Какво представляват електромагнитните вълни? Електромагнитната вълна е процес на разпространение на електромагнитно поле в пространството.

Електромагнитните вълни са резултат от години на дебати и хиляди експерименти. Доказателство за наличието на сили от естествен произход, които могат да обърнат сегашното общество. Това е реалното приемане на една проста истина – ние знаем твърде малко за света, в който живеем.

Физиката е кралицата сред природните науки, способна да отговори на въпроси за произхода не само на живота, но и на самия свят. Той дава на учените възможността да изучават електрическите и магнитните полета, чието взаимодействие генерира EMW (електромагнитни вълни).

Какво е електромагнитна вълна

Не толкова отдавна по екраните на страната ни излезе филмът „Войната на теченията“ (2018), където с нотка на фантастика разказва за спора между двамата велики учени Едисон и Тесла. Един се опита да докаже полза от постоянен ток, другият - от променливата. Тази дълга битка приключи едва през седмата година на двадесет и първи век.

В самото начало на „битката“ друг учен, работещ върху теорията на относителността, описва електричеството и магнетизма като подобни явления.

През тридесетата година на деветнадесети век физикът английски произходФарадей открива явлението електромагнитна индукцияи въвежда термина за единство на електрическото и магнитното поле. Той също така твърди, че движението в това поле е ограничено от скоростта на светлината.

Малко по-късно теорията на английския учен Максуел каза, че електричеството причинява магнитен ефект, а магнетизмът причинява появата електрическо поле. Тъй като и двете полета се движат в пространството и времето, те образуват смущения - тоест електромагнитни вълни.

Просто казано, електромагнитната вълна е пространствено смущение на електричество магнитно поле.

Експериментално съществуването на EMW е доказано от немския учен Херц.

Електромагнитни вълни, техните свойства и характеристики

Електромагнитните вълни се характеризират със следните фактори:

• дължина (достатъчно широк диапазон);
• честота;
• интензитет (или амплитуда на трептене);
• количеството енергия.

Основното свойство на всички електромагнитни лъчения е дължината на вълната (във вакуум), която обикновено се определя в нанометри за спектъра на видимата светлина.

Всеки нанометър представлява хилядна от микрометъра и се измерва с разстоянието между два последователни пика (върхове).

Съответната честота на излъчване на вълната е броят на синусоидалните трептения и е обратно пропорционална на дължината на вълната.

Честотата обикновено се измерва в херци. По този начин по-дългите дължини на вълната съответстват на по-ниска честота на излъчване, а по-късите дължини на вълната отговарят на по-висока честота на излъчване.

Основните свойства на вълните:

• пречупване;
• отражение;
• абсорбция;
• намеса.

скорост на електромагнитната вълна

Действителната скорост на разпространение на електромагнитната вълна зависи от материала, който има средата, нейната оптична плътност и наличието на такъв фактор като налягане.

Освен това, различни материалиимат различна плътност на "опаковане" на атомите, колкото по-близо са те, толкова по-малко е разстоянието и толкова по-висока е скоростта. В резултат на това скоростта на електромагнитната вълна зависи от материала, през който преминава.

Подобни експерименти се провеждат в адронния колайдер, където основният инструмент за влияние е заредена частица. Проучване на електромагнитни явлениявъзниква там на квантово ниво, когато светлината се разлага на малки частици - фотони. Но квантовата физикае отделен въпрос.

Според теорията на относителността най-високата скорост на разпространение на вълната не може да надвишава скоростта на светлината.Крайността на ограничението на скоростта в неговите писания е описана от Максуел, обяснявайки това с наличието на ново поле - етерът. Съвременната официална наука все още не е изследвала такава връзка.

Електромагнитно излъчване и неговите видове

Електромагнитното излъчване се състои от електромагнитни вълни, които се наблюдават като флуктуации в електрически и магнитни полета, разпространяващи се със скоростта на светлината (300 km в секунда във вакуум).

