Što je definicija elektromagnetskog vala. Što je elektromagnetski val - Hipermarket znanja

Elektromagnetski valovi, prema fizici, spadaju među najtajanstvenije. U njima energija zapravo nestaje u nigdje, pojavljuje se niotkuda. Ne postoji drugi sličan predmet u cijeloj znanosti. Kako se događaju sve te čudesne transformacije?

Maxwellova elektrodinamika

Sve je počelo činjenicom da je znanstvenik Maxwell još 1865. godine, oslanjajući se na Faradayev rad, izveo jednadžbu elektro magnetsko polje. Sam Maxwell je vjerovao da njegove jednadžbe opisuju torziju i napetost valova u eteru. Dvadeset i tri godine kasnije, Hertz je eksperimentalno stvorio takve perturbacije u mediju i uspio ih ne samo uskladiti s jednadžbama elektrodinamike, već i dobiti zakone koji upravljaju širenjem tih perturbacija. Pojavila se neobična tendencija da se sve smetnje koje su elektromagnetske prirode proglase Hertzovim valovima. Međutim, ova zračenja nisu jedini način za prijenos energije.

Bežična veza

Do danas, do opcije implementacija takve bežične komunikacije uključuje:

Elektrostatička sprega, također nazvana kapacitivna;

indukcija;

Trenutno;

Teslina veza, odnosno veza valova elektronske gustoće duž vodljivih površina;

Najširi raspon najčešćih nositelja, koji se nazivaju elektromagnetski valovi - od ultra-niskih frekvencija do gama zračenja.

Vrijedno je detaljnije razmotriti ove vrste veza.

Elektrostatička veza

Dva dipola su spregnute električne sile u prostoru, što je posljedica Coulombovog zakona. Od elektromagnetskih valova dati tip komunikacija se odlikuje sposobnošću povezivanja dipola kada se nalaze na istoj liniji. S povećanjem udaljenosti jačina veze slabi, a uočava se i snažan utjecaj raznih smetnji.

induktivna sprega

Na temelju magnetskih lutajućih polja induktiviteta. Promatrano između objekata koji imaju induktivitet. Njegova je primjena prilično ograničena zbog djelovanja kratkog dometa.

Trenutni priključak

Zbog širenja struja u vodljivom mediju može doći do određene interakcije. Ako se struje prolaze kroz terminale (par kontakata), tada se te iste struje mogu detektirati na znatnoj udaljenosti od kontakata. To je ono što se zove učinak širenja struje.

Teslina veza

Poznati fizičar Nikola Tesla izumio je komunikaciju pomoću valova na vodljivoj površini. Ako se na nekom mjestu ravnine poremeti gustoća nosača naboja, tada će se ti nosači početi kretati, što će težiti uspostavljanju ravnoteže. Budući da nosači imaju inercijsku prirodu, oporavak ima valni karakter.

Elektromagnetska veza

Zračenje elektromagnetskih valova odlikuje se velikim djelovanjem dugog dometa, budući da je njihova amplituda obrnuto proporcionalna udaljenosti do izvora. Upravo se ova metoda bežične komunikacije najviše koristi. Ali što su elektromagnetski valovi? Prvo morate napraviti kratku digresiju u povijest njihova otkrića.

Kako su se "pojavili" elektromagnetski valovi?

Sve je počelo 1829. godine, kada je američki fizičar Henry otkrio poremećaje u električnim pražnjenjima u eksperimentima s Leydenskim staklenkama. Godine 1832. fizičar Faraday je sugerirao postojanje takvog procesa kao što su elektromagnetski valovi. Maxwell je stvorio svoje poznate jednadžbe elektromagnetizma 1865. godine. Krajem devetnaestog stoljeća bilo je mnogo uspješnih pokušaja stvaranja bežične komunikacije korištenjem elektrostatičke i elektromagnetske indukcije. Slavni izumitelj Edison smislio je sustav koji je dopuštao putnike željeznička pruga slati i primati telegrame dok se vlak kreće. G. Hertz je 1888. nedvojbeno dokazao da se elektromagnetski valovi pojavljuju pomoću uređaja koji se zove vibrator. Hertz je proveo eksperiment prijenosa elektromagnetskog signala na daljinu. Godine 1890. inženjer i fizičar Branly iz Francuske izumio je uređaj za snimanje elektromagnetska radijacija. Kasnije je ovaj uređaj nazvan "radio dirigent" (koherer). Nikola Tesla je 1891.-1893. opisao osnovne principe za provedbu prijenosa signala na velike udaljenosti i patentirao jarbolnu antenu, koja je bila izvor elektromagnetskih valova. Daljnje zasluge u proučavanju valova i tehničkoj provedbi njihove proizvodnje i primjene pripadaju poznatim fizičarima i izumiteljima kao što su Popov, Marconi, de Maur, Lodge, Mirhead i mnogi drugi.

