Apa itu gelombang elektromagnetik? Gelombang elektromagnetik adalah proses perambatan medan elektromagnetik di ruang angkasa.

Gelombang elektromagnetik adalah hasil dari perdebatan bertahun-tahun dan ribuan percobaan. Bukti adanya kekuatan-kekuatan asal alam yang dapat menghidupkan masyarakat saat ini. Ini adalah penerimaan sebenarnya dari kebenaran sederhana - kita tahu terlalu sedikit tentang dunia tempat kita tinggal.

Fisika adalah ratu di antara ilmu-ilmu alam, mampu menjawab pertanyaan tentang asal usul tidak hanya kehidupan, tetapi juga dunia itu sendiri. Ini memberi para ilmuwan kemampuan untuk mempelajari medan listrik dan magnet, interaksi yang menghasilkan EMW (gelombang elektromagnetik).

Apa itu gelombang elektromagnetik?

Belum lama ini, film “War of the Currents” (2018) telah dirilis di layar negara kita, di mana, dengan sentuhan fiksi, menceritakan tentang perselisihan antara dua ilmuwan besar Edison dan Tesla. Seseorang mencoba membuktikan manfaat dari arus searah, yang lain - dari variabel. Pertempuran panjang ini baru berakhir pada tahun ketujuh abad kedua puluh satu.

Di awal "pertempuran", ilmuwan lain, yang mengerjakan teori relativitas, menggambarkan listrik dan magnet sebagai fenomena serupa.

Pada tahun ketiga puluh abad kesembilan belas, fisikawan asal bahasa inggris Faraday menemukan fenomena tersebut induksi elektromagnetik dan memperkenalkan istilah kesatuan medan listrik dan magnet. Ia juga mengklaim bahwa pergerakan di medan ini dibatasi oleh kecepatan cahaya.

Beberapa saat kemudian, teori ilmuwan Inggris Maxwell mengatakan bahwa listrik menyebabkan efek magnet, dan magnet menyebabkan penampilan Medan listrik. Karena kedua medan ini bergerak dalam ruang dan waktu, mereka membentuk gangguan - yaitu, gelombang elektromagnetik.

Sederhananya, gelombang elektromagnetik adalah gangguan spasial dari arus listrik Medan gaya.

Secara eksperimental, keberadaan EMW dibuktikan oleh ilmuwan Jerman Hertz.

Gelombang elektromagnetik, sifat dan karakteristiknya

Gelombang elektromagnetik dicirikan oleh faktor-faktor berikut:

• panjang (jangkauan cukup lebar);
• frekuensi;
• intensitas (atau amplitudo osilasi);
• jumlah energi.

Sifat dasar dari semua radiasi elektromagnetik adalah besarnya panjang gelombang (dalam ruang hampa), yang biasanya ditentukan dalam nanometer untuk spektrum cahaya tampak.

Setiap nanometer mewakili seperseribu mikrometer dan diukur dengan jarak antara dua puncak berurutan (simpul).

Frekuensi radiasi yang sesuai dari gelombang adalah jumlah osilasi sinusoidal dan berbanding terbalik dengan panjang gelombang.

Frekuensi biasanya diukur dalam Hertz. Dengan demikian, panjang gelombang yang lebih panjang sesuai dengan frekuensi radiasi yang lebih rendah, dan panjang gelombang yang lebih pendek sesuai dengan frekuensi radiasi yang lebih tinggi.

Sifat utama gelombang:

• pembiasan;
• refleksi;
• penyerapan;
• gangguan.

kecepatan gelombang elektromagnetik

Kecepatan sebenarnya dari perambatan gelombang elektromagnetik tergantung pada bahan yang dimiliki medium, kerapatan optiknya, dan adanya faktor seperti tekanan.

Di samping itu, berbagai bahan memiliki kerapatan "pengemasan" atom yang berbeda, semakin dekat lokasinya, semakin kecil jaraknya dan semakin tinggi kecepatannya. Akibatnya, kecepatan gelombang elektromagnetik tergantung pada bahan yang dilaluinya.

Eksperimen serupa dilakukan di penumbuk hadron, di mana instrumen utama pengaruhnya adalah partikel bermuatan. studi tentang fenomena elektromagnetik terjadi di sana pada tingkat kuantum, ketika cahaya didekomposisi menjadi partikel kecil - foton. Tetapi fisika kuantum adalah masalah yang terpisah.