Когато ЕМ лъчението взаимодейства с материята, поведението му се променя качествено с промяна на честотата. Защо се преобразува в:

1. Радио излъчване.При радиочестоти и микровълнови честоти електромагнитното лъчение взаимодейства с материята главно под формата на общ набор от заряди, които се разпределят върху Голям бройзасегнатите атоми.
2. Инфрачервено лъчение.За разлика от нискочестотното радио и микровълновото излъчване, инфрачервеният излъчвател обикновено взаимодейства с диполи, присъстващи в отделните молекули, които се променят в краищата си, докато вибрират. химическа връзкана атомно ниво.
3. Излъчване на видима светлина.Тъй като честотата се увеличава във видимия диапазон, фотоните имат достатъчно енергия, за да променят свързаната структура на някои отделни молекули.
4. Ултравиолетова радиация.Честотата се увеличава. Сега има достатъчно енергия в ултравиолетовите фотони (повече от три волта), за да въздействат двойно върху връзките на молекулите, като постоянно ги пренареждат химически.
5. Йонизиращо лъчение.При най-високите честоти и най-малката дължина на вълната. Поглъщането на тези лъчи от материята засяга целия гама спектър. Най-известният ефект е радиацията.

Какъв е източникът на електромагнитни вълни

Светът, според младата теория за произхода на всичко, е възникнал благодарение на импулс. Той освободи колосална енергия, която беше наречена голяма експлозия. Така се появи първата ем-вълна в историята на Вселената.

В момента източниците на образуване на смущения включват:

• emv излъчва изкуствен вибратор;
• резултат от вибрации на атомни групи или части от молекули;
• ако има въздействие върху външна обвивкавещества (на атомно-молекулярно ниво);
• ефект, подобен на светлина;
• по време на ядрен разпад;
• следствие от забавяне на електроните.

Мащаб и приложение на електромагнитното излъчване

Радиационна скала означава широк диапазон на честотата на вълната от 3·10 6 ÷10 -2 до 10 -9 ÷ 10 -14 .

Всяка част от електромагнитния спектър има широк спектър от приложения в нашето ежедневие:

1. Вълни с малка дължина (микровълни). Тези електрически вълни се използват като сателитен сигнал, защото са в състояние да заобиколят земната атмосфера. Също така, леко подобрена версия се използва за отопление и готвене в кухнята - това е микровълнова фурна. Принципът на приготвяне е прост - под действието микровълнова радиацияводните молекули се абсорбират и ускоряват, което води до загряване на съда.
2. Дългите смущения се използват в радиотехнологиите (радиовълни). Тяхната честота не пропуска облаци и атмосфера, благодарение на което FM радиото и телевизията са ни достъпни.
3. Инфрачервеното смущение е пряко свързано с топлината. Почти невъзможно е да го видите. Опитайте се да забележите без специално оборудване лъч от дистанционното управление на вашия телевизор, музикален център или радио в колата. Устройствата, способни да четат такива вълни, се използват в армиите на страните (устройство за нощно виждане). Също така в индукционни готварски печки в кухни.
4. Ултравиолетовите лъчи също са свързани с топлината. Най-мощният естествен "генератор" на такова излъчване е слънцето. Именно поради действието на ултравиолетовото лъчение върху кожата на човек се образува тен. В медицината този вид вълна се използва за дезинфекция на инструменти, убиване на микроби и.
5. Гама лъчите са най-мощният вид лъчение, в което е концентрирано късовълново смущение с висока честота. Енергията, съдържаща се в тази част от електромагнитния спектър, дава на лъчите по-голяма проникваща сила. Приложим в ядрена физика- мирни, ядрени оръжия - бойна употреба.

Влиянието на електромагнитните вълни върху човешкото здраве

Измерването на въздействието на emv върху хората е отговорност на учените. Но не е нужно да сте специалист, за да оцените интензивността на йонизиращото лъчение - то провокира промени на нивото на човешката ДНК, което води до такива сериозни заболявания като онкологията.

Нищо чудно, че вредното въздействие на катастрофата в Чернобил се счита за едно от най-опасните за природата. Няколко квадратни километра от някога красивата територия са се превърнали в зона на пълно изключване. До края на века експлозия в атомната електроцентрала в Чернобил е опасна до края на полуразпада на радионуклидите.

