optiskais (tas ir, redzams ar aci);
• starojums ultravioletajā spektrā un cietais (jonizēts).

Detalizētu spektrālā diapazona (elektromagnētiskās emisijas skalas) ilustrāciju var redzēt zemāk esošajā attēlā.

Radiācijas avotu raksturs

Atkarībā no izcelsmes elektromagnētisko viļņu starojuma avotus pasaules praksē parasti iedala divos veidos, proti:

• mākslīgas izcelsmes elektromagnētiskā lauka perturbācijas;
• starojums no dabīgiem avotiem.

Radiācijas, kas izplūst no magnētiskā lauka ap zemi, elektriskie procesi mūsu planētas atmosfērā kodolsintēze saules zarnās - tie visi ir dabiskas izcelsmes.

Kas attiecas uz mākslīgajiem avotiem, tie ir blakusefekts, ko izraisa dažādu elektrisko mehānismu un ierīču darbība.

No tiem izplūstošais starojums var būt zema un augsta līmeņa. Elektromagnētiskā lauka starojuma intensitātes pakāpe pilnībā ir atkarīga no avotu jaudas līmeņiem.

Augsta EMP avotu piemēri:

• Elektrības līnijas parasti ir augstsprieguma;
• visa veida elektrotransports, kā arī to pavadošā infrastruktūra;
• televīzijas un radio torņi, kā arī mobilo un mobilo sakaru stacijas;
• sprieguma pārveidošanas iekārtas elektrotīkls(jo īpaši viļņi, kas nāk no transformatora vai sadales apakšstacijas);
• lifti un cita veida celšanas iekārtas, kur tiek izmantota elektromehāniskā spēkstacija.

Tipiski avoti, kas izstaro zema līmeņa starojumu, ir šādas elektriskās iekārtas:

• gandrīz visas ierīces ar CRT displeju (piemēram: maksājumu terminālis vai dators);
• Dažādi veidi mājsaimniecības ierīces, sākot no gludekļiem līdz klimata sistēmām;
• inženiertehniskās sistēmas, kas nodrošina elektroenerģiju dažādiem objektiem (domāts ne tikai strāvas kabelis, bet ar to saistītās iekārtas, piemēram, rozetes un elektrības skaitītāji).

Atsevišķi ir vērts izcelt medicīnā izmantoto speciālo aprīkojumu, kas izstaro cieto starojumu (rentgena aparāti, MRI utt.).

Ietekme uz cilvēku

Daudzu pētījumu gaitā radiobiologi nonāca pie neapmierinoša secinājuma – ilgstoša elektromagnētisko viļņu starošana var izraisīt slimību "sprādzienu", proti, izraisa strauju patoloģisko procesu attīstību cilvēka organismā. Turklāt daudzi no viņiem ievieš pārkāpumus ģenētiskā līmenī.

Video: kā elektromagnētiskais starojums ietekmē cilvēkus.
https://www.youtube.com/watch?v=FYWgXyHW93Q

Tas ir saistīts ar faktu, ka elektromagnētiskais lauks augsts līmenis bioloģiskā aktivitāte, kas negatīvi ietekmē dzīvos organismus. Ietekmes faktors ir atkarīgs no šādiem komponentiem:

• radītā starojuma raksturs;
• cik ilgi un ar kādu intensitāti tas turpinās.

Elektromagnētiskā starojuma ietekme uz cilvēka veselību ir tieši atkarīga no lokalizācijas. Tas var būt gan vietējs, gan vispārīgs. Pēdējā gadījumā notiek liela mēroga apstarošana, piemēram, elektropārvades līniju radītais starojums.

Attiecīgi vietējā apstarošana attiecas uz ietekmi uz noteiktām ķermeņa daļām. Spilgts lokālas ietekmes piemērs ir elektromagnētiskie viļņi, kas izplūst no elektroniskā pulksteņa vai mobilā tālruņa.

Atsevišķi jāatzīmē augstfrekvences elektromagnētiskā starojuma termiskā ietekme uz dzīvām vielām. Lauka enerģija tiek pārveidota par siltumenerģija(sakarā ar molekulu vibrāciju) šis efekts ir pamats rūpniecisko mikroviļņu emitētāju darbībai, ko izmanto dažādu vielu sildīšanai. Atšķirībā no ieguvumiem ražošanas procesi, termiskā ietekme uz cilvēka ķermeni var būt kaitīga. No radiobioloģijas viedokļa nav ieteicams atrasties "silto" elektroiekārtu tuvumā.

