Elektromagnetische golven en hun straling. Wat is een elektromagnetische golf - Kennishypermarkt

Elektromagnetische golven zijn het resultaat van jarenlang debat en duizenden experimenten. Bewijs van de aanwezigheid van krachten van natuurlijke oorsprong die de huidige samenleving kunnen veranderen. Dit is de daadwerkelijke acceptatie van een simpele waarheid: we weten te weinig over de wereld waarin we leven.

Natuurkunde is de koningin onder de natuurwetenschappen, in staat om vragen te beantwoorden over de oorsprong van niet alleen het leven, maar ook over de wereld zelf. Het geeft wetenschappers de mogelijkheid om de elektrische en magnetische velden te bestuderen, waarvan de interactie EMW (elektromagnetische golven) genereert.

Wat is een elektromagnetische golf

Nog niet zo lang geleden verscheen de film "War of the Currents" (2018) op de schermen van ons land, waar hij met een vleugje fictie vertelt over het geschil tussen de twee grote wetenschappers Edison en Tesla. De een probeerde de voordelen van gelijkstroom te bewijzen, de ander - van wisselstroom. Deze lange strijd eindigde pas in het zevende jaar van de eenentwintigste eeuw.

Helemaal aan het begin van de "strijd" beschreef een andere wetenschapper, die aan de relativiteitstheorie werkte, elektriciteit en magnetisme als vergelijkbare verschijnselen.

In het dertigste jaar van de negentiende eeuw ontdekte de in Engeland geboren natuurkundige Faraday het fenomeen elektromagnetische inductie en introduceerde de term van de eenheid van de elektrische en magnetische velden. Hij beweerde ook dat beweging in dit veld wordt beperkt door de snelheid van het licht.

Even later vertelde de theorie van de Engelse wetenschapper Maxwell dat elektriciteit een magnetisch effect veroorzaakt en dat magnetisme de verschijning van een elektrisch veld veroorzaakt. Omdat beide velden in ruimte en tijd bewegen, vormen ze verstoringen - dat wil zeggen elektromagnetische golven.

Simpel gezegd, een elektromagnetische golf is een ruimtelijke verstoring elektro magnetisch veld.

Experimenteel werd het bestaan ​​van EMW bewezen door de Duitse wetenschapper Hertz.

Elektromagnetische golven, hun eigenschappen en kenmerken

Elektromagnetische golven worden gekenmerkt door de volgende factoren:

• lengte (breed genoeg bereik);
• frequentie;
• intensiteit (of amplitude van oscillatie);
• de hoeveelheid energie.

Het belangrijkste eigendom van allemaal electromagnetische straling is de golflengtewaarde (in vacuüm), die meestal wordt gegeven in nanometer voor het zichtbare lichtspectrum.

Elke nanometer vertegenwoordigt een duizendste van een micrometer en wordt gemeten door de afstand tussen twee opeenvolgende pieken (hoekpunten).

De corresponderende stralingsfrequentie van een golf is het aantal sinusoïdale oscillaties en omgekeerd evenredig met de golflengte.

Frequentie wordt meestal gemeten in Hertz. Langere golflengten komen dus overeen met een lagere stralingsfrequentie en kortere golflengten komen overeen met een hogere stralingsfrequentie.

De belangrijkste eigenschappen van golven:

• breking;
• reflectie;
• absorptie;
• interferentie.

snelheid van elektromagnetische golven

De werkelijke voortplantingssnelheid van een elektromagnetische golf hangt af van het materiaal dat het medium heeft, de optische dichtheid en de aanwezigheid van een factor als druk.

Daarnaast, verschillende materialen hebben verschillende dichtheid van "pakking" van atomen, hoe dichter ze zich bevinden, hoe kleiner de afstand en hoe hoger de snelheid. Als gevolg hiervan hangt de snelheid van een elektromagnetische golf af van het materiaal waardoor het reist.

Soortgelijke experimenten worden uitgevoerd in de hadronversneller, waar het belangrijkste beïnvloedingsinstrument een geladen deeltje is. Aan het studeren elektromagnetische verschijnselen vindt daar plaats op kwantumniveau, wanneer licht wordt ontleed in kleine deeltjes - fotonen. Maar de kwantumfysica is een apart vraagstuk.

