Էլեկտրամագնիսական ալիքները և դրանց բաշխումը. էլեկտրամագնիսական ալիք

Մ. Ֆարադեյը ներկայացրեց դաշտ հասկացությունը.

էլեկտրաստատիկ դաշտ լիցքի շուրջ հանգստի վիճակում

շարժվող լիցքերի (հոսանքի) շուրջ կա մագնիսական դաշտ։

1830 թվականին Մ.Ֆարադեյը հայտնաբերել է այդ երեւույթը էլեկտրամագնիսական ինդուկցիա: երբ այն փոխվում է մագնիսական դաշտըհորձանուտ կա էլեկտրական դաշտ.

Նկար 2.7 - Vortex էլեկտրական դաշտ

որտեղ,
- էլեկտրական դաշտի ուժի վեկտոր,
- մագնիսական ինդուկցիայի վեկտոր:

Փոփոխական մագնիսական դաշտը ստեղծում է պտտվող էլեկտրական դաշտ:

1862 թվականին Դ.Կ. Մաքսվելն առաջ քաշեց մի վարկած՝ երբ փոխվում է էլեկտրական դաշտառաջանում է հորձանուտ մագնիսական դաշտ:

Առաջացավ մեկ էլեկտրամագնիսական դաշտի գաղափարը:

Նկար 2.8 - Միասնական էլեկտրամագնիսական դաշտ:

Փոփոխական էլեկտրական դաշտը ստեղծում է պտտվող մագնիսական դաշտ:

Էլեկտրամագնիսական դաշտ- սա նյութի հատուկ ձև է՝ էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի համադրություն: Փոփոխական էլեկտրական և մագնիսական դաշտերը գոյություն ունեն միաժամանակ և կազմում են մեկ էլեկտրամագնիսական դաշտ: Այն նյութական է.

Այն դրսևորվում է ինչպես հանգստացող, այնպես էլ շարժվող լիցքերի գործողությամբ.

Այն տարածվում է բարձր, բայց սահմանափակ արագությամբ;

Այն գոյություն ունի անկախ մեր կամքից և ցանկություններից:

Լիցքավորման արագությամբ, զրո, կա միայն էլեկտրական դաշտ։ Մշտական ​​լիցքավորման արագությամբ առաջանում է էլեկտրամագնիսական դաշտ:

Լիցքի արագացված շարժման դեպքում էլեկտրամագնիսական ալիք է արտանետվում, որը տարածության մեջ տարածվում է վերջավոր արագությամբ. .

Էլեկտրամագնիսական ալիքների գաղափարի զարգացումը պատկանում է Մաքսվելին, բայց Ֆարադեյն արդեն գիտեր դրանց գոյության մասին, թեև վախենում էր հրատարակել աշխատանքը (այն կարդացվել է նրա մահից ավելի քան 100 տարի անց):

Էլեկտրամագնիսական ալիքի առաջացման հիմնական պայմանը էլեկտրական լիցքերի արագացված շարժումն է։

Ինչ է էլեկտրամագնիսական ալիքը, հեշտ է պատկերացնել հետեւյալ օրինակը. Եթե ​​դուք խիճ եք նետում ջրի երեսին, ապա մակերեսի վրա ձևավորվում են շրջանաձև շեղվող ալիքներ։ Նրանք շարժվում են իրենց առաջացման աղբյուրից (խառնաշփոթ) տարածման որոշակի արագությամբ։ Էլեկտրամագնիսական ալիքների համար խանգարումները տարածության մեջ շարժվող էլեկտրական և մագնիսական դաշտերն են: Ժամանակի փոփոխվող էլեկտրամագնիսական դաշտն անպայման առաջացնում է փոփոխական մագնիսական դաշտ և հակառակը: Այս դաշտերը փոխկապակցված են:

Էլեկտրամագնիսական ալիքների սպեկտրի հիմնական աղբյուրը Արեգակնային աստղն է։ Էլեկտրամագնիսական ալիքների սպեկտրի մի մասը տեսնում է մարդու աչքը: Այս սպեկտրը գտնվում է 380...780 նմ-ի սահմաններում (նկ. 2.1): Տեսանելի սպեկտրում աչքը տարբեր կերպ է ընկալում լույսը։ Տարբեր ալիքների երկարությամբ էլեկտրամագնիսական տատանումները առաջացնում են տարբեր գույներով լույսի սենսացիա։

Նկար 2.9 - Էլեկտրամագնիսական ալիքների սպեկտր

Էլեկտրամագնիսական ալիքների սպեկտրի մի մասն օգտագործվում է ռադիո և հեռուստատեսային հեռարձակման և հաղորդակցության նպատակների համար: Էլեկտրամագնիսական ալիքների աղբյուրը մետաղալարն է (ալեհավաք), որի մեջ տեղի է ունենում տատանումներ էլեկտրական լիցքեր. Լարի մոտ սկսված դաշտերի ձևավորման գործընթացը աստիճանաբար, կետ առ կետ գրավում է ողջ տարածությունը։ Որքան բարձր է հաճախականությունը փոփոխական հոսանքանցնելով մետաղալարով և առաջացնելով էլեկտրական կամ մագնիսական դաշտ, այնքան ավելի ինտենսիվ են հաղորդալարի կողմից ստեղծված տվյալ երկարության ռադիոալիքները:

Ռադիո(լատ. ռադիո - արտանետում, ճառագայթներ արձակում ← շառավիղ - ճառագայթ) - անլար կապի տեսակ, որում որպես ազդանշանի կրիչ օգտագործվում են տարածության մեջ ազատ տարածվող ռադիոալիքները։

ռադիոալիքներ(ռադիո...), 500 մկմ ալիքի երկարությամբ էլեկտրամագնիսական ալիքներ (հաճախականություն)< 6×10 12 Гц).