Jāņem vērā, ka ikdienā regulāri tiekam pakļauti starojuma iedarbībai, un tas notiek ne tikai darbā, bet arī mājās vai pārvietojoties pa pilsētu. Laika gaitā bioloģiskā iedarbība uzkrājas un pastiprinās. Pieaugot elektromagnētiskajam troksnim, raksturīgo smadzeņu slimību skaits vai nervu sistēma. Ņemiet vērā, ka radiobioloģija ir diezgan jauna zinātne, tāpēc elektromagnētiskā starojuma kaitējums dzīviem organismiem nav rūpīgi pētīts.

Attēlā parādīts parasto sadzīves tehnikas radīto elektromagnētisko viļņu līmenis.

Ņemiet vērā, ka lauka intensitātes līmenis ievērojami samazinās līdz ar attālumu. Tas ir, lai samazinātu tā ietekmi, pietiek ar attālumu no avota noteiktā attālumā.

Elektromagnētiskā lauka starojuma normas (racionēšanas) aprēķināšanas formula ir norādīta attiecīgajos GOST un SanPiN.

Radiācijas aizsardzība

Ražošanā absorbējošie (aizsargājošie) ekrāni tiek aktīvi izmantoti kā līdzeklis aizsardzībai pret starojumu. Diemžēl ar šādu aprīkojumu mājās nav iespējams pasargāt sevi no elektromagnētiskā lauka starojuma, jo tas nav tam paredzēts.

• lai elektromagnētiskā lauka starojuma ietekmi samazinātu gandrīz līdz nullei, no elektropārvades līnijām, radio un televīzijas torņiem vajadzētu attālināties vismaz 25 metru attālumā (jārēķinās ar avota jaudu);
• CRT monitoram un televizoram šis attālums ir daudz mazāks - apmēram 30 cm;
• elektronisko pulksteni nedrīkst novietot tuvu spilvenam, optimālais attālums tiem vairāk nekā 5 cm;
• kā radio un mobilos tālruņus, nav ieteicams tos tuvināt par 2,5 centimetriem.

Ņemiet vērā, ka daudzi cilvēki zina, cik bīstami ir stāvēt blakus augstsprieguma līnijas elektropārvades līnijas, taču tajā pašā laikā lielākā daļa cilvēku nepiešķir nozīmi parastajām sadzīves elektroierīcēm. Lai gan pietiek nolikt sistēmas bloku uz grīdas vai pārvietot prom, un jūs pasargāsiet sevi un savus mīļos. Mēs iesakām to izdarīt un pēc tam izmērīt fonu no datora, izmantojot elektromagnētiskā lauka starojuma detektoru, lai vizuāli pārbaudītu tā samazināšanos.

Šis padoms attiecas arī uz ledusskapja novietojumu, daudzi to liek tuvu virtuves galds, praktiski, bet nedroši.

Neviena tabula nevarēs norādīt precīzu drošu attālumu līdz konkrētai elektroiekārtai, jo emisijas var atšķirties gan atkarībā no ierīces modeļa, gan ražotāja valsts. Šobrīd nav neviena starptautiskais standarts, tātad iekšā dažādas valstis standarti var ievērojami atšķirties.

Jūs varat precīzi noteikt starojuma intensitāti, izmantojot īpašu ierīci - fluxmeter. Saskaņā ar Krievijā pieņemtajiem standartiem maksimālā pieļaujamā deva nedrīkst pārsniegt 0,2 μT. Mērījumus iesakām veikt dzīvoklī, izmantojot iepriekš minēto elektromagnētiskā lauka starojuma pakāpes mērīšanas ierīci.

Centieties samazināt laiku, kad esat pakļauts starojumam, tas ir, ilgstoši neuzturieties strādājošu elektroierīču tuvumā. Piemēram, ēdiena gatavošanas laikā nemaz nav nepieciešams pastāvīgi stāvēt pie elektriskās plīts vai mikroviļņu krāsns. Runājot par elektroiekārtām, var redzēt, ka silts ne vienmēr nozīmē drošu.

Vienmēr izslēdziet elektroierīces, kad tās netiek lietotas. Cilvēki bieži to atstāj ieslēgtu dažādas ierīces, neņemot vērā, ka šobrīd elektromagnētiskais starojums tiek izstarots no elektrotehnikas. Izslēdziet klēpjdatoru, printeri vai citu aprīkojumu, nav nepieciešams kārtējo reizi pakļauties starojumam, atcerieties par savu drošību.

2. Aprakstiet Herca pieredzi elektromagnētisko viļņu noteikšanā

3. Izskaidrojiet Herca eksperimenta rezultātus, izmantojot Maksvela teoriju. Kāpēc elektromagnētiskais vilnis ir šķērsvirziena?

Jo magnētiskā lauka indukcijas vektoru virzieni un elektriskā lauka stiprums ir perpendikulāri viens otram un viļņa virzienam.