Volgens de relativiteitstheorie kan de hoogste snelheid van golfvoortplanting niet hoger zijn dan de lichtsnelheid. De eindigheid van de snelheidslimiet in zijn geschriften werd beschreven door Maxwell, dit verklarend door de aanwezigheid van een nieuw veld - de ether. De moderne officiële wetenschap heeft een dergelijke relatie nog niet bestudeerd.

Elektromagnetische straling en zijn typen

Elektromagnetische straling bestaat uit elektromagnetische golven, die worden waargenomen als fluctuaties in elektrische en magnetische velden, die zich voortplanten met de snelheid van het licht (300 km per seconde in een vacuüm).

Wanneer EM-straling interageert met materie, verandert het gedrag ervan kwalitatief naarmate de frequentie verandert. Waarom wordt het geconverteerd naar:

1. Radio-emissie. Bij radiofrequenties en microgolffrequenties interageert em-straling met materie voornamelijk in de vorm gemeenschappelijke set lasten die worden verdeeld over een groot aantal aangetaste atomen.
2. Infrarood straling. In tegenstelling tot laagfrequente radio-emissie en microgolfstraling, infrarood zender werkt meestal samen met dipolen die aanwezig zijn in individuele moleculen, die, terwijl ze trillen, veranderen aan de uiteinden van een chemische binding op atomair niveau.
3. Zichtbare lichtemissie. Naarmate de frequentie in het zichtbare bereik toeneemt, hebben fotonen genoeg energie om de gebonden structuur van sommige individuele moleculen te veranderen.
4. Ultraviolette straling. De frequentie neemt toe. Er zit nu genoeg energie in ultraviolette fotonen (meer dan drie volt) om dubbel in te werken op de bindingen van moleculen en ze voortdurend chemisch te herschikken.
5. Ioniserende straling. Bij de hoogste frequenties en de kleinste golflengte. De absorptie van deze stralen door materie beïnvloedt het gehele gammaspectrum. Het bekendste effect is straling.

Wat is de bron van elektromagnetische golven

De wereld is volgens de jonge theorie van de oorsprong van alles ontstaan ​​dankzij een impuls. Hij liet kolossale energie vrij, wat een grote explosie werd genoemd. Dit is hoe de eerste em-golf verscheen in de geschiedenis van het universum.

Momenteel zijn de bronnen van storingsvorming onder meer:

• emv zendt een kunstmatige vibrator uit;
• het resultaat van trilling van atoomgroepen of delen van moleculen;
• als er een impact is op de buitenste schil van de stof (op atomair-moleculair niveau);
• effect vergelijkbaar met licht;
• tijdens nucleair verval;
• gevolg van elektronenvertraging.

Schaal en toepassing van elektromagnetische straling

Stralingsschaal betekent een breed bereik van golffrequentie van 3·10 6 ÷10 -2 tot 10 -9 ÷ 10 -14.

Elk deel van het elektromagnetische spectrum heeft een breed scala aan toepassingen in ons dagelijks leven:

1. Golven van kleine lengte (microgolven). Deze elektrische golven worden gebruikt als satellietsignaal omdat ze de atmosfeer van de aarde kunnen omzeilen. Ook wordt een iets verbeterde versie gebruikt voor verwarming en koken in de keuken - dit is een magnetron. Het kookprincipe is eenvoudig: onder invloed van microgolfstraling worden watermoleculen geabsorbeerd en versneld, waardoor het gerecht opwarmt.
2. Lange verstoringen worden gebruikt in radiotechnologieën (radiogolven). Hun frequentie laat geen wolken en atmosfeer door, waardoor FM-radio en televisie voor ons beschikbaar zijn.
3. De infraroodverstoring houdt rechtstreeks verband met warmte. Het is bijna onmogelijk om hem te zien. Probeer zonder speciale apparatuur een straal op te merken van de afstandsbediening van uw tv, muziekcentrum of radio in de auto. Apparaten die dergelijke golven kunnen lezen, worden gebruikt in de legers van landen (nachtkijker). Ook in inductiekookplaten in keukens.
4. Ultraviolet is ook gerelateerd aan warmte. De krachtigste natuurlijke "generator" van dergelijke straling is de zon. Het is vanwege de werking van ultraviolette straling dat een kleurtje op de huid van een persoon ontstaat. In de geneeskunde wordt dit type golf gebruikt om instrumenten te desinfecteren en ziektekiemen te doden.
5. Gammastraling is de krachtigste vorm van straling waarin een kortgolvige storing met een hoge frequentie geconcentreerd is. De energie in dit deel van het elektromagnetische spectrum geeft de stralen een groter doordringend vermogen. Toepasbaar in de kernfysica - vreedzaam, nucleair wapen- gevechtsgebruik.