Някои видове emv (радио, инфрачервени, ултравиолетови) не причиняват много вреда на човек и са само дискомфорт. В крайна сметка магнитното поле на земята практически не се усеща от нас, а emv от мобилен телефонможе да причини главоболие(въздействие върху нервната система).

За да защитите здравето си от електромагнетизъм, трябва просто да вземете разумни предпазни мерки. Вместо стотици часове да играете компютърна игра, излезте на разходка.

През 1864 г. Джеймс Клерк Максуел предсказва възможността за съществуване на електромагнитни вълни в космоса. Той изложи това твърдение въз основа на заключенията, произтичащи от анализа на всички експериментални данни, известни по това време по отношение на електричеството и магнетизма.

Максуел математически унифицира законите на електродинамиката чрез свързване на електрически и магнитни явления, и така стигна до извода, че електрическите и магнитните полета, които се променят с времето, се пораждат едно друго.

Първоначално той подчерта факта, че връзката между магнитните и електрически явленияне е симетричен и въвежда термина "вихър електрическо поле“, предлагайки свое собствено, наистина ново обяснение на явлението електромагнитна индукция, открито от Фарадей: „всяка промяна в магнитното поле води до появата в околното пространство на вихрово електрическо поле със затворено линии на сила».

Справедливо, според Максуел, е обратното твърдение, че "променливото електрическо поле поражда магнитно поле в околното пространство", но това твърдение отначало остава само хипотеза.

Максуел записва система от математически уравнения, които последователно описват законите на взаимните трансформации на магнитните и електрическите полета, тези уравнения по-късно стават основните уравнения на електродинамиката и стават известни като „уравнения на Максуел“ в чест на великия учен, който ги записва . Хипотезата на Максуел, базирана на написаните уравнения, има няколко изключително важни за науката и технологиите извода, които са дадени по-долу.

Електромагнитните вълни наистина съществуват

В космоса могат да съществуват напречни електромагнитни вълни, които се разпространяват във времето. Фактът, че вълните са напречни, се посочва от факта, че векторите на магнитната индукция B и силата на електрическото поле E са взаимно перпендикулярни и двата лежат в равнина, перпендикулярна на посоката на разпространение на електромагнитната вълна.

Скоростта на разпространение на електромагнитните вълни в материята е крайна и се определя от електрическата и магнитни свойстваматериал, през който се разпространява вълната. В този случай дължината на синусоидалната вълна λ е свързана със скоростта υ чрез определена точна връзка λ = υ / f и зависи от честотата f на трептенията на полето. Скоростта c на електромагнитна вълна във вакуум е една от основните физически константи - скоростта на светлината във вакуум.

Тъй като Максуел декларира крайността на скоростта на разпространение на електромагнитна вълна, това създава противоречие между неговата хипотеза и приетата по това време теория за далечни разстояния, според която скоростта на разпространение на вълните е трябвало да бъде безкрайна. Следователно теорията на Максуел е наречена теория на действието на къси разстояния.

При електромагнитна вълна трансформацията на електрическите и магнитните полета едно в друго се извършва едновременно, следователно обемните плътности на магнитната енергия и електрическа енергияса равни помежду си. Следователно твърдението е вярно, че модулите на силата на електрическото поле и индукцията на магнитното поле са свързани помежду си във всяка точка от пространството чрез следната връзка:

електромагнитна вълнав процеса на разпространението си създава поток електромагнитна енергия, и ако разгледаме областта в равнина, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната, тогава за кратко време през нея ще се движи определено количество електромагнитна енергия. Плътността на електромагнитния енергиен поток е количеството енергия, пренесено от електромагнитна вълна през повърхността на единица площ за единица време. Чрез заместване на стойностите на скоростта, както и на магнитната и електрическата енергия, можем да получим израз за плътността на потока по отношение на количествата E и B.