Menurut teori relativitas, kecepatan rambat gelombang tertinggi tidak dapat melebihi kecepatan cahaya. Keterbatasan batas kecepatan dalam tulisannya dijelaskan oleh Maxwell, menjelaskan hal ini dengan adanya medan baru - eter. Ilmu pengetahuan resmi modern belum mempelajari hubungan semacam itu.

Radiasi elektromagnetik dan jenisnya

Radiasi elektromagnetik terdiri dari gelombang elektromagnetik, yang diamati sebagai fluktuasi medan listrik dan magnet, merambat dengan kecepatan cahaya (300 km per detik dalam ruang hampa).

Ketika radiasi EM berinteraksi dengan materi, perilakunya berubah secara kualitatif seiring dengan perubahan frekuensi. Mengapa diubah menjadi:

1. Emisi radio. Pada frekuensi radio dan frekuensi gelombang mikro, radiasi em berinteraksi dengan materi terutama dalam bentuk set muatan umum yang didistribusikan melalui jumlah yang besar atom yang terpengaruh.
2. Radiasi infra merah. Tidak seperti radiasi radio dan gelombang mikro frekuensi rendah, pemancar inframerah biasanya berinteraksi dengan dipol yang ada dalam molekul individu, yang berubah di ujungnya saat bergetar. ikatan kimia pada tingkat atom.
3. Emisi cahaya tampak. Ketika frekuensi meningkat dalam rentang yang terlihat, foton memiliki energi yang cukup untuk mengubah struktur ikatan dari beberapa molekul individu.
4. Radiasi ultraviolet. Frekuensinya meningkat. Sekarang ada cukup energi dalam foton ultraviolet (lebih dari tiga volt) untuk bekerja ganda pada ikatan molekul, terus-menerus mengatur ulang mereka secara kimiawi.
5. Radiasi pengion. Pada frekuensi tertinggi dan terkecil dalam panjang gelombang. Penyerapan sinar ini oleh materi mempengaruhi seluruh spektrum gamma. Efek yang paling terkenal adalah radiasi.

Apa sumber gelombang elektromagnetik?

Dunia, menurut teori muda tentang asal usul segalanya, muncul berkat dorongan hati. Dia melepaskan energi kolosal, yang disebut ledakan besar. Ini adalah bagaimana gelombang em pertama muncul dalam sejarah alam semesta.

Saat ini, sumber-sumber pembentukan gangguan meliputi:

• emv memancarkan vibrator buatan;
• hasil vibrasi gugus atom atau bagian molekul;
• jika ada pengaruhnya cangkang luar zat (pada tingkat atom-molekul);
• efek yang mirip dengan cahaya;
• selama peluruhan nuklir;
• akibat perlambatan elektron.

Skala dan penerapan radiasi elektromagnetik

Skala radiasi berarti rentang frekuensi gelombang yang luas dari 3·10 6 10 -2 hingga 10 -9 10 -14 .

Setiap bagian dari spektrum elektromagnetik memiliki berbagai aplikasi dalam kehidupan kita sehari-hari:

1. Gelombang dengan panjang kecil (gelombang mikro). Gelombang listrik ini digunakan sebagai sinyal satelit karena mampu melewati atmosfer bumi. Juga, versi yang sedikit ditingkatkan digunakan untuk memanaskan dan memasak di dapur - ini adalah oven microwave. Prinsip persiapannya sederhana - di bawah tindakan radiasi gelombang mikro molekul air diserap dan dipercepat, menyebabkan piring memanas.
2. Gangguan panjang digunakan dalam teknologi radio (gelombang radio). Frekuensinya tidak memungkinkan awan dan atmosfer melewatinya, berkat radio FM dan televisi yang tersedia bagi kita.
3. Gangguan inframerah berhubungan langsung dengan panas. Hampir tidak mungkin untuk melihatnya. Coba perhatikan tanpa peralatan khusus pancaran sinar dari remote control TV, pusat musik, atau radio Anda di dalam mobil. Perangkat yang mampu membaca gelombang seperti itu digunakan di pasukan negara (perangkat penglihatan malam). Juga di kompor induksi di dapur.
4. Ultraviolet juga berhubungan dengan panas. "Generator" alami yang paling kuat dari radiasi semacam itu adalah matahari. Karena aksi radiasi ultraviolet, cokelat terbentuk pada kulit seseorang. Dalam pengobatan, jenis gelombang ini digunakan untuk mendisinfeksi instrumen, membunuh kuman dan.
5. Sinar gamma adalah jenis radiasi paling kuat di mana gangguan gelombang pendek dengan frekuensi tinggi terkonsentrasi. Energi yang terkandung dalam bagian spektrum elektromagnetik ini memberikan sinar daya tembus yang lebih besar. Berlaku di fisika nuklir- senjata nuklir damai - penggunaan tempur.