De invloed van elektromagnetische golven op de menselijke gezondheid

Het meten van de impact van emv op de mens is de verantwoordelijkheid van wetenschappers. Maar je hoeft geen expert te zijn om de intensiteit te waarderen ioniserende straling- het veroorzaakt veranderingen op het niveau van het menselijk DNA, wat ernstige ziekten zoals oncologie met zich meebrengt.

Geen wonder dat de schadelijke gevolgen van de ramp in Tsjernobyl als een van de gevaarlijkste voor de natuur worden beschouwd. Enkele vierkante kilometers prachtig gebied werd een zone van volledige uitsluiting. Tot het einde van de eeuw is een explosie in de kerncentrale van Tsjernobyl gevaarlijk totdat de halfwaardetijd van radionucliden eindigt.

Sommige soorten emv (radio, infrarood, ultraviolet) veroorzaken niet veel schade aan een persoon en zijn slechts ongemak. Het magnetische veld van de aarde wordt immers praktisch niet door ons gevoeld, maar door de emv mobiele telefoon kan hoofdpijn veroorzaken (effecten op het zenuwstelsel).

Om uw gezondheid tegen elektromagnetisme te beschermen, moet u gewoon redelijke voorzorgsmaatregelen nemen. In plaats van honderden uren computer spel gaan wandelen.

Weinig mensen weten dat elektromagnetische straling het hele universum doordringt. Elektromagnetische golven ontstaan ​​wanneer het zich in de ruimte voortplant. Afhankelijk van de frequentie van golfoscillaties, worden ze voorwaardelijk verdeeld in zichtbaar licht, radiofrequentiespectrum, infraroodbereiken, enz. Het praktische bestaan ​​​​van elektromagnetische golven werd in 1880 empirisch bewezen door de Duitse wetenschapper G. Hertz (trouwens, de frequentie eenheid is naar hem vernoemd).

Uit de natuurkunde is bekend wat een speciaal soort materie is. Ondanks het feit dat slechts een klein deel ervan zichtbaar is, is de invloed ervan op de materiële wereld enorm. Elektromagnetische golven zijn opeenvolgende voortplanting in de ruimte van op elkaar inwerkende vectoren van magnetische en elektrische velden. Het woord "distributie" is in dit geval echter niet helemaal correct: we zijn aan het praten, eerder over de golfachtige verstoring van de ruimte. De reden dat elektromagnetische golven worden gegenereerd, is het verschijnen in de ruimte van een elektrisch veld dat in de loop van de tijd verandert. En, zoals u weet, is er een directe relatie tussen elektrische en magnetische velden. Het is voldoende om de regel in herinnering te brengen volgens welke er een magnetisch veld is rond elke geleider met stroom. Het deeltje, dat wordt beïnvloed door elektromagnetische golven, begint te oscilleren en aangezien er beweging is, betekent dit dat er energiestraling is. Het elektrische veld w wordt overgedragen op een naburig deeltje in rust, waardoor er weer een veld van elektrische aard wordt opgewekt. En aangezien de velden met elkaar verbonden zijn, volgt magnetisch. Het proces verspreidt zich als een lawine. In dit geval is er geen echte beweging, maar zijn er trillingen van deeltjes.

Over de mogelijkheid van praktisch gebruik van dergelijke fysica is lang nagedacht. IN moderne wereld De energie van elektromagnetische golven wordt zo veel gebruikt dat velen het niet eens opmerken en als vanzelfsprekend beschouwen. Een treffend voorbeeld zijn radiogolven, zonder welke de werking van televisies en mobiele telefoons onmogelijk zou zijn.