4. Kāpēc elektrisko lādiņu paātrinātas kustības laikā rodas elektromagnētisko viļņu starojums? Kā elektriskā lauka stiprums izstarotā elektromagnētiskā viļņā ir atkarīgs no izstarojošās lādētās daļiņas paātrinājuma?

5. Kā elektromagnētiskā lauka enerģijas blīvums ir atkarīgs no elektriskā lauka stipruma?

1864. gadā Džeimss Klerks Maksvels paredzēja elektromagnētisko viļņu pastāvēšanas iespēju kosmosā. Šo apgalvojumu viņš izvirzīja, pamatojoties uz secinājumiem, kas izriet no visu tolaik zināmo eksperimentālo datu analīzes par elektrību un magnētismu.

Maksvels matemātiski apvienoja elektrodinamikas likumus, sasaistot elektriskās un magnētiskās parādības, un tādējādi nonāca pie secinājuma, ka elektriskie un magnētiskie lauki, kas laika gaitā mainās, rada viens otru.

Sākotnēji viņš uzsvēra faktu, ka attiecības starp magnētiskajām un elektriskajām parādībām nav simetriskas, un ieviesa terminu "virpulis". elektriskais lauks”, piedāvājot savu, patiesi jaunu Faradeja atklātās elektromagnētiskās indukcijas fenomena skaidrojumu: “ikvienas izmaiņas magnētiskajā laukā izraisa virpuļa elektriskā lauka parādīšanos apkārtējā telpā, kam ir slēgtas spēka līnijas.”

Pēc Maksvela domām, godīgs bija pretējs apgalvojums, ka "mainīgs elektriskais lauks rada magnētisko lauku apkārtējā telpā", taču šis apgalvojums sākotnēji palika tikai hipotēze.

Maksvels pierakstīja matemātisko vienādojumu sistēmu, kas konsekventi aprakstīja magnētisko un elektrisko lauku savstarpējo transformāciju likumus, šie vienādojumi vēlāk kļuva par elektrodinamikas pamatvienādojumiem, un kļuva pazīstami kā "Maksvela vienādojumi" par godu izcilajam zinātniekam, kurš tos pierakstīja. . Maksvela hipotēzei, kas balstīta uz rakstītajiem vienādojumiem, bija vairāki zinātnei un tehnoloģijai ārkārtīgi svarīgi secinājumi, kas sniegti tālāk.

Elektromagnētiskie viļņi patiešām pastāv

Kosmosā var pastāvēt šķērsvirziena elektromagnētiskie viļņi, kas laika gaitā izplatās. Par to, ka viļņi ir šķērsvirzienā, liecina tas, ka magnētiskās indukcijas B un elektriskā lauka intensitātes E vektori ir savstarpēji perpendikulāri un abi atrodas plaknē, kas ir perpendikulāra elektromagnētiskā viļņa izplatīšanās virzienam.

Elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrums vielā ir ierobežots, un to nosaka vielas elektriskās un magnētiskās īpašības, caur kurām vilnis izplatās. Šajā gadījumā sinusoidālā viļņa garums λ ir saistīts ar ātrumu υ ar noteiktu precīzu sakarību λ = υ / f, un ir atkarīgs no lauka svārstību frekvences f. Elektromagnētiskā viļņa ātrums c vakuumā ir viena no fundamentālajām fizikālajām konstantēm – gaismas ātrums vakuumā.

Tā kā Maksvels deklarēja elektromagnētiskā viļņa izplatīšanās ātruma galīgumu, tas radīja pretrunu starp viņa hipotēzi un tajā laikā pieņemto tāldarbības teoriju, saskaņā ar kuru viļņu izplatīšanās ātrumam bija jābūt bezgalīgam. Tāpēc Maksvela teoriju sauca par īstermiņa darbības teoriju.

Elektromagnētiskajā vilnī elektrisko un magnētisko lauku pārveidošanās viens otrā notiek vienlaicīgi, tāpēc magnētiskās enerģijas tilpuma blīvumi un elektriskā enerģija ir vienādi viens ar otru. Tāpēc apgalvojums ir patiess, ka elektriskā lauka intensitātes un magnētiskā lauka indukcijas moduļi ir savstarpēji savienoti katrā telpas punktā ar šādu attiecību:

Elektromagnētiskais vilnis tā izplatīšanās procesā rada elektromagnētiskās enerģijas plūsmu, un, ja ņemam vērā laukumu plaknē, kas ir perpendikulāra viļņu izplatīšanās virzienam, tad īsā laikā pa to pārvietosies noteikts elektromagnētiskās enerģijas daudzums. Elektromagnētiskās enerģijas plūsmas blīvums ir enerģijas daudzums, ko elektromagnētiskais vilnis pārvieto caur laukuma vienības virsmu laika vienībā. Aizvietojot ātruma, kā arī magnētiskās un elektriskās enerģijas vērtības, mēs varam iegūt plūsmas blīvuma izteiksmi lielumu E un B izteiksmē.