Ռադիոալիքները էլեկտրական և մագնիսական դաշտեր են, որոնք ժամանակի ընթացքում փոխվում են: Ազատ տարածության մեջ ռադիոալիքների տարածման արագությունը 300000 կմ/վ է։ Դրա հիման վրա դուք կարող եք որոշել ռադիոալիքի երկարությունը (մ):

λ=300/f,որտեղ f - հաճախականություն (ՄՀց)

Հեռախոսազրույցի ընթացքում ստեղծված օդի ձայնային թրթիռները խոսափողի միջոցով վերածվում են ձայնային հաճախականության էլեկտրական թրթիռների, որոնք լարերով փոխանցվում են բաժանորդի սարքավորումներին։ Այնտեղ, գծի մյուս ծայրում, հեռախոսի արձակիչի օգնությամբ դրանք վերածվում են օդային թրթիռների, որոնք ընկալվում են բաժանորդի կողմից որպես հնչյուններ։ Հեռախոսակապում կապի միջոցները լարերն են, ռադիոհեռարձակման մեջ՝ ռադիոալիքները։

Ցանկացած ռադիոկայանի հաղորդիչի «սիրտը» գեներատոր է՝ սարք, որն առաջացնում է բարձր, բայց խիստ հաստատուն հաճախականության տատանումներ տվյալ ռադիոկայանի համար։ Այս ռադիոհաճախականության տատանումները, ուժեղացված պահանջվող հզորությամբ, մտնում են ալեհավաք և շրջապատող տիեզերքում գրգռում են ճիշտ նույն հաճախականության էլեկտրամագնիսական տատանումները՝ ռադիոալիքները: Ռադիոկայանի ալեհավաքից ռադիոալիքների հեռացման արագությունը հավասար է լույսի արագությանը` 300000 կմ/վ, ինչը գրեթե մեկ միլիոն անգամ ավելի արագ է, քան օդում ձայնի տարածումը: Սա նշանակում է, որ եթե Մոսկվայի հեռարձակման կայանում ժամանակի որոշակի պահին միացվեր հաղորդիչը, ապա դրա ռադիոալիքները Վլադիվոստոկ կհասնեին 1/30 վրկ-ից պակաս ժամանակում, և ձայնն այս ընթացքում ժամանակ կունենար տարածվելու ընդամենը 10-ով։ 11 մ.

Ռադիոալիքները տարածվում են ոչ միայն օդում, այլեւ այնտեղ, որտեղ չկա, օրինակ՝ տիեզերքում։ Դրանով նրանք տարբերվում են ձայնային ալիքներ, որի համար բացարձակապես անհրաժեշտ է օդը կամ որևէ այլ խիտ միջավայր, օրինակ՝ ջուր։

էլեկտրամագնիսական ալիք տարածության մեջ տարածվող էլեկտրամագնիսական դաշտ է (վեկտորների տատանումներ
): Լիցքավորման մոտ էլեկտրական և մագնիսական դաշտերը փոխվում են փուլային հերթափոխով p/2:

Նկար 2.10 - Միասնական էլեկտրամագնիսական դաշտ:

Լիցքից մեծ հեռավորության վրա էլեկտրական և մագնիսական դաշտերը փոփոխվում են փուլով:

Նկար 2.11 - Էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի փուլային փոփոխություն:

Էլեկտրամագնիսական ալիքը լայնակի է. Էլեկտրամագնիսական ալիքի արագության ուղղությունը համընկնում է աջ պտուտակի շարժման ուղղության հետ, երբ պտտվում է վեկտորի գիմլետի բռնակը. դեպի վեկտոր .

Նկար 2.12 - Էլեկտրամագնիսական ալիք:

Ընդ որում, էլեկտրամագնիսական ալիքում հարաբեր
, որտեղ c-ն լույսի արագությունն է վակուումում։

Մաքսվելը տեսականորեն հաշվարկել է էլեկտրամագնիսական ալիքների էներգիան և արագությունը։

Այսպիսով, ալիքի էներգիան ուղիղ համեմատական ​​է հաճախականության չորրորդ ուժին. Սա նշանակում է, որ ալիքն ավելի հեշտ ամրացնելու համար անհրաժեշտ է, որ այն լինի բարձր հաճախականության։

Էլեկտրամագնիսական ալիքները հայտնաբերել է Գ.Հերցը (1887):

Փակ տատանողական սխեման չի ճառագայթում էլեկտրամագնիսական ալիքներ. կոնդենսատորի էլեկտրական դաշտի ողջ էներգիան վերածվում է կծիկի մագնիսական դաշտի էներգիայի: Տատանումների հաճախականությունը որոշվում է տատանման շղթայի պարամետրերով.
.

Նկար 2.13 - Տատանողական միացում:

Հաճախականությունը մեծացնելու համար անհրաժեշտ է նվազեցնել L-ն և C-ն, այսինքն. պտտել կծիկը ուղիղ մետաղալարով և, ինչպես
, կրճատեք թիթեղների մակերեսը և տարածեք դրանք առավելագույն հեռավորության վրա։ Սա ցույց է տալիս, որ մենք ստանում ենք, ըստ էության, ուղիղ դիրիժոր:

Նման սարքը կոչվում է Հերց վիբրատոր: Միջինը կտրված է և միացված է բարձր հաճախականության տրանսֆորմատորին: Լարերի ծայրերի միջև, որոնց վրա ամրացված են փոքր գնդաձև հաղորդիչներ, ցատկում է էլեկտրական կայծ, որը էլեկտրամագնիսական ալիքի աղբյուրն է։ Ալիքը տարածվում է այնպես, որ էլեկտրական դաշտի ուժգնության վեկտորը տատանվում է այն հարթությունում, որտեղ գտնվում է հաղորդիչը։

Նկար 2.14 - Հերց վիբրատոր:

Եթե ​​նույն հաղորդիչը (ալեհավաքը) տեղադրվի էմիտերին զուգահեռ, ապա դրա մեջ լիցքերը կտատանվեն, և թույլ կայծերը կցատկեն հաղորդիչների միջև։

Հերցը փորձի ժամանակ հայտնաբերեց էլեկտրամագնիսական ալիքները և չափեց դրանց արագությունը, որը համընկավ Մաքսվելի հաշվարկած արագության հետ և հավասար էր c=3-ի։ 10 8 մ/վրկ.