Pengaruh gelombang elektromagnetik pada kesehatan manusia

Mengukur dampak emv pada manusia adalah tanggung jawab para ilmuwan. Tetapi Anda tidak perlu menjadi spesialis untuk menilai intensitas radiasi pengion - ini memicu perubahan pada tingkat DNA manusia, yang menyebabkan penyakit serius seperti onkologi.

Tak heran dampak merugikan dari bencana Chernobyl dianggap salah satu yang paling berbahaya bagi alam. Beberapa kilometer persegi wilayah yang dulunya indah telah menjadi zona eksklusi total. Hingga akhir abad ini, ledakan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl berbahaya sampai waktu paruh radionuklida berakhir.

Beberapa jenis emv (radio, inframerah, ultraviolet) tidak menyebabkan banyak kerusakan pada seseorang dan hanya menimbulkan ketidaknyamanan. Bagaimanapun, medan magnet bumi praktis tidak dirasakan oleh kita, tetapi emv dari telepon genggam dapat menyebabkan sakit kepala(berdampak pada sistem saraf).

Untuk melindungi kesehatan Anda dari elektromagnetisme, Anda harus menggunakan tindakan pencegahan yang wajar. Alih-alih bermain game komputer selama ratusan jam, pergilah jalan-jalan.

Pada tahun 1864, James Clerk Maxwell meramalkan kemungkinan adanya gelombang elektromagnetik di ruang angkasa. Dia mengajukan pernyataan ini berdasarkan kesimpulan yang muncul dari analisis semua data eksperimen yang diketahui pada waktu itu tentang listrik dan magnet.

Maxwell secara matematis menyatukan hukum elektrodinamika dengan menghubungkan listrik dan fenomena magnet, dan dengan demikian sampai pada kesimpulan bahwa medan listrik dan magnet yang berubah dari waktu ke waktu menimbulkan satu sama lain.

Awalnya, dia menekankan fakta bahwa hubungan antara magnet dan fenomena listrik tidak simetris, dan diperkenalkan istilah “vortex Medan listrik”, menawarkan penjelasannya sendiri yang benar-benar baru tentang fenomena induksi elektromagnetik yang ditemukan oleh Faraday: “setiap perubahan medan magnet menyebabkan munculnya medan listrik pusaran di ruang sekitar dengan tertutup garis kekuatan».

Adil, menurut Maxwell, adalah pernyataan sebaliknya bahwa "medan listrik yang berubah menimbulkan medan magnet di ruang sekitarnya", tetapi pernyataan ini pada mulanya tetap hanya hipotesis.

Maxwell menuliskan sistem persamaan matematika yang secara konsisten menggambarkan hukum transformasi timbal balik medan magnet dan listrik, persamaan ini kemudian menjadi persamaan dasar elektrodinamika, dan dikenal sebagai "persamaan Maxwell" untuk menghormati ilmuwan besar yang menuliskannya. . Hipotesis Maxwell, berdasarkan persamaan tertulis, memiliki beberapa kesimpulan yang sangat penting untuk sains dan teknologi, yang diberikan di bawah ini.

Gelombang elektromagnetik benar-benar ada

Di ruang angkasa, gelombang elektromagnetik transversal bisa ada, yang merambat dari waktu ke waktu. Fakta bahwa gelombang transversal ditunjukkan oleh fakta bahwa vektor induksi magnet B dan kuat medan listrik E saling tegak lurus dan keduanya terletak pada bidang yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang elektromagnetik.

Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam materi terbatas, dan itu ditentukan oleh listrik dan sifat magnetik bahan yang dilalui gelombang. Panjang gelombang sinusoidal dalam hal ini terkait dengan kecepatan dengan hubungan pasti tertentu = / f, dan tergantung pada frekuensi f dari osilasi medan. Kecepatan c gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa adalah salah satu konstanta fisik dasar - kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Karena Maxwell menyatakan terbatasnya kecepatan rambat gelombang elektromagnetik, ini menciptakan kontradiksi antara hipotesisnya dan teori jarak jauh yang diterima pada waktu itu, yang menurutnya kecepatan rambat gelombang seharusnya tidak terbatas. Oleh karena itu, teori Maxwell disebut teori aksi jarak pendek.