Koncept "elektromagnetskog vala"

Elektromagnetski val je pojava koja se širi u prostoru određenom konačnom brzinom i predstavlja izmjenično električno i magnetsko polje. Budući da su magnetska i električna polja neraskidivo povezana jedno s drugim, tvore elektromagnetno polje. Također se može reći da je elektromagnetski val perturbacija polja, a tijekom njegovog širenja energija koju magnetsko polje ima pretvara se u energiju električnog polja i obrnuto, prema Maxwellovoj elektrodinamici. Izvana, ovo je slično širenju bilo kojeg drugog vala u bilo kojem drugom mediju, ali postoje i značajne razlike.

Koja je razlika između elektromagnetskih valova i drugih?

Energija elektromagnetskih valova širi se u prilično nerazumljivom mediju. Da bismo usporedili ove valove i bilo koje druge, potrebno je razumjeti o kakvom mediju za širenje govorimo. Pretpostavlja se da je unutaratomski prostor ispunjen električnim eterom – specifičnim medijem, koji je apsolutni dielektrik. Svi valovi tijekom širenja pokazuju prijelaz kinetičke energije u potencijalnu i obrnuto. U isto vrijeme, te energije su pomaknule maksimum u vremenu i prostoru jedna u odnosu na drugu za jednu četvrtinu puno razdoblje valovi. U ovom slučaju, prosječna energija vala, kao zbroj potencijalne i kinetičke energije, je konstantna vrijednost. Ali s elektromagnetskim valovima situacija je drugačija. Energije magnetskog i električnog polja istovremeno dosežu svoje maksimalne vrijednosti.

Kako nastaje elektromagnetski val?

Materija elektromagnetskog vala je električno polje (eter). Pokretno polje je strukturirano i sastoji se od energije njegova kretanja i električna energija samo polje. Stoga je potencijalna energija vala povezana s kinetičkom energijom i u fazi je. Priroda elektromagnetskog vala je periodično električno polje koje je u stanju translacijskog gibanja u prostoru i kreće se brzinom svjetlosti.

Struje pomaka

Postoji još jedan način da se objasni što su elektromagnetski valovi. Pretpostavlja se da struje pomaka nastaju u eteru tijekom kretanja nehomogenih električnih polja. Nastaju, naravno, samo za stacionarnog vanjskog promatrača. U trenutku kada takav parametar kao što je jakost električnog polja dosegne svoj maksimum, struja pomaka u danoj točki prostora će se zaustaviti. Sukladno tome, pri minimalnoj napetosti dobiva se obrnuta slika. Ovaj pristup pojašnjava valnu prirodu elektromagnetskog zračenja, budući da se ispostavlja da je energija električnog polja pomaknuta za jednu četvrtinu perioda u odnosu na struje pomaka. Tada možemo reći da se električni poremećaj, odnosno energija smetnje, pretvara u energiju struje pomaka i obrnuto i širi se na valni način u dielektričnom mediju.

Tehnološki napredak ima i lošu stranu. Globalna uporaba različite opreme na električni pogon uzrokovala je onečišćenje koje je dobilo naziv – elektromagnetska buka. U ovom članku razmotrit ćemo prirodu ovog fenomena, stupanj njegovog utjecaja na ljudsko tijelo i zaštitne mjere.

Što je to i izvori zračenja

Elektromagnetno zračenje su elektromagnetski valovi koji nastaju kada je poremećeno magnetsko ili električno polje. Suvremena fizika ovaj proces tumači u okviru teorije korpuskularno-valnog dualizma. To jest, minimalni dio elektromagnetskog zračenja je kvantni, ali istovremeno ima svojstva frekvencijskih valova koja određuju njegove glavne karakteristike.

Frekvencijski spektar zračenja elektromagnetsko polje, omogućuje vam da ga klasificirate u sljedeće vrste:

• radio frekvencija (to uključuje radio valove);
• toplinski (infracrveni);
• optički (odnosno vidljivi oku);
• zračenje u ultraljubičastom spektru i tvrdo (ionizirano).

Detaljna ilustracija spektralnog raspona (skala elektromagnetske emisije) može se vidjeti na donjoj slici.

Priroda izvora zračenja

Ovisno o podrijetlu, izvori zračenja elektromagnetskih valova u svjetskoj praksi obično se klasificiraju u dvije vrste, i to:

• poremećaji elektromagnetskog polja umjetnog porijekla;
• zračenja iz prirodnih izvora.

Zračenja koja dolaze iz magnetskog polja oko Zemlje, električni procesi u atmosferi našeg planeta, nuklearna fuzija u utrobi sunca – svi su prirodnog porijekla.

Što se tiče umjetnih izvora, oni su nuspojava uzrokovana radom raznih električnih mehanizama i uređaja.

Zračenje koje izlazi iz njih može biti niske i visoke razine. Stupanj intenziteta zračenja elektromagnetskog polja u potpunosti ovisi o razinama snage izvora.