Փոփոխական էլեկտրական դաշտը առաջացնում է փոփոխական մագնիսական դաշտ, որն, իր հերթին, առաջացնում է փոփոխական էլեկտրական դաշտ, այսինքն՝ ալեհավաք, որը գրգռում է դաշտերից մեկը, առաջացնում է մեկ դաշտի տեսք։ էլեկտրամագնիսական դաշտ. Այս դաշտի ամենակարեւոր հատկությունն այն է, որ այն տարածվում է էլեկտրամագնիսական ալիքների տեսքով։

Անկորուստ միջավայրում էլեկտրամագնիսական ալիքների տարածման արագությունը կախված է միջավայրի համեմատաբար դիէլեկտրական և մագնիսական թափանցելիությունից։ Օդի համար միջավայրի մագնիսական թափանցելիությունը հավասար է մեկի, հետևաբար էլեկտրամագնիսական ալիքների տարածման արագությունն այս դեպքում հավասար է լույսի արագությանը։

Ալեհավաքը կարող է լինել ուղղահայաց մետաղալար, որը սնուցվում է բարձր հաճախականության գեներատորով: Գեներատորը էներգիա է ծախսում հաղորդիչում ազատ էլեկտրոնների շարժումն արագացնելու համար, և այդ էներգիան վերածվում է փոփոխական էլեկտրամագնիսական դաշտի, այսինքն՝ էլեկտրամագնիսական ալիքների։ Որքան բարձր է գեներատորի հոսանքի հաճախականությունը, այնքան ավելի արագ է փոխվում էլեկտրամագնիսական դաշտը և ավելի ինտենսիվ է ալիքի բուժումը:

Անտենաները էլեկտրական դաշտի նման միացված են լարին, ուժային գծերորը սկսվում է դրականից և ավարտվում բացասական լիցքերով, և մագնիսական դաշտը, որի գծերը փակ են լարերի հոսանքի շուրջ։ Որքան կարճ է տատանումների ժամանակահատվածը, այնքան քիչ ժամանակ է մնում, որպեսզի կապակցված դաշտերի էներգիան վերադառնա մետաղալարին (այսինքն՝ գեներատորին) և այնքան այն անցնում է ազատ դաշտերի մեջ, որոնք էլ ավելի են տարածվում էլեկտրամագնիսական ալիքների տեսքով։ Էլեկտրամագնիսական ալիքների արդյունավետ ճառագայթումը տեղի է ունենում ալիքի երկարության և ճառագայթող մետաղալարի երկարության համադրելիության պայմանով։

Այսպիսով, կարելի է որոշել, որ ռադիոալիք- սա էլեկտրամագնիսական դաշտ է, որը կապված չէ արտանետիչի և ալիք ձևավորող սարքերի հետ, ազատորեն տարածվում է տարածության մեջ ալիքի տեսքով 10 -3-ից մինչև 10 12 Հց տատանումների հաճախականությամբ:

Ալեհավաքում էլեկտրոնների տատանումները ստեղծվում են ժամանակաշրջանով պարբերաբար փոփոխվող EMF-ի աղբյուրի միջոցով Տ. Եթե ​​ինչ-որ պահի ալեհավաքի դաշտն ուներ առավելագույն արժեք, ապա որոշ ժամանակ անց այն կունենա նույն արժեքը Տ. Այս ընթացքում էլեկտրամագնիսական դաշտը, որն առկա էր սկզբնական պահին ալեհավաքի մոտ, կտեղափոխվի հեռավորություն

λ = υТ (1)

Տարածության երկու կետերի միջև նվազագույն հեռավորությունը, որտեղ դաշտն ունի նույն արժեքը, կոչվում է ալիքի երկարությունը.Ինչպես հետևում է (1-ից), ալիքի երկարությունը λ կախված է դրա տարածման արագությունից և ալեհավաքում էլեկտրոնների տատանումների ժամանակաշրջանից։ Ինչպես հաճախականությունըընթացիկ զ = 1 / Տ, ապա ալիքի երկարությունը λ = υ / զ .

Ռադիոկապը ներառում է հետևյալ հիմնական մասերը.

Հաղորդիչ

Ընդունիչ

Միջոց, որում տարածվում են ռադիոալիքները:

Հաղորդիչը և ստացողը ռադիոհաղորդիչի կառավարելի տարրեր են, քանի որ հնարավոր է մեծացնել հաղորդիչի հզորությունը, միացնել ավելի արդյունավետ ալեհավաք և բարձրացնել ընդունիչի զգայունությունը: Միջոցը ռադիոկապի անվերահսկելի տարր է:

Ռադիոկապի գծի և լարային գծերի միջև տարբերությունն այն է, որ լարային գծերը որպես կապող օղակ օգտագործում են լարեր կամ մալուխներ, որոնք վերահսկվող տարրեր են (կարող եք փոխել դրանց էլեկտրական պարամետրերը):

), որը նկարագրում է էլեկտրամագնիսական դաշտը, տեսականորեն ցույց տվեց, որ վակուումում էլեկտրամագնիսական դաշտը կարող է գոյություն ունենալ նույնիսկ աղբյուրների բացակայության դեպքում՝ լիցքեր և հոսանքներ։ Առանց աղբյուրների դաշտն ունի վերջավոր արագությամբ տարածվող ալիքների ձև, որը վակուումում հավասար է լույսի արագությանը. հետ= 299792458±1,2 մ/վ: Վակուումում էլեկտրամագնիսական ալիքների տարածման արագության համընկնումը ավելի վաղ չափված լույսի արագության հետ Մաքսվելին թույլ տվեց եզրակացնել, որ լույսը էլեկտրամագնիսական ալիքներ է։ Հետագայում այս եզրակացությունը հիմք հանդիսացավ լույսի էլեկտրամագնիսական տեսության համար:

1888 թվականին էլեկտրամագնիսական ալիքների տեսությունը փորձնական հաստատում ստացավ Գ.Հերցի փորձերում։ Օգտագործելով բարձր լարման աղբյուր և վիբրատորներ (տես Հերց վիբրատոր) Հերցը կարողացավ կատարել նուրբ փորձեր՝ որոշելու էլեկտրամագնիսական ալիքի տարածման արագությունը և դրա երկարությունը։ Փորձնականորեն հաստատվեց, որ էլեկտրամագնիսական ալիքի տարածման արագությունը հավասար է լույսի արագությանը, որն ապացուցեց լույսի էլեկտրամագնիսական բնույթը։

դա տիեզերքում էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության տարածման գործընթացն է։
Էլեկտրամագնիսական ալիքներնկարագրված են ընդհանուր էլեկտրամագնիսական երևույթներՄաքսվելի հավասարումները. Նույնիսկ տիեզերքում էլեկտրական լիցքերի և հոսանքների բացակայության դեպքում Մաքսվելի հավասարումները ունեն ոչ զրոյական լուծումներ։ Այս լուծումները նկարագրում են էլեկտրամագնիսական ալիքները:
Լիցքերի և հոսանքների բացակայության դեպքում Մաքսվելի հավասարումները ստանում են հետևյալ ձևը.