Тъй като посоката на разпространение на енергията на вълната съвпада с посоката на скоростта на разпространение на вълната, енергийният поток, разпространяващ се в електромагнитна вълна, може да бъде определен с помощта на вектор, насочен по същия начин като скоростта на разпространение на вълната. Този вектор се нарича "вектор на Пойнтинг" - в чест на британски физикХенри Пойнтинг, който разработва през 1884 г. теорията за разпространението на енергийния поток на електромагнитното поле. Плътността на енергийния поток на вълната се измерва в W/sq.m.

Когато електрическо поле действа върху вещество, в него се появяват малки токове, които представляват подредено движение на електрически заредени частици. Тези токове в магнитното поле на електромагнитна вълна са подложени на действието на силата на Ампер, която е насочена дълбоко в веществото. Силата на Ампер и генерира като резултат налягане.

Това явление по-късно, през 1900 г., е изследвано и потвърдено експериментално от руския физик Пьотър Николаевич Лебедев, чиято експериментална работа е много важна за потвърждаването на теорията на Максуел за електромагнетизма и нейното приемане и одобрение в бъдеще.

Фактът, че електромагнитната вълна упражнява натиск, дава възможност да се прецени наличието на механичен импулс в електромагнитно поле, който може да бъде изразен за единица обем чрез обемната плътност на електромагнитната енергия и скоростта на разпространение на вълната във вакуум:

Тъй като импулсът е свързан с движението на масата, може да се въведе такова понятие като електромагнитна маса и след това за единица обем това съотношение (в съответствие с SRT) ще придобие характера на универсален закон на природата и ще бъде валидни за всякакви материални тела, независимо от формата на материята. И тогава електромагнитното поле е подобно на материално тяло - то има енергия W, маса m, импулс p и крайна скорост на разпространение v. Тоест, електромагнитното поле е една от формите на материя, която действително съществува в природата.

За първи път през 1888 г. Хайнрих Херц потвърждава експериментално електромагнитната теория на Максуел. Той емпирично доказа реалността на електромагнитните вълни и изследва техните свойства като пречупване и абсорбция в различни среди, както и отражение на вълните от метални повърхности.

Херц измерва дължината на вълната и показва, че скоростта на разпространение на електромагнитна вълна е равна на скоростта на светлината. Експерименталната работа на Херц беше последната стъпка към признаването на електромагнитната теория на Максуел. Седем години по-късно, през 1895 г., руският физик Александър Степанович Попов използва електромагнитни вълни за създаване на безжични комуникации.

В DC ​​вериги зарядите се движат с постоянна скорост и електромагнитните вълни в този случай не се излъчват в пространството. За да се осъществи излъчване, е необходимо да се използва антена, в която се възбуждат променливи токове, тоест токове, които бързо променят посоката си.

В най-простата си форма електрически дипол е подходящ за излъчване на електромагнитни вълни. малък размер, чийто диполен момент ще се промени бързо с времето. Именно такъв дипол днес се нарича "Херциан дипол", чийто размер е няколко пъти по-малък от дължината на вълната, която излъчва.

Когато се излъчва от херциански дипол, максимален потокелектромагнитната енергия пада върху равнина, перпендикулярна на оста на дипола. По оста на дипола не се излъчва електромагнитна енергия. В най-важните експерименти на Херц са използвани елементарни диполи както за излъчване, така и за приемане на електромагнитни вълни и е доказано съществуването на електромагнитни вълни.

М. Фарадей въвежда концепцията за поле:

електростатично поле около покойния заряд

около движещи се заряди (ток) има магнитно поле.

През 1830 г. М. Фарадей открива феномена на електромагнитната индукция: когато магнитното поле се промени, възниква вихрово електрическо поле.

Фигура 2.7 - Вихрово електрическо поле

където,
- вектор на силата на електрическото поле,
- вектор на магнитната индукция.

Променливо магнитно поле създава вихрово електрическо поле.

През 1862 г. Д.К. Максуел изложи хипотеза: когато електрическото поле се промени, възниква вихрово магнитно поле.

Възникна идеята за единно електромагнитно поле.

Фигура 2.8 - Единно електромагнитно поле.

Променливото електрическо поле създава вихрово магнитно поле.