Het proces verloopt als volgt: een gemoduleerde metalen geleider (antenne) wordt constant overgebracht naar een metalen geleider met een speciale vorm. Door de eigenschappen van een elektrische stroom ontstaat er een elektrisch veld rond de geleider en vervolgens een magnetisch veld als een waardoor elektromagnetische golven worden uitgezonden. Omdat het gemoduleerd is, dragen ze een bepaalde volgorde, gecodeerde informatie. Om de gewenste frequenties op te vangen, wordt bij de geadresseerde een ontvangantenne van een speciaal ontwerp geïnstalleerd. Hiermee kunt u de gewenste frequenties selecteren uit de algemene elektromagnetische achtergrond. Eenmaal op een metalen ontvanger worden de golven gedeeltelijk omgezet in elektriciteit originele modulatie. Daarna gaan ze naar de versterker en regelen de werking van het apparaat (ze verplaatsen de luidsprekerconus, draaien de elektroden in de tv-schermen).

De stroom die wordt gegenereerd door elektromagnetische golven is gemakkelijk te zien. Om dit te doen, volstaat het om de kale woonkabel van de antenne naar de ontvanger aan te raken. totale gewicht(batterijen verwarmen, Op dit moment springt er een vonk tussen de massa en de kern - dit is een manifestatie van de stroom die door de antenne wordt gegenereerd. De waarde ervan is hoe groter, hoe dichterbij en krachtiger de zender. De antenneconfiguratie heeft ook een significant effect.

Een andere manifestatie van elektromagnetische golven die veel mensen dagelijks in het dagelijks leven tegenkomen, is het gebruik ervan magnetron. De roterende lijnen van veldsterkte kruisen het object en brengen een deel van hun energie over, waardoor het wordt verwarmd.

De technologische vooruitgang heeft ook een keerzijde. Wereldwijd gebruik diverse apparatuur, aangedreven door elektriciteit, werd de oorzaak van vervuiling, die de naam kreeg - elektromagnetische ruis. In dit artikel gaan we in op de aard van dit fenomeen, de mate van impact op het menselijk lichaam en beschermende maatregelen.

Wat is het en bronnen van straling

Elektromagnetische straling zijn elektromagnetische golven die ontstaan ​​wanneer een magnetisch of elektrisch veld wordt verstoord. De moderne natuurkunde interpreteert dit proces binnen het kader van de theorie van het corpusculaire golfdualisme. Dat wil zeggen, het minimale deel van elektromagnetische straling is een kwantum, maar tegelijkertijd heeft het frequentiegolfeigenschappen die de belangrijkste kenmerken ervan bepalen.

Het frequentiespectrum van de elektromagnetische veldstraling maakt het mogelijk om deze in te delen in de volgende typen:

• radiofrequentie (hieronder vallen radiogolven);
• thermisch (infrarood);
• optisch (dat wil zeggen zichtbaar voor het oog);
• straling in het ultraviolette spectrum en hard (geïoniseerd).

Een gedetailleerde illustratie van het spectrale bereik (elektromagnetische emissieschaal) is te zien in onderstaande figuur.

Aard van stralingsbronnen

Afhankelijk van de oorsprong worden stralingsbronnen van elektromagnetische golven in de wereldpraktijk gewoonlijk ingedeeld in twee typen, namelijk:

• verstoringen van het elektromagnetische veld van kunstmatige oorsprong;
• straling van natuurlijke bronnen.

Straling afkomstig van het magnetische veld rond de aarde, elektrische processen in de atmosfeer van onze planeet, kernfusie in de ingewanden van de zon - ze zijn allemaal van natuurlijke oorsprong.

Wat betreft kunstmatige bronnen, ze zijn een bijwerking die wordt veroorzaakt door de werking van verschillende elektrische mechanismen en apparaten.

De straling die van hen uitgaat, kan laag en hoog zijn. De mate van intensiteit van de elektromagnetische veldstraling hangt volledig af van de vermogensniveaus van de bronnen.