,

Առաջին երկու հավասարումների վրա կիրառելով rot գործողությունը, կարող եք ստանալ առանձին հավասարումներ էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի ուժը որոշելու համար:

Այս հավասարումները ունեն բնորոշ ձևալիքային հավասարումներ. Նրանց անջատումները հետևյալ տիպի արտահայտությունների սուպերպոզիցիան են

Որտեղ - որոշակի վեկտոր, որը կոչվում է ալիքի վեկտոր, ? - մի թիվ, որը կոչվում է ցիկլային հաճախականություն, - փուլ. Մեծությունները էլեկտրամագնիսական ալիքի էլեկտրական և մագնիսական բաղադրիչների ամպլիտուդներն են։ Նրանք փոխադարձաբար ուղղահայաց են և հավասար են բացարձակ արժեքով: Ներկայացված քանակներից յուրաքանչյուրի ֆիզիկական մեկնաբանությունը տրված է ստորև:
Վակուումում էլեկտրամագնիսական ալիքը շարժվում է լույսի արագություն կոչվող արագությամբ: Լույսի արագությունը հիմնարար ֆիզիկական հաստատուն է, որը նշվում է Լատինական տառգ. Համաձայն հարաբերականության տեսության հիմնական պոստուլատի՝ լույսի արագությունը տեղեկատվության փոխանցման կամ մարմնի շարժման առավելագույն հնարավոր արագությունն է։ Այս արագությունը 299,792,458 մ/վ է։
Էլեկտրամագնիսական ալիքը բնութագրվում է հաճախականությամբ: Տարբերակե՞լ գծի հաճախականությունը: իսկ ցիկլային հաճախականությո՞ւնը: = 2? Կախված հաճախությունից՝ էլեկտրամագնիսական ալիքները պատկանում են սպեկտրային տիրույթներից մեկին։
Էլեկտրամագնիսական ալիքի մեկ այլ հատկանիշ ալիքի վեկտորն է: Ալիքի վեկտորը որոշում է էլեկտրամագնիսական ալիքի տարածման ուղղությունը, ինչպես նաև դրա երկարությունը: Քամու վեկտորի բացարձակ արժեքը կոչվում է ալիքային թիվ:
Էլեկտրամագնիսական ալիքի երկարությո՞ւնը: = 2? / k,որտեղ k-ն ալիքի թիվն է:
Էլեկտրամագնիսական ալիքի երկարությունը կապված է հաճախության հետ՝ ցրման օրենքի միջոցով: Դատարկության մեջ այս կապը պարզ է.

?? = գ.

Այս հարաբերակցությունը հաճախ գրվում է այսպես

? = գ k.

Նույն հաճախականությամբ և ալիքի վեկտորով էլեկտրամագնիսական ալիքները կարող են տարբեր լինել փուլային առումով:
Վակուումում էլեկտրամագնիսական ալիքի էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի ուժային վեկտորները անպայմանորեն ուղղահայաց են ալիքի տարածման ուղղությանը։ Նման ալիքները կոչվում են կտրող ալիքներ. Մաթեմատիկորեն դա նկարագրվում է հավասարումներով և . Բացի այդ, էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի ուժերը միմյանց ուղղահայաց են և բացարձակ արժեքով միշտ հավասար են տարածության ցանկացած կետում՝ E = H: Եթե ընտրում եք կոորդինատային համակարգ, որպեսզի z առանցքը համընկնի տարածման ուղղության հետ: էլեկտրամագնիսական ալիքի, կան երկու տարբեր հնարավորություններէլեկտրական դաշտի ուժգնության վեկտորների ուղղությունների համար։ Եթե ​​էկլեկտիկ դաշտն ուղղված է x առանցքի երկայնքով, ապա մագնիսական դաշտը կուղղվի y առանցքի երկայնքով և հակառակը։ Այս երկու տարբեր հնարավորությունները միմյանց բացառող չեն և համապատասխանում են երկու տարբեր բևեռացումների։ Այս հարցը ավելի մանրամասն քննարկվում է Ալիքների բևեռացում հոդվածում։
Ընտրված տեսանելի լույսով սպեկտրային տիրույթներ Կախված հաճախականությունից կամ ալիքի երկարությունից (այս մեծությունները կապված են), էլեկտրամագնիսական ալիքները դասակարգվում են տարբեր տիրույթների: Տարբեր միջակայքերի ալիքները տարբեր կերպ են փոխազդում ֆիզիկական մարմինների հետ:
Ամենացածր հաճախականությամբ (կամ ամենաերկար ալիքի երկարությամբ) էլեկտրամագնիսական ալիքները կոչվում են ռադիո տիրույթ.Ռադիոյի գոտին օգտագործվում է ռադիոյի, հեռուստատեսության միջոցով հեռավորության վրա ազդանշաններ փոխանցելու համար, Բջջային հեռախոսները. Ռադարը գործում է ռադիոտիրույթում: Ռադիո տիրույթը բաժանվում է մետրի, դիսեմետրի, սանտիմետրի, միլիմետրի՝ կախված էլեկտրամագնիսական ալիքի երկարությունից:
Էլեկտրամագնիսական ալիքները, ամենայն հավանականությամբ, պատկանում են ինֆրակարմիր տիրույթին: Ինֆրակարմիր տիրույթում ընկած է մարմնի ջերմային ճառագայթումը: Այս թրթռման գրանցումը հիմք է հանդիսանում գիշերային տեսողության սարքերի աշխատանքի համար։ Ինֆրակարմիր ալիքներն օգտագործվում են մարմինների ջերմային թրթռումները ուսումնասիրելու և ատոմի կառուցվածքը որոշելու համար։ պինդ նյութեր, գազեր և հեղուկներ։
400 նմ-ից 800 նմ ալիքի երկարությամբ էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը պատկանում է տեսանելի լույսի տիրույթին։ Տեսանելի լույսը տարբեր գույներ ունի՝ կախված հաճախականությունից և ալիքի երկարությունից:
400 նմ-ից պակաս ալիքները կոչվում են ուլտրամանուշակագույն.Մարդու աչքը չի տարբերում դրանք, թեև դրանց հատկությունները չեն տարբերվում տեսանելի տիրույթում գտնվող ալիքների հատկություններից։ Նման լույսի բարձր հաճախականությունը և, հետևաբար, քվանտային էներգիան հանգեցնում են ուլտրամանուշակագույն ալիքների ավելի կործանարար ազդեցության կենսաբանական օբյեկտների վրա: Երկրի մակերեսը պաշտպանված է վնասակար ազդեցություններըուլտրամանուշակագույն ալիքները օզոնային շերտով. Լրացուցիչ պաշտպանության համար բնությունը մարդկանց օժտել ​​է մուգ մաշկով։ Այնուամենայնիվ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներմարդուն անհրաժեշտ է վիտամին D-ի արտադրության համար։ Ահա թե ինչու մարդիկ ներս հյուսիսային լայնություններ, որտեղ ուլտրամանուշակագույն ալիքների ինտենսիվությունը ավելի քիչ է, կորցրել է մաշկի մուգ գույնը։
Ավելի բարձր հաճախականությամբ էլեկտրամագնիսական ալիքներն են ռենտգենմիջակայք. Նրանք այդպես են կոչվում, քանի որ դրանք հայտնաբերել է Ռենտգենը՝ ուսումնասիրելով ճառագայթումը, որը ձևավորվում է էլեկտրոնների դանդաղեցման ժամանակ։ Արտասահմանյան գրականության մեջ նման ալիքները կոչվում են ռենտգենյան ճառագայթներհարգելով Ռենտգենի ցանկությունը, որ ճառագայթները նրան չկոչեն իր անունով։ Ռենտգենյան ալիքները թույլ են փոխազդում նյութի հետ՝ ավելի ուժեղ կլանվելով այնտեղ, որտեղ խտությունն ավելի մեծ է: Այս փաստը բժշկության մեջ օգտագործվում է ռենտգեն ֆտորոգրաֆիայի համար: Ռենտգենյան ալիքները օգտագործվում են նաև տարերային վերլուծության և բյուրեղային մարմինների կառուցվածքի ուսումնասիրության համար։
ունեն ամենաբարձր հաճախականությունը և ամենակարճ երկարությունը ?-ճառագայթներ.Այդ ճառագայթներն առաջանում են արդյունքում միջուկային ռեակցիաներև ռեակցիաների միջև տարրական մասնիկներ. ?-ճառագայթները մեծ կործանարար ազդեցություն ունեն կենսաբանական օբյեկտների վրա։ Այնուամենայնիվ, դրանք օգտագործվում են ֆիզիկայում ուսումնասիրելու համար տարբեր բնութագրեր ատոմային միջուկ.
Էլեկտրամագնիսական ալիքի էներգիան որոշվում է էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի էներգիաների գումարով։ Տարածության որոշակի կետում էներգիայի խտությունը տրվում է հետևյալով.