Dalam gelombang elektromagnetik, transformasi medan listrik dan medan magnet menjadi satu sama lain terjadi secara bersamaan, oleh karena itu, kerapatan volumetrik energi magnetik dan energi listrik adalah setara satu sama lain. Oleh karena itu, pernyataan benar bahwa modul kuat medan listrik dan induksi medan magnet saling berhubungan di setiap titik dalam ruang dengan hubungan berikut:

gelombang elektromagnetik dalam proses distribusinya menciptakan aliran energi elektromagnetik, dan jika kita mempertimbangkan area pada bidang yang tegak lurus dengan arah rambat gelombang, maka dalam waktu singkat sejumlah energi elektromagnetik akan bergerak melaluinya. Kerapatan fluks energi elektromagnetik adalah jumlah energi yang dibawa oleh gelombang elektromagnetik melalui permukaan suatu satuan luas per satuan waktu. Dengan mengganti nilai kecepatan, serta energi magnet dan listrik, kita dapat memperoleh ekspresi untuk kerapatan fluks dalam hal besaran E dan B.

Karena arah rambat energi gelombang bertepatan dengan arah kecepatan rambat gelombang, fluks energi yang merambat dalam gelombang elektromagnetik dapat ditentukan menggunakan vektor yang diarahkan dengan cara yang sama seperti kecepatan rambat gelombang. Vektor ini disebut "vektor Poynting" - untuk menghormati fisikawan Inggris Henry Poynting, yang pada tahun 1884 mengembangkan teori propagasi aliran energi medan elektromagnetik. Kerapatan fluks energi gelombang diukur dalam W/sq.m.

Ketika medan listrik bekerja pada suatu zat, arus kecil muncul di dalamnya, yang merupakan gerakan teratur partikel bermuatan listrik. Arus dalam medan magnet gelombang elektromagnetik ini dikenai aksi gaya Ampere, yang diarahkan jauh ke dalam zat. gaya Ampere dan menghasilkan tekanan sebagai hasilnya.

Fenomena ini kemudian, pada tahun 1900, diselidiki dan dikonfirmasi secara eksperimental oleh fisikawan Rusia Pyotr Nikolaevich Lebedev, yang karya eksperimentalnya sangat penting untuk mengkonfirmasi teori elektromagnetisme Maxwell dan penerimaan serta persetujuannya di masa depan.

Fakta bahwa gelombang elektromagnetik memberikan tekanan memungkinkan untuk menilai keberadaan impuls mekanis dalam medan elektromagnetik, yang dapat dinyatakan untuk satuan volume dalam hal kerapatan volumetrik energi elektromagnetik dan kecepatan rambat gelombang dalam ruang hampa:

Karena momentum dikaitkan dengan pergerakan massa, konsep seperti massa elektromagnetik dapat diperkenalkan, dan kemudian untuk volume satuan rasio ini (sesuai dengan SRT) akan mengambil karakter hukum alam universal, dan akan menjadi berlaku untuk badan material apa pun, terlepas dari bentuk materinya. Dan medan elektromagnetik kemudian mirip dengan benda material - ia memiliki energi W, massa m, momentum p dan kecepatan rambat terbatas v. Artinya, medan elektromagnetik adalah salah satu bentuk materi yang benar-benar ada di alam.

Untuk pertama kalinya pada tahun 1888, Heinrich Hertz secara eksperimental mengkonfirmasi teori elektromagnetik Maxwell. Dia secara empiris membuktikan realitas gelombang elektromagnetik dan mempelajari sifat-sifatnya seperti pembiasan dan penyerapan di berbagai media, serta pemantulan gelombang dari permukaan logam.

Hertz mengukur panjang gelombang, dan menunjukkan bahwa kecepatan rambat gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan cahaya. Karya eksperimental Hertz adalah langkah terakhir menuju pengakuan teori elektromagnetik Maxwell. Tujuh tahun kemudian, pada tahun 1895, fisikawan Rusia Alexander Stepanovich Popov menggunakan gelombang elektromagnetik untuk menciptakan komunikasi nirkabel.