Voorbeelden van hoge EMP-bronnen zijn:

• Hoogspanningslijnen zijn meestal hoogspanning;
• alle vormen van elektrisch vervoer, evenals de bijbehorende infrastructuur;
• televisie- en radiotorens, evenals mobiele en mobiele communicatiestations;
• spanningsomzetters elektrisch netwerk(in het bijzonder golven afkomstig van een transformator of verdeelstation);
• liften en andere soorten hijsapparatuur waarbij een elektromechanische energiecentrale wordt gebruikt.

Typische bronnen die straling op laag niveau uitzenden, zijn onder meer de volgende elektrische apparatuur:

• bijna alle apparaten met een CRT-beeldscherm (bijvoorbeeld: een betaalautomaat of een computer);
• Verschillende types huishoudelijke apparaten, variërend van strijkijzers tot klimaatsystemen;
• technische installaties die stroom leveren aan diverse objecten (hiermee wordt niet alleen een stroomkabel bedoeld, maar ook aanverwante apparatuur, zoals stopcontacten en elektriciteitsmeters).

Afzonderlijk is het de moeite waard om de speciale apparatuur te benadrukken die in de geneeskunde wordt gebruikt en die harde straling uitzendt (röntgenapparatuur, MRI, enz.).

Invloed op een persoon

In de loop van talrijke studies kwamen radiobiologen tot een teleurstellende conclusie: langdurige straling van elektromagnetische golven kan een "explosie" van ziekten veroorzaken, dat wil zeggen, het veroorzaakt de snelle ontwikkeling van pathologische processen in het menselijk lichaam. Bovendien introduceren veel van hen overtredingen op genetisch niveau.

Video: hoe elektromagnetische straling mensen beïnvloedt.
https://www.youtube.com/watch?v=FYWgXyHW93Q

Dit komt door het feit dat het elektromagnetische veld hoog niveau biologische activiteit, die levende organismen negatief beïnvloedt. De invloedsfactor is afhankelijk van de volgende componenten:

• de aard van de geproduceerde straling;
• hoe lang en met welke intensiteit het doorgaat.

De impact op de menselijke gezondheid van straling, die een elektromagnetisch karakter heeft, hangt rechtstreeks af van de lokalisatie. Het kan zowel lokaal als algemeen zijn. In het laatste geval treedt grootschalige bestraling op, bijvoorbeeld straling afkomstig van hoogspanningslijnen.

Dienovereenkomstig verwijst lokale bestraling naar de impact op bepaalde delen van het lichaam. Elektromagnetische golven afkomstig van een elektronisch horloge of een mobiele telefoon zijn een levendig voorbeeld van een lokale impact.

Afzonderlijk moet het thermische effect van hoogfrequente elektromagnetische straling op levende materie worden opgemerkt. De veldenergie wordt omgezet in thermische energie(door de trilling van moleculen) is dit effect de basis voor de werking van industriële microgolfzenders die worden gebruikt om verschillende stoffen te verwarmen. In tegenstelling tot de voordelen productieprocessen, kunnen thermische effecten op het menselijk lichaam schadelijk zijn. Vanuit radiobiologisch oogpunt is het niet aan te raden om in de buurt van "warme" elektrische apparatuur te zijn.

Er moet rekening mee worden gehouden dat we in het dagelijks leven regelmatig worden blootgesteld aan straling, en dit gebeurt niet alleen op het werk, maar ook thuis of wanneer we ons door de stad verplaatsen. Na verloop van tijd stapelt het biologische effect zich op en wordt het intenser. Met de groei van elektromagnetische ruis neemt het aantal karakteristieke ziekten van de hersenen of zenuwstelsel. Merk op dat radiobiologie een vrij jonge wetenschap is, daarom is de schade aan levende organismen door elektromagnetische straling niet grondig bestudeerd.

De figuur toont het niveau van elektromagnetische golven geproduceerd door conventionele huishoudelijke apparaten.

Merk op dat het veldsterkteniveau aanzienlijk afneemt met de afstand. Dat wil zeggen, om het effect ervan te verminderen, volstaat het om op een bepaalde afstand van de bron weg te gaan.