.

Ժամանակի միջին էներգիայի խտությունը հավասար է.

,

Որտեղ E 0 = H 0 ալիքի ամպլիտուդն է:
Կարևորությունունի էլեկտրամագնիսական ալիքի էներգիայի հոսքի խտություն։ Մասնավորապես, այն որոշում է օպտիկայի լուսավոր հոսքը: Էլեկտրամագնիսական ալիքի էներգիայի հոսքի խտությունը տրվում է Umov-Poynting վեկտորով։

Էլեկտրամագնիսական ալիքների տարածումը միջավայրում ունի մի շարք առանձնահատկություններ՝ համեմատած վակուումում տարածման հետ։ Այս հատկանիշները կապված են միջավայրի հատկությունների հետ և հիմնականում կախված են էլեկտրամագնիսական ալիքի հաճախականությունից։ Ալիքի էլեկտրական և մագնիսական բաղադրիչները առաջացնում են միջավայրի բևեռացում և մագնիսացում: Միջինի այս արձագանքը նույնը չէ ցածր և բարձր հաճախականությունների դեպքում։ Էլեկտրամագնիսական ալիքի ցածր հաճախականության դեպքում նյութի էլեկտրոնները և իոնները ժամանակ ունեն արձագանքելու էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի ինտենսիվության փոփոխություններին: Միջավայրի արձագանքը ժամանակային տատանումները հետևում է ալիքների: Բարձր հաճախականությամբ նյութի էլեկտրոններն ու իոնները ժամանակ չունեն տեղաշարժվելու ալիքային դաշտերի տատանումների ժամանակաշրջանում, և, հետևաբար, միջավայրի բևեռացումը և մագնիսացումը շատ ավելի քիչ են:
Ցածր հաճախականության էլեկտրամագնիսական դաշտը չի թափանցում մետաղների մեջ, որտեղ կան բազմաթիվ ազատ էլեկտրոններ, որոնք այս կերպ տեղաշարժվելով ամբողջությամբ մարում են էլեկտրամագնիսական ալիքը։ Էլեկտրամագնիսական ալիքը սկսում է մետաղի մեջ ներթափանցել որոշակի հաճախականությունը գերազանցող հաճախականությամբ, որը կոչվում է պլազմայի հաճախականություն: Պլազմայի հաճախականությունից ցածր հաճախականություններում էլեկտրամագնիսական ալիքը կարող է թափանցել մետաղի մակերեսային շերտ: Այս երեւույթը կոչվում է մաշկի էֆեկտ։
Դիէլեկտրիկների մեջ էլեկտրամագնիսական ալիքի ցրման օրենքը փոխվում է։ Եթե ​​վակուումում էլեկտրամագնիսական ալիքները տարածվում են հաստատուն ամպլիտուդով, ապա միջավայրում դրանք քայքայվում են կլանման պատճառով։ Այս դեպքում ալիքի էներգիան փոխանցվում է միջավայրի էլեկտրոններին կամ իոններին։ Ընդհանուր առմամբ, մագնիսական էֆեկտների բացակայության դեպքում ցրման օրենքը ձև է ընդունում