Primjeri izvora visokog EMP-a uključuju:

• Električni vodovi su obično visokonaponski;
• sve vrste električnog prijevoza, kao i prateću infrastrukturu;
• televizijski i radijski tornjevi, kao i mobilne i mobilne komunikacijske stanice;
• postrojenja za pretvorbu napona električna mreža(posebno valovi koji dolaze iz transformatora ili distribucijske trafostanice);
• dizala i druge vrste opreme za dizanje gdje se koristi elektromehanička elektrana.

Tipični izvori koji emitiraju zračenje niske razine uključuju sljedeću električnu opremu:

• gotovo svi uređaji s CRT zaslonom (na primjer: terminal za plaćanje ili računalo);
• Različite vrste Kućanski aparati, u rasponu od glačala do klimatskih sustava;
• inženjerski sustavi koji opskrbljuju električnom energijom različite objekte (ne znači samo kabel za napajanje, već pripadajuću opremu, poput utičnica i brojila).

Zasebno, vrijedi istaknuti posebnu opremu koja se koristi u medicini, koja emitira tvrdo zračenje (rendgenski aparati, MRI, itd.).

Utjecaj na osobu

Tijekom brojnih studija radiobiolozi su došli do razočaravajućeg zaključka - dugotrajno zračenje elektromagnetskih valova može uzrokovati "eksploziju" bolesti, odnosno uzrokuje brzi razvoj patoloških procesa u ljudskom tijelu. Štoviše, mnogi od njih uvode kršenja na genetskoj razini.

Video: Kako elektromagnetno zračenje utječe na ljude.
https://www.youtube.com/watch?v=FYWgXyHW93Q

To je zbog činjenice da je elektromagnetsko polje visoka razina biološka aktivnost, koja negativno utječe na žive organizme. Faktor utjecaja ovisi o sljedećim komponentama:

• priroda proizvedenog zračenja;
• koliko dugo i kojim intenzitetom se nastavlja.

Utjecaj zračenja, koje ima elektromagnetsku prirodu, na zdravlje ljudi, izravno ovisi o lokalizaciji. Može biti lokalno ili Općenito. U potonjem slučaju dolazi do ozračivanja velikih razmjera, na primjer, zračenja koje proizvode dalekovodi.

Sukladno tome, lokalno zračenje se odnosi na utjecaj na određene dijelove tijela. Odlazni iz elektronskog sata ili mobitel elektromagnetski valovi, izvrstan primjer lokalnog utjecaja.

Zasebno je potrebno napomenuti toplinski učinak visokofrekventnog elektromagnetskog zračenja na živu tvar. Energija polja se pretvara u Termalna energija(zbog vibracije molekula), ovaj učinak temelji se na radu industrijskih mikrovalnih emitera koji se koriste za grijanje razne tvari. Za razliku od prednosti proizvodnih procesa, toplinski učinci na ljudsko tijelo mogu biti štetni. Sa stajališta radiobiologije, ne preporuča se biti u blizini "tople" električne opreme.

Mora se uzeti u obzir da smo u svakodnevnom životu redovito izloženi zračenju, a to se događa ne samo na poslu, već i kod kuće ili kada se krećete po gradu. S vremenom se biološki učinak akumulira i pojačava. S porastom elektromagnetske buke, broj karakterističnih bolesti mozga odn živčani sustav. Imajte na umu da je radiobiologija prilično mlada znanost, pa šteta koju nanosi elektromagnetsko zračenje živim organizmima nije temeljito proučena.

Slika prikazuje razinu elektromagnetskih valova koje proizvode konvencionalni kućanski aparati.

Imajte na umu da razina jakosti polja značajno opada s udaljenosti. Odnosno, kako bi se smanjio njegov učinak, dovoljno je odmaknuti se od izvora na određenu udaljenost.

Formula za izračun norme (racioniranja) zračenja elektromagnetskog polja navedena je u relevantnim GOST-ovima i SanPiN-ovima.

Zaštita od zračenja

U proizvodnji se aktivno koriste upijajući (zaštitni) zasloni kao sredstvo zaštite od zračenja. Nažalost, takvom opremom kod kuće nije moguće zaštititi se od zračenja elektromagnetskog polja, jer nije za to dizajnirana.

• da biste smanjili utjecaj zračenja elektromagnetskog polja na gotovo nulu, trebali biste se udaljiti od dalekovoda, radijskih i televizijskih tornjeva na udaljenosti od najmanje 25 metara (morate uzeti u obzir snagu izvora);
• za CRT monitor i TV, ova udaljenost je mnogo manja - oko 30 cm;
• elektronički sat ne smije se postavljati blizu jastuka, optimalna udaljenost za njih više od 5 cm;
• što se tiče radija i Mobiteli, nije preporučljivo približavati ih bliže od 2,5 centimetra.

Imajte na umu da mnogi ljudi znaju koliko je opasno stajati u blizini visokonaponskih dalekovoda, ali u isto vrijeme većina ljudi ne pridaje važnost običnim kućanskim električnim aparatima. Iako je dovoljno staviti jedinicu sustava na pod ili je odmaknuti, a zaštitit ćete sebe i svoje najmilije. Savjetujemo vam da to učinite, a zatim izmjerite pozadinu s računala pomoću detektora zračenja elektromagnetskog polja kako biste vizualno provjerili njegovo smanjenje.