Електромагнитно поле- това е специална форма на материята - комбинация от електрически и магнитни полета. Променливи електрически и магнитни полета съществуват едновременно и образуват едно електромагнитно поле. Материално е:

Проявява се в действие както върху покойни, така и върху движещи се заряди;

Той се разпространява с висока, но ограничена скорост;

Тя съществува независимо от нашата воля и желания.

При скоростта на зареждане, нула, има само електрическо поле. При постоянна скорост на зареждане се генерира електромагнитно поле.

При ускореното движение на заряда се излъчва електромагнитна вълна, която се разпространява в пространството с ограничена скорост .

Развитието на идеята за електромагнитните вълни принадлежи на Максуел, но Фарадей вече знаеше за тяхното съществуване, въпреки че се страхуваше да публикува работата (тя беше прочетена повече от 100 години след смъртта му).

Основното условие за появата на електромагнитна вълна е ускореното движение на електрически заряди.

Какво е електромагнитна вълна, лесно е да си представим следния пример. Ако хвърлите камъче върху повърхността на водата, тогава на повърхността се образуват вълни, които се разминават в кръгове. Те се движат от източника на тяхното възникване (смущение) с определена скорост на разпространение. За електромагнитните вълни смущенията са електрически и магнитни полета, движещи се в пространството. Променливо във времето електромагнитно поле непременно предизвиква променливо магнитно поле и обратно. Тези полета са взаимосвързани.

Основният източник на спектъра на електромагнитните вълни е слънчевата звезда. Част от спектъра на електромагнитните вълни вижда човешкото око. Този спектър се намира в рамките на 380...780 nm (фиг. 2.1). Във видимия спектър окото възприема светлината по различен начин. Електромагнитните трептения с различни дължини на вълната предизвикват усещане за светлина с различни цветове.

Фигура 2.9 - Спектър на електромагнитните вълни

Част от спектъра на електромагнитните вълни се използва за целите на радио- и телевизионно излъчване и комуникации. Източникът на електромагнитни вълни е проводник (антена), в който възниква трептене електрически заряди. Процесът на образуване на полета, започнал близо до жицата, постепенно, точка по точка, улавя цялото пространство. Колкото по-висока е честотата променлив токпреминавайки през жицата и генерирайки електрическо или магнитно поле, толкова по-интензивни са радиовълните с определена дължина, създадени от проводника.

Радио(лат. radio – излъчвам, излъчвам лъчи ← радиус – лъч) – вид безжична комуникация, при която радиовълните, свободно разпространяващи се в пространството, се използват като носител на сигнала.

радио вълни(от радио...), електромагнитни вълни с дължина на вълната > 500 µm (честота< 6×10 12 Гц).

Радиовълните са електрически и магнитни полета, които се променят с времето. Скоростта на разпространение на радиовълните в свободното пространство е 300 000 km/s. Въз основа на това можете да определите дължината на радиовълната (m).

λ=300/f,където f - честота (MHz)

Звуковите вибрации на въздуха, създадени по време на телефонен разговор, се преобразуват от микрофон в електрически вибрации със звукова честота, които се предават по проводници към оборудването на абоната. Там, на другия край на линията, с помощта на излъчвателя на телефона те се преобразуват във въздушни вибрации, възприемани от абоната като звуци. В телефонията средствата за комуникация са проводници, в радиоразпръскването - радиовълни.

"Сърцето" на предавателя на всяка радиостанция е генератор - устройство, което генерира трептения с висока, но строго постоянна честота за дадена радиостанция. Тези радиочестотни трептения, усилени до необходимата мощност, влизат в антената и възбуждат в околното пространство електромагнитни трептения с абсолютно същата честота - радиовълни. Скоростта на отстраняване на радиовълните от антената на радиостанцията е равна на скоростта на светлината: 300 000 km / s, което е почти милион пъти по-бързо от разпространението на звука във въздуха. Това означава, че ако предавател е бил включен в определен момент от време на Московската радиостанция, тогава неговите радиовълни ще достигнат до Владивосток за по-малко от 1/30 s, а звукът през това време ще има време да се разпространи само за 10- 11 м.