Այնտեղ, որտեղ k ալիքի թիվը ընդհանուր բարդ մեծություն է, որի երևակայական մասը նկարագրում է էլեկտրամագնիսական ալիքի ամպլիտուդի նվազումը, դա միջավայրի հաճախականությունից կախված բարդ թույլատրելիությունն է:
Անիզոտրոպ միջավայրերում էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի վեկտորների ուղղությունը պարտադիր չէ, որ ուղղահայաց լինի ալիքի տարածման ուղղությանը։ Այնուամենայնիվ, էլեկտրական և մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորների ուղղությունը պահպանում է այս հատկությունը:
Միջավայրում, որոշակի պայմաններում, կարող է տարածվել էլեկտրամագնիսական ալիքի մեկ այլ տեսակ՝ երկայնական էլեկտրամագնիսական ալիք, որի համար էլեկտրական դաշտի ուժգնության վեկտորի ուղղությունը համընկնում է ալիքի տարածման ուղղության հետ։
Քսաներորդ դարի սկզբին սև մարմնի ճառագայթման սպեկտրը բացատրելու համար Մաքս Պլանկն առաջարկեց, որ էլեկտրամագնիսական ալիքներն արտանետվում են քվանտներով՝ հաճախականությանը համաչափ էներգիայով։ Մի քանի տարի անց Ալբերտ Էյնշտեյնը, բացատրելով ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի ֆենոմենը, ընդլայնեց այս գաղափարը՝ ենթադրելով, որ էլեկտրամագնիսական ալիքները կլանվում են նույն քվանտներով։ Այսպիսով, պարզ դարձավ, որ էլեկտրամագնիսական ալիքները բնութագրվում են որոշ հատկություններով, որոնք նախկինում վերագրվում էին նյութական մասնիկներին՝ կորպուսկուլներին։
Այս գաղափարը կոչվում է կորպուսկուլյար ալիքային դուալիզմ։

Քչերը գիտեն, որ էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը թափանցում է ամբողջ Տիեզերքը: Էլեկտրամագնիսական ալիքներն առաջանում են, երբ այն տարածվում է տիեզերքում։ Կախված ալիքների տատանումների հաճախականությունից՝ դրանք պայմանականորեն բաժանվում են տեսանելի լույսի, ռադիոհաճախականության սպեկտրի, ինֆրակարմիր տիրույթների և այլն։ Էլեկտրամագնիսական ալիքների գործնական գոյությունը էմպիրիկորեն ապացուցվել է 1880 թվականին գերմանացի գիտնական Գ. Հերցի կողմից (ի դեպ, հաճախականությունը։ միավորը կոչվում է նրա անունով):

Ֆիզիկայի կուրսից հայտնի է, թե ինչ է հատուկ տեսակգործ. Չնայած այն հանգամանքին, որ դրա միայն մի փոքր մասը կարելի է տեսնել տեսողությամբ, դրա ազդեցությունը վրա նյութական աշխարհհսկայական. Էլեկտրամագնիսական ալիքները մագնիսական և էլեկտրական դաշտերի փոխազդող վեկտորների տարածության մեջ հաջորդական տարածում են։ Այնուամենայնիվ, «բաշխում» բառն այս դեպքում լիովին ճիշտ չէ. խոսքը, ավելի շուտ, տարածության ալիքային խանգարման մասին է։ Էլեկտրամագնիսական ալիքների առաջացման պատճառը ժամանակի ընթացքում փոփոխվող էլեկտրական դաշտի հայտնվելն է տարածության մեջ: Եվ, ինչպես գիտեք, ուղիղ կապ կա էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի միջև։ Բավական է հիշել այն կանոնը, ըստ որի հոսանք ունեցող ցանկացած հաղորդիչի շուրջ կա մագնիսական դաշտ։ Էլեկտրամագնիսական ալիքների ազդեցության տակ գտնվող մասնիկը սկսում է տատանվել, և քանի որ շարժում կա, նշանակում է էներգիայի ճառագայթում կա։ Էլեկտրական դաշտը w փոխանցվում է հանգստի վիճակում գտնվող հարեւան մասնիկին, արդյունքում նորից առաջանում է էլեկտրական բնույթի դաշտ։ Եվ քանի որ դաշտերը փոխկապակցված են, հետևում է մագնիսականը։ Գործընթացը տարածվում է ձնահյուսի պես։ Այս դեպքում իրական շարժում չկա, բայց կան մասնիկների թրթռումներ։

Հնարավորության մասին գործնական օգտագործումֆիզիկոսները վաղուց էին մտածում այս մասին։ AT ժամանակակից աշխարհԷլեկտրամագնիսական ալիքների էներգիան այնքան լայնորեն օգտագործվում է, որ շատերը չեն էլ նկատում այն՝ դա համարելով սովորական: Վառ օրինակ են ռադիոալիքները, առանց որոնց անհնար կլիներ հեռուստացույցների և բջջային հեռախոսների շահագործումը։

Գործընթացը տեղի է ունենում հետևյալ կերպ. մոդուլացված մետաղական հաղորդիչ (ալեհավաք) անընդհատ փոխանցվում է հատուկ ձևի մետաղական հաղորդիչին: Էլեկտրական հոսանքի հատկությունների պատճառով հաղորդիչի շուրջ առաջանում է էլեկտրական դաշտ, այնուհետև մագնիսական դաշտ, ինչպես. որի արդյունքում էլեկտրամագնիսական ալիքներ են արտանետվում։ Քանի որ այն մոդուլացված է, նրանք կրում են որոշակի կարգ, կոդավորված տեղեկատվություն։ Ցանկալի հաճախականությունները որսալու համար հասցեատիրոջ մոտ տեղադրվում է հատուկ դիզայնի ընդունիչ ալեհավաք։ Այն թույլ է տալիս ընտրել ցանկալի հաճախականությունները ընդհանուր էլեկտրամագնիսական ֆոնից: Մետաղական ընդունիչի վրա ալիքները մասամբ վերածվում են էլեկտրաէներգիաբնօրինակ մոդուլյացիա. Այնուհետև նրանք գնում են ուժեղացուցիչ և վերահսկում սարքի աշխատանքը (տեղափոխում են բարձրախոսի կոնը, պտտում են էլեկտրոդները հեռուստացույցի էկրաններում):