Ovaj savjet vrijedi i za smještaj hladnjaka, mnogi ga stavljaju blizu Kuhinjski stol, praktično, ali nesigurno.

Nijedna tablica neće moći naznačiti točnu sigurnu udaljenost od određene električne opreme, budući da emisije mogu varirati, ovisno o modelu uređaja i zemlji proizvodnje. U ovom trenutku ne postoji jedinstveni međunarodni standard, dakle, in različite zemlje standardi se mogu značajno razlikovati.

Možete točno odrediti intenzitet zračenja pomoću posebnog uređaja - fluksmetra. Prema standardima usvojenim u Rusiji, najveća dopuštena doza ne smije biti veća od 0,2 μT. Preporučamo mjerenje u stanu pomoću gore navedenog uređaja za mjerenje stupnja zračenja elektromagnetskog polja.

Fluxmeter - uređaj za mjerenje stupnja zračenja elektromagnetskog polja

Pokušajte skratiti vrijeme kada ste izloženi zračenju, odnosno nemojte se dugo zadržavati u blizini električnih uređaja koji rade. Na primjer, uopće nije potrebno stalno stajati uz električni štednjak ili mikrovalnu pećnicu tijekom kuhanja. Što se tiče električne opreme, možete vidjeti da toplo ne znači uvijek sigurno.

Uvijek isključite električne uređaje kada ih ne koristite. Ljudi ga često ostavljaju uključenim razni uređaji, ne uzimajući u obzir da se u ovom trenutku elektromagnetsko zračenje emitira iz elektrotehnike. Isključite laptop, printer ili drugu opremu, nepotrebno je ponovno se izlagati zračenju, zapamtite svoju sigurnost.

Malo ljudi zna da elektromagnetsko zračenje prožima cijeli Svemir. Elektromagnetski valovi nastaju kada se šire u svemiru. Ovisno o frekvenciji valnih oscilacija, uvjetno se dijele na vidljivu svjetlost, radiofrekvencijski spektar, infracrvene opsege itd. Praktično postojanje elektromagnetskih valova empirijski je dokazao 1880. njemački znanstvenik G. Hertz (usput, frekvencija jedinica je nazvana po njemu).

Iz tečaja fizike je poznato što čini posebnu vrstu materije. Unatoč činjenici da se samo mali dio može vidjeti pogledom, njegov učinak na materijalnog svijeta ogroman. Elektromagnetski valovi su sukcesivno širenje u prostoru interakcijskih vektora magnetskog i električnog polja. Međutim, riječ "distribucija" u ovom slučaju nije sasvim točna: pričamo, radije, o valovnoj perturbaciji prostora. Razlog generiranja elektromagnetskih valova je pojava u prostoru električnog polja koje se mijenja tijekom vremena. I, kao što znate, postoji izravna veza između električnog i magnetskog polja. Dovoljno je prisjetiti se pravila prema kojem oko bilo kojeg vodiča sa strujom postoji magnetsko polje. Čestica na koju djeluju elektromagnetski valovi počinje oscilirati, a budući da postoji kretanje, znači da postoji zračenje energije. Električno polje w prenosi se na susjednu česticu koja miruje, kao rezultat toga, ponovno se stvara polje električne prirode. A budući da su polja međusobno povezana, slijedi magnetsko. Proces se širi poput lavine. U ovom slučaju nema pravog kretanja, ali postoje vibracije čestica.

O prilici praktična upotreba fizičari o tome već dugo razmišljaju. U suvremenom svijetu energija elektromagnetskih valova toliko se koristi da je mnogi niti ne primjećuju, uzimajući je zdravo za gotovo. Upečatljiv primjer su radio valovi, bez kojih bi rad televizora i mobitela bio nemoguć.

Proces se odvija na sljedeći način: modulirani metalni vodič (antena) neprestano se prenosi na metalni vodič posebnog oblika.Zbog svojstava električne struje oko vodiča nastaje električno polje, a zatim magnetsko polje, kao npr. uslijed čega se emitiraju elektromagnetski valovi. Budući da je moduliran, oni nose određeni red, kodirane informacije. Za hvatanje željenih frekvencija kod primatelja se postavlja prijemna antena posebnog dizajna. Omogućuje odabir željenih frekvencija iz opće elektromagnetske pozadine. Kada se nađu na metalnom prijemniku, valovi se djelomično pretvaraju u struja originalna modulacija. Zatim odlaze do jedinice za pojačanje i kontroliraju rad uređaja (pomiču konus zvučnika, rotiraju elektrode na TV ekranima).