Di sirkuit DC, muatan bergerak dengan kecepatan konstan, dan gelombang elektromagnetik dalam hal ini tidak terpancar ke luar angkasa. Agar radiasi terjadi, perlu menggunakan antena di mana arus bolak-balik, yaitu arus yang dengan cepat mengubah arahnya, tereksitasi.

Dalam bentuknya yang paling sederhana, dipol listrik cocok untuk memancarkan gelombang elektromagnetik. ukuran kecil, yang momen dipolnya akan berubah dengan cepat terhadap waktu. Dipol semacam itu yang sekarang disebut "dipol Hertzian", yang ukurannya beberapa kali lebih kecil dari panjang gelombang yang dipancarkannya.

Ketika dipancarkan oleh dipol Hertzian, aliran maksimum energi elektromagnetik jatuh pada bidang yang tegak lurus terhadap sumbu dipol. Tidak ada energi elektromagnetik yang dipancarkan sepanjang sumbu dipol. Dalam eksperimen Hertz yang paling penting, dipol dasar digunakan baik untuk memancarkan dan menerima gelombang elektromagnetik, dan keberadaan gelombang elektromagnetik terbukti.

M. Faraday memperkenalkan konsep medan:

medan elektrostatik di sekitar muatan yang diam

disekitar muatan yang bergerak (arus) terdapat medan magnet.

Pada tahun 1830, M. Faraday menemukan fenomena induksi elektromagnetik: ketika medan magnet berubah, medan listrik pusaran muncul.

Gambar 2.7 - Medan listrik pusaran

di mana,
- vektor kekuatan medan listrik,
- vektor induksi magnet.

Medan magnet bolak-balik menciptakan medan listrik pusaran.

Pada tahun 1862 D.K. Maxwell mengajukan hipotesis: ketika medan listrik berubah, medan magnet pusaran muncul.

Gagasan tentang medan elektromagnetik tunggal muncul.

Gambar 2.8 - Medan elektromagnetik terpadu.

Medan listrik bolak-balik menciptakan medan magnet pusaran.

Medan elektromagnetik- ini adalah bentuk khusus materi - kombinasi medan listrik dan magnet. Medan listrik dan magnet variabel ada secara bersamaan dan membentuk medan elektromagnetik tunggal. Ini adalah bahan:

Itu memanifestasikan dirinya dalam tindakan pada muatan istirahat dan bergerak;

Itu menyebar dengan kecepatan tinggi tetapi terbatas;

Itu ada secara independen dari keinginan dan keinginan kita.

Pada kecepatan pengisian, nol, hanya ada medan listrik. Pada tingkat muatan konstan, medan elektromagnetik dihasilkan.

Dengan pergerakan muatan yang dipercepat, gelombang elektromagnetik dipancarkan, yang merambat di ruang angkasa dengan kecepatan terbatas .

Perkembangan gagasan gelombang elektromagnetik adalah milik Maxwell, tetapi Faraday sudah tahu tentang keberadaannya, meskipun ia takut untuk menerbitkan karyanya (dibaca lebih dari 100 tahun setelah kematiannya).

Kondisi utama munculnya gelombang elektromagnetik adalah pergerakan muatan listrik yang dipercepat.

Apa itu gelombang elektromagnetik, mudah untuk membayangkan contoh berikut. Jika Anda melempar kerikil ke permukaan air, maka gelombang divergen dalam lingkaran terbentuk di permukaan. Mereka bergerak dari sumber kemunculannya (gangguan) dengan kecepatan rambat tertentu. Untuk gelombang elektromagnetik, gangguan adalah medan listrik dan magnet yang bergerak di ruang angkasa. Medan elektromagnetik yang berubah terhadap waktu pasti menyebabkan medan magnet bolak-balik, dan sebaliknya. Bidang-bidang ini saling berhubungan.

Sumber utama spektrum gelombang elektromagnetik adalah bintang Matahari. Bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik terlihat oleh mata manusia. Spektrum ini terletak dalam 380...780 nm (Gbr. 2.1). Dalam spektrum yang terlihat, mata merasakan cahaya secara berbeda. Osilasi elektromagnetik dengan panjang gelombang yang berbeda menyebabkan sensasi cahaya dengan warna yang berbeda.