De formule voor het berekenen van de norm (rantsoenering) van elektromagnetische veldstraling wordt aangegeven in de relevante GOST's en SanPiN's.

Stralingsbescherming

In de productie wordt actief gebruik gemaakt van absorberende (bescherm)schermen als middel ter bescherming tegen straling. Helaas is het niet mogelijk om u thuis met dergelijke apparatuur te beschermen tegen straling van elektromagnetische velden, aangezien deze hier niet voor is ontworpen.

• om de impact van elektromagnetische veldstraling tot bijna nul te verminderen, moet u zich op een afstand van minimaal 25 meter van hoogspanningslijnen, radio- en televisietorens verwijderen (u moet rekening houden met het vermogen van de bron);
• voor een CRT-monitor en een tv is deze afstand veel kleiner - ongeveer 30 cm;
• elektronische klok mag niet dicht bij het kussen worden geplaatst, optimale afstand voor hen meer dan 5 cm;
• wat betreft radio en telefoons, wordt het niet aanbevolen om ze dichterbij dan 2,5 centimeter te brengen.

Merk op dat veel mensen weten hoe gevaarlijk het is om naast te staan hoogspanningslijnen hoogspanningsleidingen, maar tegelijkertijd hechten de meeste mensen geen belang aan gewone huishoudelijke elektrische apparaten. Hoewel het voldoende is om de systeemeenheid op de grond te zetten of weg te halen, beschermt u uzelf en uw dierbaren. We raden u aan dit te doen en vervolgens de achtergrond te meten vanaf de computer met behulp van een elektromagnetische veldstralingsdetector om de reductie visueel te verifiëren.

Dit advies geldt ook voor de plaatsing van de koelkast, velen zetten hem dicht bij keukentafel, praktisch maar onveilig.

Geen enkele tabel kan de exacte veilige afstand tot een bepaald elektrisch apparaat aangeven, aangezien emissies kunnen variëren, zowel afhankelijk van het model van het apparaat als het land van productie. Op dit moment is er geen enkele internationale standaard, dus binnen verschillende landen normen kunnen aanzienlijk verschillen.

U kunt de intensiteit van straling nauwkeurig bepalen met behulp van een speciaal apparaat - een fluxmeter. Volgens de normen die in Rusland zijn aangenomen, mag de maximaal toegestane dosis niet hoger zijn dan 0,2 μT. We raden aan om in het appartement te meten met het bovengenoemde apparaat om de mate van straling van elektromagnetische velden te meten.

Probeer de tijd dat u wordt blootgesteld aan straling te verkorten, dat wil zeggen, blijf niet lang in de buurt van werkende elektrische apparaten. Zo is het bijvoorbeeld helemaal niet nodig om tijdens het koken constant bij het elektrisch fornuis of de magnetron te staan. Wat elektrische apparatuur betreft, kunt u zien dat warm niet altijd veilig betekent.

Schakel elektrische apparaten altijd uit als ze niet in gebruik zijn. Mensen laten het vaak aanstaan verschillende apparaten, zonder rekening te houden met het feit dat op dit moment elektromagnetische straling wordt uitgezonden door elektrotechniek. Zet uw laptop, printer of andere apparatuur uit, het is niet nodig om nogmaals aan straling te worden blootgesteld, denk aan uw veiligheid.

2. Beschrijf de ervaring van Hertz met het detecteren van elektromagnetische golven

3. Verklaar de resultaten van het experiment van Hertz met behulp van de theorie van Maxwell. Waarom is een elektromagnetische golf transversaal?

Omdat de richtingen van de magnetische veldinductievectoren en de elektrische veldsterkte loodrecht op elkaar en op de richting van de golf staan.

4. Waarom vindt de straling van elektromagnetische golven plaats tijdens de versnelde beweging van elektrische ladingen? Hoe hangt de elektrische veldsterkte in een uitgestraalde elektromagnetische golf af van de versnelling van het uitstralende geladen deeltje?

5. Hoe hangt de energiedichtheid van een elektromagnetisch veld af van de sterkte van het elektrische veld?

In 1864 voorspelde James Clerk Maxwell de mogelijkheid van het bestaan ​​van elektromagnetische golven in de ruimte. Hij bracht deze verklaring naar voren op basis van de conclusies die voortkwamen uit de analyse van alle toen bekende experimentele gegevens over elektriciteit en magnetisme.