Радиовълните се разпространяват не само във въздуха, но и там, където ги няма, например в космоса. По това те се различават от звукови вълни, за което въздухът или някаква друга плътна среда, като вода, е абсолютно необходима.

електромагнитна вълна е електромагнитно поле, разпространяващо се в пространството (колебания на вектори
). В близост до заряда електрическото и магнитното поле се променят с фазово изместване p/2.

Фигура 2.10 - Единно електромагнитно поле.

На голямо разстояние от заряда електрическото и магнитното поле се променят по фаза.

Фигура 2.11 - Синфазна промяна на електрически и магнитни полета.

Електромагнитната вълна е напречна. Посоката на скоростта на електромагнитната вълна съвпада с посоката на движение на десния винт при завъртане на дръжката на векторния джип към вектора .

Фигура 2.12 - Електромагнитна вълна.

Освен това при електромагнитна вълна релацията
, където c е скоростта на светлината във вакуум.

Максуел теоретично изчислява енергията и скоростта на електромагнитните вълни.

По този начин, енергията на вълната е право пропорционална на четвъртата степен на честотата. Това означава, че за по-лесно фиксиране на вълната е необходимо тя да е с висока честота.

Електромагнитните вълни са открити от Г. Херц (1887).

Затворената осцилаторна верига не излъчва електромагнитни вълни: цялата енергия на електрическото поле на кондензатора се преобразува в енергията на магнитното поле на бобината. Честотата на трептене се определя от параметрите на осцилаторната верига:
.

Фигура 2.13 - Осцилаторна верига.

За да увеличите честотата, е необходимо да намалите L и C, т.е. завъртете бобината към прав проводник и, като
, намалете площта на плочите и ги разстелете на максимално разстояние. Това показва, че получаваме по същество прав проводник.

Такова устройство се нарича вибратор на Hertz. Средата се изрязва и се свързва към високочестотен трансформатор. Между краищата на проводниците, върху които са фиксирани малки сферични проводници, скача електрическа искра, която е източникът на електромагнитната вълна. Вълната се разпространява по такъв начин, че векторът на силата на електрическото поле осцилира в равнината, в която е разположен проводникът.

Фигура 2.14 - Hertz вибратор.

Ако същият проводник (антена) се постави успоредно на емитера, тогава зарядите в него ще осцилират и между проводниците ще прескачат слаби искри.

Херц открива експериментално електромагнитните вълни и измерва тяхната скорост, която съвпада с изчислената от Максуел и е равна на c=3. 10 8 m/s.

Променливото електрическо поле генерира променливо магнитно поле, което от своя страна генерира променливо електрическо поле, тоест антена, която възбужда едно от полетата, предизвиква появата на единично електромагнитно поле. Най-важното свойство на това поле е, че се разпространява под формата на електромагнитни вълни.

Скоростта на разпространение на електромагнитните вълни в среда без загуби зависи от относителната диелектрична и магнитна проницаемост на средата. За въздуха магнитната проницаемост на средата е равна на единица, следователно скоростта на разпространение на електромагнитните вълни в този случай е равна на скоростта на светлината.

Антената може да бъде вертикален проводник, захранван от високочестотен генератор. Генераторът изразходва енергия за ускоряване на движението на свободните електрони в проводника и тази енергия се преобразува в променливо електромагнитно поле, тоест в електромагнитни вълни. Колкото по-висока е честотата на тока на генератора, толкова по-бързо се променя електромагнитното поле и толкова по-интензивно е заздравяването на вълната.

Към проводника на антената са свързани както електрическо поле, чиито силови линии започват при положителни и завършват при отрицателни заряди, така и магнитно поле, чиито линии се затварят около тока на проводника. Колкото по-кратък е периодът на трептене, толкова по-малко време остава енергията на свързаните полета да се върне към проводника (тоест към генератора) и толкова повече преминава в свободни полета, които се разпространяват по-нататък под формата на електромагнитни вълни. Ефективното излъчване на електромагнитни вълни възниква при условие на съизмеримост на дължината на вълната и дължината на излъчващия проводник.