Lako se može vidjeti struja koja nastaje iz elektromagnetskih valova. Da biste to učinili, dovoljno je da goli stambeni kabel koji ide od antene do prijemnika dotakne ukupnu masu (baterije za grijanje. U ovom trenutku između mase i jezgre skoči iskra - to je manifestacija generirane struje antenom.Njegova vrijednost je veća, što je odašiljač bliži i snažniji.Također konfiguracija antene ima značajan utjecaj.

Još jedna manifestacija elektromagnetskih valova s ​​kojom se mnogi ljudi svakodnevno susreću u svakodnevnom životu je korištenje mikrovalna pećnica. Rotirajuće linije jakosti polja prelaze predmet i prenose dio svoje energije, zagrijavajući ga.

to je proces širenja elektromagnetske interakcije u prostoru.
Elektromagnetski valovi su opisani Maxwellovim jednadžbama zajedničkim za elektromagnetske pojave. Čak i u nedostatku prostora električnih naboja i struje, Maxwellove jednadžbe imaju rješenja različita od nule. Ova rješenja opisuju elektromagnetske valove.
U nedostatku naboja i struja, Maxwellove jednadžbe imaju sljedeći oblik:

,

Primjenom operacije rot na prve dvije jednadžbe možete dobiti zasebne jednadžbe za određivanje jakosti električnog i magnetskog polja

Ove jednadžbe imaju tipičan oblik valne jednadžbe. Njihova odvajanja su superpozicija izraza sljedećeg tipa

Gdje - Određeni vektor, koji se zove valni vektor, ? - broj koji se naziva ciklička frekvencija, ? - faza. Veličine su amplitude električne i magnetske komponente elektromagnetskog vala. Oni su međusobno okomiti i jednaki po apsolutnoj vrijednosti. Fizička interpretacija svake od uvedenih veličina data je u nastavku.
U vakuumu, elektromagnetski val putuje brzinom koja se naziva brzinom svjetlosti. Brzina svjetlosti je temeljna fizička konstanta, koja se označava latinično slovo c. Prema osnovnom postulatu teorije relativnosti, brzina svjetlosti je najveća moguća brzina prijenosa informacija ili kretanja tijela. Ova brzina je 299,792,458 m/s.
Elektromagnetski val karakterizira frekvencija. Razlikovati frekvenciju linije? i ciklička frekvencija? = 2??. Ovisno o frekvenciji, elektromagnetski valovi pripadaju jednom od spektralnih raspona.
Druga karakteristika elektromagnetskog vala je valni vektor. Valni vektor određuje smjer širenja elektromagnetskog vala, kao i njegovu duljinu. Apsolutna vrijednost vektora vjetra naziva se valni broj.
Duljina elektromagnetskog vala? = 2? / k, gdje je k valni broj.
Duljina elektromagnetskog vala je povezana s frekvencijom kroz zakon disperzije. U praznini, ova veza je jednostavna:

?? = c.

Ovaj omjer se često piše kao

? = c k.

Elektromagnetski valovi iste frekvencije i valnog vektora mogu se razlikovati u fazi.
U vakuumu su vektori jakosti električnog i magnetskog polja elektromagnetskog vala nužno okomiti na smjer širenja vala. Takvi valovi se nazivaju posmičnim valovima. Matematički, to je opisano jednadžbama i . Osim toga, jakosti električnog i magnetskog polja su okomite jedna na drugu i uvijek su jednake u apsolutnoj vrijednosti u bilo kojoj točki prostora: E = H. Ako odaberete koordinatni sustav tako da se os z podudara sa smjerom širenja elektromagnetskog vala, postoje dva razne mogućnosti za smjerove vektora jakosti električnog polja. Ako je eklektičko polje usmjereno duž osi x, tada će magnetsko polje biti usmjereno duž osi y, i obrnuto. Ove dvije različite mogućnosti se međusobno ne isključuju i odgovaraju dvjema različitim polarizacijama. O ovom pitanju detaljnije se govori u članku Polarizacija valova.
Spektralni rasponi s odabranom vidljivom svjetlošću Ovisno o frekvenciji ili valnoj duljini (ove su veličine povezane), elektromagnetski valovi se klasificiraju u različite raspone. Valovi u različitim rasponima međusobno djeluju s fizičkim tijelima na različite načine.
Elektromagnetski valovi s najnižom frekvencijom (ili najdužom valnom duljinom) nazivaju se radio domet. Radio pojas se koristi za prijenos signala na daljinu pomoću radija, televizije, mobitela. Radar radi u radijskom dometu. Radio raspon se dijeli na metar, ditsemetar, centimetar, milimetar, ovisno o duljini elektromagnetskog vala.
Elektromagnetski valovi vjerojatno pripadaju infracrvenom području. U infracrvenom području leži toplinsko zračenje tijela. Registriranje ove vibracije je osnova za rad uređaja za noćno gledanje. Infracrveni valovi se koriste za proučavanje toplinskih vibracija u tijelima i pomažu u određivanju strukture atoma. čvrste tvari, plinovi i tekućine.
Elektromagnetsko zračenje valne duljine od 400 nm do 800 nm pripada rasponu vidljive svjetlosti. Vidljivo svjetlo ima različite boje ovisno o frekvenciji i valnoj duljini.
Valne duljine manje od 400 nm nazivaju se ultraljubičasto. Ljudsko oko ih ne razlikuje, iako se njihova svojstva ne razlikuju od svojstava valova u vidljivom rasponu. Visoka frekvencija, a time i energija kvanta takve svjetlosti dovode do razornijeg učinka ultraljubičastih valova na biološke objekte. Zemljina površina je zaštićena od štetnog djelovanja ultraljubičastih valova ozonskim omotačem. Za dodatnu zaštitu, priroda je ljude obdarila tamnom kožom. Međutim ultraljubičaste zrake potrebna osobi za proizvodnju vitamina D. Zato ljudi u sjeverne geografske širine, gdje je intenzitet ultraljubičastih valova manji, izgubila je tamnu boju kože.
Elektromagnetski valovi više frekvencije su rendgenski snimak rasponu. Zovu se tako jer ih je otkrio Roentgen, proučavajući zračenje koje nastaje tijekom usporavanja elektrona. U stranoj literaturi takvi se valovi nazivaju X-zrake poštujući Roentgenovu želju da ga zrake ne zovu njegovim imenom. Rentgenski valovi slabo djeluju s materijom, jače se apsorbiraju tamo gdje je gustoća veća. Ova se činjenica koristi u medicini za rendgensku fluorografiju. Rentgenski valovi se također koriste za elementarnu analizu i proučavanje strukture kristalnih tijela.
imaju najveću frekvenciju i najkraću duljinu ?-zrake. Takve zrake nastaju kao rezultat nuklearnih reakcija i reakcija između elementarne čestice. ?-zrake imaju veliki destruktivni učinak na biološke objekte. Međutim, oni se koriste u fizici za proučavanje razne karakteristike atomska jezgra.
Energija elektromagnetskog vala određena je zbrojem energija električnog i magnetskog polja. Gustoća energije u određenoj točki prostora dana je:

.

Vremenski prosječna gustoća energije jednaka je.

,

Gdje je E 0 = H 0 amplituda vala.
Važnost ima gustoću toka energije elektromagnetskog vala. Konkretno, određuje svjetlosni tok u optici. Gustoća toka energije elektromagnetskog vala dana je Umov-Poyntingovim vektorom.

Širenje elektromagnetskih valova u mediju ima niz značajki u usporedbi s širenjem u vakuumu. Ove značajke povezane su sa svojstvima medija i općenito ovise o frekvenciji elektromagnetskog vala. Električna i magnetska komponenta vala uzrokuju polarizaciju i magnetizaciju medija. Ovaj odgovor medija nije isti u slučaju niskih i visokih frekvencija. Pri niskoj frekvenciji elektromagnetskog vala, elektroni i ioni tvari imaju vremena reagirati na promjene u intenzitetu električnog i magnetskog polja. Odgovor medija prati vremenske fluktuacije u valove. Na visokoj frekvenciji, elektroni i ioni tvari nemaju vremena za pomak tijekom razdoblja osciliranja valnih polja, pa su polarizacija i magnetizacija medija mnogo manje.
Elektromagnetsko polje niske frekvencije ne prodire u metale, gdje ima mnogo slobodnih elektrona, koji se na taj način istiskuju, potpuno gase elektromagnetski val. Elektromagnetski val počinje prodirati u metal na frekvenciji koja prelazi određenu frekvenciju, što se naziva frekvencija plazme. Na frekvencijama nižim od frekvencije plazme, elektromagnetski val može prodrijeti u površinski sloj metala. Taj se fenomen naziva kožnim efektom.
U dielektricima se mijenja zakon disperzije elektromagnetskog vala. Ako se elektromagnetski valovi šire s konstantnom amplitudom u vakuumu, tada se u mediju raspadaju zbog apsorpcije. U tom slučaju energija vala se prenosi na elektrone ili ione medija. Ukupno, zakon disperzije u odsustvu magnetskih učinaka poprima oblik

Gdje je valni broj k ukupna kompleksna veličina, čiji imaginarni dio opisuje smanjenje amplitude elektromagnetskog vala, je kompleksna permitivnost medija ovisna o frekvenciji.
U anizotropnim medijima smjer vektora električnog i magnetskog polja nije nužno okomit na smjer širenja vala. Međutim, smjer vektora električne i magnetske indukcije zadržava ovo svojstvo.
U mediju se pod određenim uvjetima može širiti druga vrsta elektromagnetskog vala - uzdužni elektromagnetski val, za koji se smjer vektora jakosti električnog polja podudara sa smjerom širenja vala.
Početkom dvadesetog stoljeća, kako bi objasnio spektar zračenja crnog tijela, Max Planck je sugerirao da elektromagnetske valove emitiraju kvanti s energijom proporcionalnom frekvenciji. Nekoliko godina kasnije, Albert Einstein, objašnjavajući fenomen fotoelektričnog efekta, proširio je ovu ideju pretpostavkom da elektromagnetske valove apsorbiraju isti kvanti. Tako je postalo jasno da elektromagnetske valove karakteriziraju neka svojstva koja su se prije pripisivala materijalnim česticama, korpuskulama.
Ova ideja se naziva korpuskularno-valni dualizam.