Էլեկտրամագնիսական ալիքներից առաջացած հոսանքը հեշտությամբ կարելի է տեսնել: Դա անելու համար բավական է, որ ալեհավաքից ընդունիչ գնացող մերկ բնակելի մալուխը դիպչի ընդհանուր զանգվածին (ջեռուցման մարտկոցներ: Այս պահին զանգվածի և միջուկի միջև կայծ է ցատկում. սա առաջացած հոսանքի դրսևորումն է: ալեհավաքի կողմից: Դրա արժեքը որքան մեծ է, այնքան ավելի մոտ և հզոր է հաղորդիչը: Նաև ալեհավաքի կոնֆիգուրացիան էական ազդեցություն ունի:

Էլեկտրամագնիսական ալիքների մեկ այլ դրսևորում, որին առօրյա կյանքում շատ մարդիկ հանդիպում են, դա օգտագործումն է միկրոալիքային վառարան. Դաշտի ուժգնության պտտվող գծերը հատում են օբյեկտը և փոխանցում իրենց էներգիայի մի մասը՝ տաքացնելով այն։

Էլեկտրամագնիսական ալիքները, ըստ ֆիզիկայի, ամենաառեղծվածայիններից են։ Նրանց մեջ էներգիան իրականում անհետանում է ոչ մի տեղ, հայտնվում է ոչ մի տեղից: Ամբողջ գիտության մեջ նման այլ օբյեկտ չկա։ Ինչպե՞ս են տեղի ունենում այս բոլոր հրաշք փոխակերպումները։

Մաքսվելի էլեկտրադինամիկա

Ամեն ինչ սկսվեց նրանից, որ գիտնական Մաքսվելը դեռ 1865 թվականին, հենվելով Ֆարադեյի աշխատանքի վրա, դուրս բերեց էլեկտրամագնիսական դաշտի հավասարումը։ Ինքը՝ Մաքսվելը, հավատում էր, որ իր հավասարումները նկարագրում են եթերի մեջ ալիքների ոլորումը և լարվածությունը։ Քսաներեք տարի անց Հերցը փորձարարականորեն ստեղծեց նման շեղումներ միջավայրում և հաջողվեց ոչ միայն դրանք համապատասխանեցնել էլեկտրադինամիկայի հավասարումների հետ, այլև ստանալ այդ խառնաշփոթությունների տարածումը կարգավորող օրենքները։ Հետաքրքիր միտում է առաջացել՝ ցանկացած շեղումներ, որոնք իրենց բնույթով էլեկտրամագնիսական են, որպես Հերցյան ալիքներ: Այնուամենայնիվ, այս ճառագայթումները էներգիայի փոխանցման միակ միջոցը չեն։

Անլար կապ

Մինչ օրս, դեպի տարբերակներըՆման անլար կապի իրականացումը ներառում է.

Էլեկտրաստատիկ միացում, որը նաև կոչվում է կոնդենսիվ;

ինդուկցիա;

ընթացիկ;

Տեսլայի միացում, այսինքն՝ հաղորդիչ մակերևույթների երկայնքով էլեկտրոնային խտության ալիքների միացում.

Ամենատարածված կրիչների ամենալայն շրջանակը, որոնք կոչվում են էլեկտրամագնիսական ալիքներ՝ ծայրահեղ ցածր հաճախականություններից մինչև գամմա ճառագայթում:

Արժե ավելի մանրամասն դիտարկել այս տեսակի կապերը:

Էլեկտրաստատիկ կապ

Երկու դիպոլները զուգակցված էլեկտրական ուժեր են տարածության մեջ, ինչը Կուլոնի օրենքի հետևանք է։ Էլեկտրամագնիսական ալիքներից տրված տեսակըհաղորդակցությունն առանձնանում է դիպոլները միացնելու ունակությամբ, երբ դրանք գտնվում են նույն գծի վրա: Հեռավորությունների աճի հետ կապի ուժը թուլանում է, և նկատվում է նաև տարբեր միջամտությունների ուժեղ ազդեցություն:

ինդուկտիվ զուգավորում

Ինդուկտիվության մագնիսական շեղված դաշտերի հիման վրա: Դիտարկվում է ինդուկտիվություն ունեցող առարկաների միջև: Դրա կիրառումը բավականին սահմանափակ է կարճաժամկետ գործողության պատճառով:

Ընթացիկ կապ

Հաղորդող միջավայրում տարածվող հոսանքների շնորհիվ կարող է առաջանալ որոշակի փոխազդեցություն: Եթե ​​հոսանքները փոխանցվում են տերմինալների միջով (զույգ կոնտակտներ), ապա այդ նույն հոսանքները կարող են հայտնաբերվել կոնտակտներից զգալի հեռավորության վրա: Սա այն է, ինչ կոչվում է հոսանքի տարածման ազդեցություն:

Tesla կապ

Հայտնի ֆիզիկոս Նիկոլա Տեսլան հորինել է հաղորդակցությունը՝ օգտագործելով ալիքները հաղորդիչ մակերեսի վրա: Եթե ​​ինքնաթիռի ինչ-որ տեղ լիցքի կրիչի խտությունը խախտվի, ապա այդ կրիչները կսկսեն շարժվել, ինչը հակված է վերականգնելու հավասարակշռությունը։ Քանի որ կրիչները ունեն իներցիոն բնույթ, ապա վերականգնումն ունի ալիքային բնույթ։

Էլեկտրամագնիսական միացում

Էլեկտրամագնիսական ալիքների ճառագայթումն առանձնանում է հսկայական հեռահար գործողությամբ, քանի որ դրանց ամպլիտուդը հակադարձ համեմատական ​​է աղբյուրի հեռավորությանը: Անլար կապի այս մեթոդն է, որն առավել լայնորեն կիրառվում է: Բայց ինչ են էլեկտրամագնիսական ալիքները: Նախ անհրաժեշտ է կարճ շեղում կատարել դրանց հայտնաբերման պատմության մեջ:

Ինչպե՞ս են «հայտնվել» էլեկտրամագնիսական ալիքները.