По този начин може да се определи, че радиовълна- това е електромагнитно поле, което не е свързано с излъчвателя и каналообразуващите устройства, свободно разпространяващо се в пространството под формата на вълна с честота на трептене от 10 -3 до 10 12 Hz.

Трептенията на електроните в антената се създават от източник на периодично променяща се ЕМП с период т. Ако в даден момент полето на антената е имало максимална стойност, то след известно време ще има същата стойност т. През това време електромагнитното поле, което е съществувало в началния момент на антената, ще се премести на разстояние

λ = υТ (1)

Нарича се минималното разстояние между две точки в пространството, където полето има еднаква стойност дължина на вълната.Както следва от (1), дължината на вълната λ зависи от скоростта на нейното разпространение и периода на електронните трептения в антената. Като честотатекущ е = 1 / T, след това дължината на вълната λ = υ / е .

Радиовръзката включва следните основни части:

предавател

Приемник

Средата, в която се разпространяват радиовълните.

Предавателят и приемникът са управляеми елементи на радиовръзката, тъй като е възможно да се увеличи мощността на предавателя, да се свърже по-ефективна антена и да се увеличи чувствителността на приемника. Средата е неконтролиран елемент от радиовръзката.

Разликата между радиокомуникационна линия и кабелни линии е, че кабелните линии използват проводници или кабели като свързваща връзка, които са контролирани елементи (можете да промените техните електрически параметри).

Според физиката електромагнитните вълни са сред най-загадъчните. В тях енергията всъщност изчезва в нищото, появява се от нищото. Няма друг подобен обект в цялата наука. Как се случват всички тези чудотворни трансформации?

Електродинамика на Максуел

Всичко започна с факта, че ученият Максуел през 1865 г., разчитайки на работата на Фарадей, изведе уравнението на електромагнитното поле. Самият Максуел вярвал, че неговите уравнения описват усукването и напрежението на вълните в етера. Двадесет и три години по-късно Херц експериментално създава такива смущения в средата и успява не само да ги съгласува с уравненията на електродинамиката, но и да получи законите, управляващи разпространението на тези смущения. Възникна една любопитна тенденция всички смущения, които са електромагнитни по природа, да се обявяват като херцианови вълни. Тези излъчвания обаче не са единственият начин за осъществяване на пренос на енергия.

Безжична връзка

Към днешна дата, до настроикиреализацията на такава безжична комуникация включва:

Електростатичен съединител, наричан още капацитивен;

индукция;

текущ;

Тесла връзка, тоест свързване на вълни с електронна плътност по протежение на проводими повърхности;

Най-широкият диапазон от най-често срещаните носители, които се наричат ​​електромагнитни вълни - от ултра-ниски честоти до гама лъчение.

Струва си да разгледаме тези видове връзки по-подробно.

Електростатична връзка

Двата дипола са свързани електрически сили в пространството, което е следствие от закона на Кулон. От електромагнитни вълни даден типкомуникацията се отличава със способността за свързване на диполи, когато са разположени на една и съща линия. С увеличаване на разстоянията силата на връзката отслабва и се наблюдава силно влияние на различни смущения.

индуктивна връзка

Въз основа на магнитни разсеяни полета с индуктивност. Наблюдава се между обекти, които имат индуктивност. Приложението му е доста ограничено поради действие на къси разстояния.

Текуща връзка

Поради разпространението на токове в проводяща среда може да възникне определено взаимодействие. Ако токове преминават през клемите (двойка контакти), тогава същите тези токове могат да бъдат открити на значително разстояние от контактите. Това се нарича ефект на разпространението на тока.

Тесла връзка

Известният физик Никола Тесла е изобретил комуникацията с помощта на вълни върху проводяща повърхност. Ако на някое място от равнината плътността на носителя на заряда е нарушена, тогава тези носители ще започнат да се движат, което ще има тенденция да възстанови равновесието. Тъй като носителите имат инерционен характер, възстановяването има вълнов характер.

Електромагнитна връзка

Излъчването на електромагнитните вълни се отличава с огромно действие на далечни разстояния, тъй като тяхната амплитуда е обратно пропорционална на разстоянието до източника. Именно този метод за безжична комуникация е най-широко използван. Но какво представляват електромагнитните вълни? Първо трябва да направите кратко отклонение в историята на тяхното откриване.