Maxwell verenigde wiskundig de wetten van de elektrodynamica, waarbij elektrische en magnetische verschijnselen met elkaar werden verbonden, en kwam zo tot de conclusie dat elektrische en magnetische velden die in de loop van de tijd veranderen, aanleiding geven tot elkaar.

Aanvankelijk benadrukte hij het feit dat de relatie tussen magnetische en elektrische verschijnselen niet symmetrisch is, en introduceerde hij de term "vortex". elektrisch veld”, met zijn eigen, werkelijk nieuwe verklaring van het fenomeen van elektromagnetische inductie ontdekt door Faraday: “elke verandering in het magnetische veld leidt tot het verschijnen van een vortex elektrisch veld in de omringende ruimte, die gesloten krachtlijnen heeft.”

Eerlijk, volgens Maxwell, was de omgekeerde bewering dat "een veranderend elektrisch veld aanleiding geeft tot een magnetisch veld in de omringende ruimte", maar deze bewering bleef in eerste instantie slechts een hypothese.

Maxwell schreef een systeem van wiskundige vergelijkingen op die consequent de wetten van wederzijdse transformaties van magnetische en elektrische velden beschreven, deze vergelijkingen werden later de basisvergelijkingen van de elektrodynamica en werden bekend als "Maxwell's vergelijkingen" ter ere van de grote wetenschapper die ze opschreef . De hypothese van Maxwell, gebaseerd op de geschreven vergelijkingen, had een aantal uiterst belangrijke conclusies voor wetenschap en technologie, die hieronder worden gegeven.

Elektromagnetische golven bestaan ​​echt

In de ruimte kunnen transversale elektromagnetische golven bestaan, die zich in de loop van de tijd voortplanten. Dat de golven transversaal zijn blijkt uit het feit dat de vectoren van magnetische inductie B en elektrische veldsterkte E onderling loodrecht staan ​​en beide in een vlak loodrecht op de voortplantingsrichting van een elektromagnetische golf liggen.

De voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven in een stof is eindig en wordt bepaald door de elektrische en magnetische eigenschappen van de stof waardoor de golf zich voortplant. In dit geval is de lengte van de sinusvormige golf λ gerelateerd aan de snelheid υ door een bepaalde exacte relatie λ = υ / f, en hangt af van de frequentie f van de veldoscillaties. De snelheid c van een elektromagnetische golf in een vacuüm is een van de fundamentele fysische constanten - de lichtsnelheid in een vacuüm.

Aangezien Maxwell de eindigheid van de voortplantingssnelheid van een elektromagnetische golf verklaarde, creëerde dit een tegenstrijdigheid tussen zijn hypothese en de destijds aanvaarde langeafstandstheorie, volgens welke de voortplantingssnelheid van golven oneindig had moeten zijn. De theorie van Maxwell werd daarom de theorie van actie op korte afstand genoemd.

In een elektromagnetische golf vindt de transformatie van elektrische en magnetische velden in elkaar gelijktijdig plaats, daarom zijn de volumetrische dichtheden van magnetische energie en elektrische energie zijn gelijk aan elkaar. Daarom is de bewering waar dat de modules van de elektrische veldsterkte en magnetische veldinductie op elk punt in de ruimte met elkaar zijn verbonden door de volgende relatie:

Een elektromagnetische golf creëert tijdens het voortplantingsproces een stroom van elektromagnetische energie, en als we het gebied beschouwen in een vlak loodrecht op de richting van de golfvoortplanting, dan zal er in korte tijd een bepaalde hoeveelheid elektromagnetische energie doorheen gaan. De fluxdichtheid van elektromagnetische energie is de hoeveelheid energie die door een elektromagnetische golf per tijdseenheid door het oppervlak van een oppervlakte-eenheid wordt gedragen. Door de waarden van snelheid, evenals magnetische en elektrische energie te vervangen, kunnen we een uitdrukking krijgen voor de fluxdichtheid in termen van de grootheden E en B.