Ամեն ինչ սկսվեց 1829 թվականին, երբ ամերիկացի ֆիզիկոս Հենրին Լեյդեն սափորների հետ փորձերի ժամանակ հայտնաբերեց էլեկտրական լիցքաթափման խանգարումներ: 1832 թվականին ֆիզիկոս Ֆարադեյը առաջարկեց այնպիսի գործընթացի գոյությունը, ինչպիսին էլեկտրամագնիսական ալիքներն են։ Մաքսվելը ստեղծել է էլեկտրամագնիսականության իր հայտնի հավասարումները 1865 թվականին։ Տասնիններորդ դարի վերջում անլար կապ ստեղծելու բազմաթիվ հաջող փորձեր եղան՝ օգտագործելով էլեկտրաստատիկ և էլեկտրամագնիսական ինդուկցիան: Հայտնի գյուտարար Էդիսոնը հայտնագործեց մի համակարգ, որը թույլ էր տալիս ուղևորներին երկաթուղիուղարկել և ստանալ հեռագրեր, երբ գնացքը շարժվում է: 1888 թվականին Գ.Հերցը միանշանակ ապացուցեց, որ էլեկտրամագնիսական ալիքներն առաջանում են վիբրատոր կոչվող սարքի միջոցով։ Հերցն իրականացրել է էլեկտրամագնիսական ազդանշանի փոխանցման փորձ: 1890 թվականին ֆրանսիացի ինժեներ և ֆիզիկոս Բրանլին հայտնագործեց ձայնագրման սարք. էլեկտրամագնիսական ճառագայթում. Հետագայում այս սարքը կոչվեց «ռադիոհաղորդիչ» (կոհերեր): 1891-1893 թվականներին Նիկոլա Տեսլան նկարագրեց մեծ հեռավորությունների վրա ազդանշանի հաղորդման իրականացման հիմնական սկզբունքները և արտոնագրեց կայմի ալեհավաքը, որը էլեկտրամագնիսական ալիքների աղբյուր էր։ Ալիքների ուսումնասիրության և դրանց արտադրության և կիրառման տեխնիկական իրագործման հետագա արժանիքները պատկանում են այնպիսի հայտնի ֆիզիկոսների և գյուտարարների, ինչպիսիք են Պոպովը, Մարկոնին, դե Մաուրը, Լոջը, Միրհեդը և շատ ուրիշներ:

«Էլեկտրամագնիսական ալիք» հասկացությունը

Էլեկտրամագնիսական ալիքը երևույթ է, որը տարածվում է տարածության մեջ որոշակի վերջավոր արագությամբ և իրենից ներկայացնում է փոփոխական էլեկտրական և մագնիսական դաշտ։ Քանի որ մագնիսական և էլեկտրական դաշտերը անքակտելիորեն կապված են միմյանց հետ, նրանք կազմում են էլեկտրամագնիսական դաշտ: Կարելի է նաև ասել, որ էլեկտրամագնիսական ալիքը դաշտի խաթարում է, և դրա տարածման ժամանակ այն էներգիան, որն ունի մագնիսական դաշտը, վերածվում է էլեկտրական դաշտի էներգիայի և հակառակը՝ Մաքսվելի էլեկտրադինամիկայի համաձայն։ Արտաքնապես սա նման է ցանկացած այլ ալիքի տարածմանը ցանկացած այլ միջավայրում, բայց կան նաև էական տարբերություններ:

Ո՞րն է տարբերությունը էլեկտրամագնիսական ալիքների և մյուսների միջև:

Էլեկտրամագնիսական ալիքների էներգիան տարածվում է բավականին անհասկանալի միջավայրում։ Այս և ցանկացած այլ ալիքները համեմատելու համար անհրաժեշտ է հասկանալ, թե ինչ տարածման միջոց հարցականի տակ. Ենթադրվում է, որ ներատոմային տարածությունը լցված է էլեկտրական եթերով՝ կոնկրետ միջավայր, որը բացարձակ դիէլեկտրիկ է։ Տարածման ընթացքում բոլոր ալիքները ցույց են տալիս կինետիկ էներգիայի անցումը պոտենցիալ էներգիայի և հակառակը: Միևնույն ժամանակ, այդ էներգիաները ժամանակի և տարածության մեջ առավելագույնը փոխվել են միմյանց նկատմամբ մեկ չորրորդով լրիվ ժամկետըալիքներ. Այս դեպքում միջին ալիքային էներգիան, լինելով պոտենցիալ և կինետիկ էներգիայի գումար, հաստատուն արժեք է։ Բայց էլեկտրամագնիսական ալիքների դեպքում իրավիճակն այլ է: Թե՛ մագնիսական, թե՛ էլեկտրական դաշտերի էներգիաները միաժամանակ հասնում են իրենց առավելագույն արժեքներին։

Ինչպե՞ս է առաջանում էլեկտրամագնիսական ալիքը:

Էլեկտրամագնիսական ալիքի նյութը էլեկտրական դաշտ է (եթեր): Շարժվող դաշտը կառուցված է և բաղկացած է իր շարժման էներգիայից և էլեկտրական էներգիադաշտն ինքնին։ Հետևաբար, ալիքի պոտենցիալ էներգիան կապված է կինետիկ էներգիայի հետ և գտնվում է փուլում։ Էլեկտրամագնիսական ալիքի բնույթը պարբերական էլեկտրական դաշտ է, որը գտնվում է տարածության մեջ թարգմանական շարժման վիճակում և շարժվում է լույսի արագությամբ։

Տեղաշարժման հոսանքներ

Կա մեկ այլ եղանակ՝ բացատրելու, թե ինչ են էլեկտրամագնիսական ալիքները։ Ենթադրվում է, որ անհամասեռ էլեկտրական դաշտերի շարժման ժամանակ եթերի մեջ առաջանում են տեղաշարժման հոսանքներ։ Դրանք, իհարկե, առաջանում են միայն անշարժ արտաքին դիտորդի համար։ Այն պահին, երբ այնպիսի պարամետր, ինչպիսին էլեկտրական դաշտի ուժն է, հասնում է առավելագույնին, տեղաշարժի հոսանքը տարածության տվյալ կետում կդադարի: Ըստ այդմ, նվազագույն լարվածության դեպքում ստացվում է հակառակ պատկերը։ Այս մոտեցումը պարզաբանում է էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ալիքային բնույթը, քանի որ էլեկտրական դաշտի էներգիան, պարզվում է, տեղաշարժվում է ժամանակաշրջանի մեկ չորրորդով` կապված տեղաշարժման հոսանքների հետ: Այնուհետև կարող ենք ասել, որ էլեկտրական խանգարումը, ավելի ճիշտ՝ խախտման էներգիան, վերածվում է տեղաշարժի հոսանքի էներգիայի և հակառակը և ալիքային ձևով տարածվում է դիէլեկտրական միջավայրում։