Как се "появиха" електромагнитните вълни?

Всичко започва през 1829 г., когато американският физик Хенри открива смущения в електрическите разряди в експерименти с лейденски буркани. През 1832 г. физикът Фарадей предполага съществуването на такъв процес като електромагнитните вълни. Максуел създава известните си уравнения на електромагнетизма през 1865 г. В края на деветнадесети век имаше много успешни опити за създаване на безжична комуникация с помощта на електростатични и електромагнитна индукция.Известният изобретател Едисон измисли система, която позволява на пътниците железопътна линияизпращане и получаване на телеграми, докато влакът се движи. През 1888 г. Г. Херц недвусмислено доказва, че електромагнитните вълни се появяват с помощта на устройство, наречено вибратор. Hertz провежда експеримент за предаване на електромагнитен сигнал на разстояние. През 1890 г. френският инженер и физик Бранли изобретява устройство за записване на електромагнитно излъчване. Впоследствие това устройство е наречено "радиопроводник" (кохерер). През 1891-1893 г. Никола Тесла описва основните принципи за осъществяване на предаване на сигнал на дълги разстояния и патентова мачтова антена, която е източник на електромагнитни вълни. Допълнителни заслуги в изследването на вълните и техническото изпълнение на тяхното производство и приложение принадлежат на такива известни физици и изобретатели като Попов, Маркони, дьо Мор, Лодж, Мирхед и много други.

Концепцията за "електромагнитна вълна"

Електромагнитната вълна е явление, което се разпространява в пространството с определена ограничена скорост и представлява променливо електрическо и магнитно поле. Тъй като магнитното и електрическото поле са неразривно свързани едно с друго, те образуват електромагнитно поле. Може също да се каже, че електромагнитната вълна е смущение на полето и по време на разпространението му енергията, която притежава магнитното поле, се преобразува в енергията на електрическото поле и обратно, според електродинамиката на Максуел. Външно това е подобно на разпространението на всяка друга вълна във всяка друга среда, но има и значителни разлики.

Каква е разликата между електромагнитните вълни и другите?

Енергията на електромагнитните вълни се разпространява в доста неразбираема среда. За да сравним тези вълни и всякакви други, е необходимо да разберем каква среда за разпространение въпросният. Предполага се, че вътрешноатомното пространство е изпълнено с електрически етер – специфична среда, която е абсолютен диелектрик. Всички вълни по време на разпространение показват преход на кинетичната енергия в потенциална и обратно. В същото време тези енергии са изместили максимума във времето и пространството една спрямо друга с една четвърт пълен периодвълни. В този случай средната енергия на вълната, която е сумата от потенциала и кинетична енергияе константа. Но с електромагнитните вълни ситуацията е различна. Енергиите както на магнитното, така и на електрическото поле достигат максималните си стойности едновременно.

Как се генерира електромагнитна вълна?

Материята на електромагнитната вълна е електрическо поле (етер). Движещото се поле е структурирано и се състои от енергията на неговото движение и електрическата енергия на самото поле. Така потенциална енергиявълни, свързани с кинетичните и синфазни. Природата на електромагнитната вълна е периодично електрическо поле, което е в състояние движение напредв пространството и се движи с скоростта на светлината.

Токове на изместване

Има и друг начин да се обясни какво представляват електромагнитните вълни. Предполага се, че токове на изместване възникват в етера по време на движението на нехомогенни електрически полета. Те възникват, разбира се, само за неподвижен външен наблюдател. В момента, когато такъв параметър като силата на електрическото поле достигне своя максимум, токът на изместване в дадена точка от пространството ще спре. Съответно при минимално напрежение се получава обратната картина. Този подход изяснява природата на вълната електромагнитно излъчване, тъй като енергията на електрическото поле се измества с една четвърт от периода спрямо токовете на изместване. Тогава можем да кажем, че електрическото смущение, или по-скоро енергията на смущението, се трансформира в енергията на тока на изместване и обратно и се разпространява вълново в диелектрична среда.