Aangezien de richting van de voortplanting van golfenergie samenvalt met de richting van de voortplantingssnelheid van de golf, kan de energieflux die zich voortplant in een elektromagnetische golf worden gespecificeerd met behulp van een vector die op dezelfde manier is gericht als de voortplantingssnelheid van de golf. Deze vector wordt de "Poynting-vector" genoemd - ter ere van Britse natuurkundige Henry Poynting, die in 1884 de theorie van de voortplanting van de energiestroom van het elektromagnetische veld ontwikkelde. De golfenergiefluxdichtheid wordt gemeten in W/m².

Wanneer een elektrisch veld op een stof inwerkt, verschijnen er kleine stroompjes in, wat een geordende beweging is van elektrisch geladen deeltjes. Deze stromen in het magnetische veld van een elektromagnetische golf worden onderworpen aan de werking van de Ampère-kracht, die diep in de substantie wordt geleid. Ampere's kracht en genereert als resultaat druk.

Dit fenomeen werd later, in 1900, onderzocht en experimenteel bevestigd door de Russische natuurkundige Pjotr ​​Nikolajevitsj Lebedev, wiens experimentele werk erg belangrijk was voor het bevestigen van Maxwells theorie van elektromagnetisme en de acceptatie en goedkeuring ervan in de toekomst.

Het feit dat een elektromagnetische golf druk uitoefent, maakt het mogelijk om de aanwezigheid van een mechanische impuls in een elektromagnetisch veld te beoordelen, wat voor een volume-eenheid kan worden uitgedrukt in termen van de volumetrische dichtheid van elektromagnetische energie en de snelheid van golfvoortplanting in vacuüm:

Aangezien het momentum geassocieerd is met de beweging van massa, is het mogelijk om zo'n concept als elektromagnetische massa te introduceren, en dan zal voor een eenheidsvolume deze verhouding (in overeenstemming met SRT) het karakter aannemen van een universele natuurwet, en zal geldig zijn voor alle materiële lichamen, ongeacht de vorm van materie. En het elektromagnetische veld is dan verwant aan een materieel lichaam - het heeft energie W, massa m, momentum p en een eindige voortplantingssnelheid v. Dat wil zeggen, het elektromagnetische veld is een van de vormen van materie die werkelijk in de natuur bestaat.

In 1888 bevestigde Heinrich Hertz voor het eerst experimenteel de elektromagnetische theorie van Maxwell. Hij bewees empirisch de realiteit van elektromagnetische golven en bestudeerde hun eigenschappen zoals breking en absorptie in verschillende media, evenals de weerkaatsing van golven van metalen oppervlakken.

Hertz mat de golflengte en toonde aan dat de voortplantingssnelheid van een elektromagnetische golf gelijk is aan de lichtsnelheid. Het experimentele werk van Hertz werd laatste stap tot herkenning elektromagnetische theorie Maxwell. Zeven jaar later, in 1895, gebruikte de Russische natuurkundige Alexander Stepanovich Popov elektromagnetische golven om draadloze communicatie tot stand te brengen.

In gelijkstroomcircuits bewegen ladingen mee constante snelheid, en elektromagnetische golven worden in dit geval niet de ruimte in gestraald. Om straling te laten plaatsvinden, is het noodzakelijk om een ​​antenne te gebruiken waarin wisselstromen, dat wil zeggen stromen die snel van richting veranderen, worden opgewekt.

In zijn eenvoudigste vorm is een elektrische dipool geschikt voor het uitzenden van elektromagnetische golven. kleine maat, waarvan het dipoolmoment snel met de tijd zou veranderen. Het is zo'n dipool die tegenwoordig de "Hertziaanse dipool" wordt genoemd, waarvan de grootte vele malen kleiner is dan de golflengte die hij uitzendt.

Wanneer uitgezonden door een Hertz-dipool, valt de maximale flux van elektromagnetische energie op een vlak loodrecht op de as van de dipool. Langs de dipoolas wordt geen elektromagnetische energie uitgezonden. In de belangrijkste experimenten van Hertz werden elementaire dipolen gebruikt voor zowel het uitzenden als ontvangen van elektromagnetische golven en werd het bestaan ​​van elektromagnetische golven bewezen.