Elektromagnetski valovi rezultat su višegodišnjih rasprava i tisuća eksperimenata. Dokaz prisutnosti sila prirodnog podrijetla koje mogu preokrenuti sadašnje društvo. Ovo je stvarno prihvaćanje jednostavne istine – premalo znamo o svijetu u kojem živimo.

Fizika je kraljica među prirodnim znanostima, sposobna odgovoriti na pitanja o podrijetlu ne samo života, već i samog svijeta. Znanstvenicima daje mogućnost proučavanja električnih i magnetskih polja, čija interakcija stvara EMW (elektromagnetski valovi).

Što je elektromagnetski val

Ne tako davno na ekranima naše zemlje izašao je film “Rat struja” (2018.), u kojem s dozom fikcije govori o sporu između dva velika znanstvenika Edisona i Tesle. Jedan je pokušao dokazati korist od istosmjerna struja, drugi - iz varijable. Ova duga bitka završila je tek u sedmoj godini dvadeset i prvog stoljeća.

Na samom početku “bitke” drugi znanstvenik, koji se bavi teorijom relativnosti, opisao je elektricitet i magnetizam kao slične pojave.

U tridesetoj godini devetnaestog stoljeća fizičar engleskog porijekla Faraday je otkrio fenomen elektromagnetska indukcija te uveo pojam jedinstva električnog i magnetskog polja. Također je tvrdio da je kretanje u ovom polju ograničeno brzinom svjetlosti.

Malo kasnije, teorija engleskog znanstvenika Maxwella rekla je da električna energija uzrokuje magnetski učinak, a magnetizam uzrokuje električno polje. Budući da se oba ova polja kreću u prostoru i vremenu, stvaraju perturbacije – odnosno elektromagnetske valove.

Jednostavno rečeno, elektromagnetski val je prostorna perturbacija elektromagnetskog polja.

Eksperimentalno je postojanje EMW dokazao njemački znanstvenik Hertz.

Elektromagnetski valovi, njihova svojstva i karakteristike

Elektromagnetske valove karakteriziraju sljedeći čimbenici:

• duljina (dovoljno širok raspon);
• frekvencija;
• intenzitet (ili amplituda titranja);
• količina energije.

Glavno svojstvo svih elektromagnetskih zračenja je valna duljina (u vakuumu), koja se obično navodi u nanometrima za spektar vidljive svjetlosti.

Svaki nanometar predstavlja tisućiti dio mikrometra i mjeri se razmakom između dva uzastopna vrha (vrhova).

Odgovarajuća frekvencija zračenja vala je broj sinusnih oscilacija i obrnuto proporcionalna valnoj duljini.

Frekvencija se obično mjeri u hercima. Dakle, veće valne duljine odgovaraju nižoj frekvenciji zračenja, a kraće valne duljine višoj frekvenciji zračenja.

Glavna svojstva valova:

• lom;
• odraz;
• apsorpcija;
• smetnje.

brzina elektromagnetskog vala

Stvarna brzina širenja elektromagnetskog vala ovisi o materijalu koji medij ima, njegovoj optičkoj gustoći i prisutnosti faktora kao što je tlak.

Osim, razni materijali imaju različitu gustoću "pakiranja" atoma, što su bliže, udaljenost je manja i brzina veća. Kao rezultat toga, brzina elektromagnetskog vala ovisi o materijalu kroz koji putuje.

Slični eksperimenti se provode u hadronskom sudaraču, gdje je glavni instrument utjecaja nabijena čestica. Proučavanje elektromagnetskih pojava odvija se tamo na kvantnoj razini, kada se svjetlost razlaže na najsitnije čestice - fotone. Ali kvantna fizika je zasebno pitanje.

Prema teoriji relativnosti, najveća brzina širenja valova ne može premašiti brzinu svjetlosti. Konačnost ograničenja brzine u svojim je spisima opisao Maxwell, objašnjavajući to prisutnošću novog polja - etera. Moderna službena znanost još nije proučavala takav odnos.

Elektromagnetsko zračenje i njegove vrste

Elektromagnetsko zračenje se sastoji od elektromagnetskih valova, koji se promatraju kao fluktuacije u električnim i magnetskim poljima, šireći se brzinom svjetlosti (300 km u sekundi u vakuumu).