Tā kā viļņu enerģijas izplatīšanās virziens sakrīt ar viļņa izplatīšanās ātruma virzienu, elektromagnētiskajā vilnī izplatošo enerģijas plūsmu var norādīt, izmantojot vektoru, kas virzīts tāpat kā viļņa izplatīšanās ātrums. Šo vektoru sauc par "Pointing vektoru" - par godu britu fiziķis Henrijs Pointings, kurš 1884. gadā izstrādāja teoriju par elektromagnētiskā lauka enerģijas plūsmas izplatīšanos. Viļņu enerģijas plūsmas blīvumu mēra W/kv.m.

Kad vielu iedarbojas elektriskais lauks, tajā parādās nelielas strāvas, kas ir sakārtota elektriski lādētu daļiņu kustība. Šīs strāvas elektromagnētiskā viļņa magnētiskajā laukā tiek pakļautas Ampēra spēka iedarbībai, kas tiek virzīta dziļi vielā. Ampera spēks un rezultātā rodas spiediens.

Šo fenomenu vēlāk, 1900. gadā, pētīja un eksperimentāli apstiprināja krievu fiziķis Pjotrs Nikolajevičs Ļebedevs, kura eksperimentālajiem darbiem bija ļoti liela nozīme Maksvela elektromagnētisma teorijas apstiprināšanai un tās pieņemšanai un apstiprināšanai nākotnē.

Fakts, ka elektromagnētiskais vilnis rada spiedienu, ļauj spriest par mehāniska impulsa klātbūtni elektromagnētiskajā laukā, ko tilpuma vienībai var izteikt ar elektromagnētiskās enerģijas tilpuma blīvumu un viļņu izplatīšanās ātrumu vakuumā:

Tā kā impulss ir saistīts ar masas kustību, ir iespējams ieviest tādu jēdzienu kā elektromagnētiskā masa, un tad tilpuma vienībai šī attiecība (saskaņā ar SRT) iegūs universāla dabas likuma raksturu, un būs spēkā jebkuriem materiālajiem ķermeņiem neatkarīgi no matērijas formas. Un tad elektromagnētiskais lauks ir līdzīgs materiālam ķermenim - tam ir enerģija W, masa m, impulss p un ierobežots izplatīšanās ātrums v. Tas ir, elektromagnētiskais lauks ir viena no matērijas formām, kas faktiski pastāv dabā.

Pirmo reizi 1888. gadā Heinrihs Hercs eksperimentāli apstiprināja Maksvela elektromagnētisko teoriju. Viņš empīriski pierādīja elektromagnētisko viļņu realitāti un pētīja to īpašības, piemēram, refrakciju un absorbciju dažādos medijos, kā arī viļņu atstarošanu no metāla virsmām.

Hercs izmērīja viļņa garumu un parādīja, ka elektromagnētiskā viļņa izplatīšanās ātrums ir vienāds ar gaismas ātrumu. Herca eksperimentālais darbs kļuva pēdējais solis uz atzīšanu elektromagnētiskā teorija Maksvels. Septiņus gadus vēlāk, 1895. gadā, krievu fiziķis Aleksandrs Stepanovičs Popovs izmantoja elektromagnētiskos viļņus, lai izveidotu bezvadu sakarus.

Līdzstrāvas ķēdēs lādiņi pārvietojas līdzi nemainīgs ātrums, un elektromagnētiskie viļņi šajā gadījumā netiek izstaroti kosmosā. Lai radiācija notiktu, ir jāizmanto antena, kurā tiek ierosinātas maiņstrāvas, tas ir, strāvas, kas ātri maina virzienu.

Vienkāršākajā formā elektriskais dipols ir piemērots elektromagnētisko viļņu izstarošanai. mazs izmērs, kura dipola moments laika gaitā strauji mainītos. Tieši šādu dipolu mūsdienās sauc par "Herca dipolu", kura izmērs ir vairākas reizes mazāks nekā tā izstarotā viļņa garums.

Izstarot Herca dipolu, maksimālā elektromagnētiskās enerģijas plūsma nokrīt uz plaknes, kas ir perpendikulāra dipola asij. Pa dipola asi netiek izstarota elektromagnētiskā enerģija. Svarīgākajos Herca eksperimentos gan elektromagnētisko viļņu izstarošanai, gan uztveršanai tika izmantoti elementārie dipoli un pierādīta elektromagnētisko viļņu esamība.