Kada EM zračenje stupi u interakciju s materijom, njegovo se ponašanje kvalitativno mijenja s promjenom frekvencije. Zašto se pretvara u:

1. Radio emisija. Na radio-frekvencijama i mikrovalnim frekvencijama, em zračenje stupa u interakciju s materijom uglavnom u obliku zajedničkog skupa naboja koji su raspoređeni po veliki broj zahvaćeni atomi.
2. Infracrveno zračenje. Za razliku od niskofrekventnog radio i mikrovalnog zračenja, infracrveni emiter obično stupa u interakciju s dipolima prisutnim u pojedinačnim molekulama, koji se mijenjaju na krajevima dok vibriraju. kemijska veza na atomskoj razini.
3. Emisija vidljive svjetlosti. Kako frekvencija raste u vidljivom rasponu, fotoni imaju dovoljno energije da promijene strukturu veza nekih pojedinačnih molekula.
4. Ultraljubičasto zračenje. Učestalost se povećava. Sada ima dovoljno energije u ultraljubičastim fotonima (više od tri volta) da dvostruko djeluje na veze molekula, neprestano ih kemijski preuređujući.
5. Ionizirana radiacija. Na najvišim frekvencijama i najmanjoj valnoj duljini. Apsorpcija tih zraka materijom utječe na cijeli gama spektar. Najpoznatiji učinak je zračenje.

Što je izvor elektromagnetskih valova

Svijet je, prema mladoj teoriji nastanka svega, nastao zahvaljujući impulsu. Otpustio je kolosalnu energiju, koja se zvala velika eksplozija. Tako se pojavio prvi em-val u povijesti svemira.

Trenutno izvori nastanka smetnji uključuju:

• emv emitira umjetni vibrator;
• rezultat vibracije atomskih skupina ili dijelova molekula;
• ako postoji utjecaj na vanjska ljuska tvari (na atomsko-molekularnoj razini);
• učinak sličan svjetlu;
• tijekom nuklearnog raspada;
• posljedica usporavanja elektrona.

Razmjer i primjena elektromagnetskog zračenja

Skala zračenja označava širok raspon frekvencije valova od 3·10 6 ÷10 -2 do 10 -9 ÷ 10 -14 .

Svaki dio elektromagnetskog spektra ima širok raspon primjena u našem svakodnevnom životu:

1. Valovi male duljine (mikrovalovi). Ovi električni valovi se koriste kao satelitski signal jer su u stanju zaobići Zemljinu atmosferu. Također, za grijanje i kuhanje u kuhinji koristi se malo poboljšana verzija - ovo je mikrovalna pećnica. Princip pripreme je jednostavan - pod djelovanjem mikrovalno zračenje molekule vode se apsorbiraju i ubrzavaju, što uzrokuje zagrijavanje posude.
2. Duge perturbacije se koriste u radio tehnologijama (radiovalovi). Njihova frekvencija ne propušta oblake i atmosferu, zahvaljujući čemu su nam dostupni FM radio i televizija.
3. Infracrveni poremećaji su izravno povezani s toplinom. Gotovo ga je nemoguće vidjeti. Pokušajte primijetiti bez posebne opreme snop s daljinskog upravljača vašeg TV-a, glazbenog centra ili radija u automobilu. Uređaji koji mogu očitati takve valove koriste se u vojskama zemalja (uređaj za noćno gledanje). Također u indukcijskim kuhalima u kuhinjama.
4. Ultraljubičasto je također povezano s toplinom. Najmoćniji prirodni "generator" takvog zračenja je sunce. Upravo zbog djelovanja ultraljubičastog zračenja na koži osobe nastaje preplanulost. U medicini se ova vrsta valova koristi za dezinfekciju instrumenata, ubijanje klica i.
5. Gama-zrake su najsnažnija vrsta zračenja u kojoj je koncentriran kratkovalni poremećaj visoke frekvencije. Energija sadržana u ovom dijelu elektromagnetskog spektra daje zrakama veću prodornu moć. Primjenjivo u nuklearna fizika- mirno, nuklearno oružje - borbena uporaba.

Utjecaj elektromagnetskih valova na zdravlje ljudi

Mjerenje utjecaja emv na ljude odgovornost je znanstvenika. Ali ne morate biti stručnjak za procjenu intenziteta ionizirajućeg zračenja - ono izaziva promjene na razini ljudske DNK, što podrazumijeva ozbiljne bolesti kao što je onkologija.

Nije ni čudo što se štetan utjecaj černobilske katastrofe smatra jednim od najopasnijih za prirodu. Nekoliko četvornih kilometara nekada lijepog teritorija postalo je zona potpune isključenosti. Sve do kraja stoljeća, eksplozija u nuklearnoj elektrani Černobil opasna je sve dok se ne završi poluživot radionuklida.

Neke vrste emv (radio, infracrveno, ultraljubičasto) ne uzrokuju puno štete osobi i predstavljaju samo nelagodu. Uostalom, magnetsko polje zemlje praktički ne osjećamo, ali emv s mobilnog telefona može uzrokovati glavobolja(utjecaj na živčani sustav).

Kako biste zaštitili svoje zdravlje od elektromagnetizma, trebali biste jednostavno poduzeti razumne mjere opreza. Umjesto stotina sati igranja računalne igrice, izađite u šetnju.