Gambar 2.9 - Spektrum gelombang elektromagnetik

Bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik digunakan untuk keperluan penyiaran dan komunikasi radio dan televisi. Sumber gelombang elektromagnetik adalah kawat (antena) di mana osilasi terjadi muatan listrik. Proses pembentukan medan, yang dimulai di dekat kawat, secara bertahap, titik demi titik, menangkap seluruh ruang. Semakin tinggi frekuensi arus bolak-balik melewati kawat dan menghasilkan medan listrik atau magnet, semakin kuat gelombang radio dengan panjang tertentu yang diciptakan oleh kawat.

Radio(lat. radio - memancarkan, memancarkan sinar radius - balok) - jenis komunikasi nirkabel di mana gelombang radio yang merambat bebas di ruang angkasa digunakan sebagai pembawa sinyal.

gelombang radio(dari radio...), gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang > 500 m (frekuensi< 6×10 12 Гц).

Gelombang radio adalah medan listrik dan magnet yang berubah seiring waktu. Kecepatan rambat gelombang radio di ruang bebas adalah 300.000 km/s. Berdasarkan ini, Anda dapat menentukan panjang gelombang radio (m).

=300/f, dimana f - frekuensi (MHz)

Getaran suara dari udara yang dihasilkan selama percakapan telepon diubah oleh mikrofon menjadi getaran listrik frekuensi suara, yang ditransmisikan melalui kabel ke peralatan pelanggan. Di sana, di ujung lain saluran, dengan bantuan emitor telepon, getaran tersebut diubah menjadi getaran udara yang dirasakan oleh pelanggan sebagai suara. Dalam telepon, alat komunikasi adalah kabel; dalam penyiaran radio, gelombang radio.

"Jantung" pemancar stasiun radio mana pun adalah generator - perangkat yang menghasilkan osilasi dengan frekuensi tinggi, tetapi sangat konstan untuk stasiun radio tertentu. Osilasi frekuensi radio ini, diperkuat dengan daya yang diperlukan, memasuki antena dan membangkitkan osilasi elektromagnetik di ruang sekitarnya dengan frekuensi yang persis sama - gelombang radio. Kecepatan pemindahan gelombang radio dari antena stasiun radio sama dengan kecepatan cahaya: 300.000 km / s, yang hampir satu juta kali lebih cepat daripada perambatan suara di udara. Ini berarti bahwa jika pemancar dihidupkan pada saat tertentu di Stasiun Penyiaran Moskow, maka gelombang radionya akan mencapai Vladivostok dalam waktu kurang dari 1/30 detik, dan suara selama waktu ini hanya akan memiliki waktu untuk menyebar 10- 11 m.

Gelombang radio merambat tidak hanya di udara, tetapi juga di tempat yang tidak ada, misalnya di luar angkasa. Dalam hal ini mereka berbeda dari gelombang suara, yang udara atau media padat lainnya, seperti air, mutlak diperlukan.

gelombang elektromagnetik adalah medan elektromagnetik yang merambat di ruang angkasa (osilasi vektor
). Dekat muatan, medan listrik dan magnet berubah dengan pergeseran fasa p/2.

Gambar 2.10 - Medan elektromagnetik terpadu.

Pada jarak yang jauh dari muatan, medan listrik dan magnet berubah fase.

Gambar 2.11 - Perubahan fase dalam medan listrik dan magnet.

Gelombang elektromagnetik bersifat transversal. Arah kecepatan gelombang elektromagnetik bertepatan dengan arah gerakan sekrup kanan saat memutar pegangan gimlet vektor ke vektor .

Gambar 2.12 - Gelombang elektromagnetik.

Selain itu, dalam gelombang elektromagnetik, hubungan
, di mana c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Maxwell secara teoritis menghitung energi dan kecepatan gelombang elektromagnetik.

Dengan demikian, energi gelombang berbanding lurus dengan pangkat empat frekuensi. Ini berarti bahwa untuk lebih mudah memperbaiki gelombang, perlu frekuensi tinggi.

Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh G. Hertz (1887).

Sirkuit osilasi tertutup tidak memancarkan gelombang elektromagnetik: semua energi medan listrik kapasitor diubah menjadi energi medan magnet kumparan. Frekuensi osilasi ditentukan oleh parameter rangkaian osilasi:
.

Gambar 2.13 - Rangkaian osilasi.

Untuk meningkatkan frekuensi, perlu untuk mengurangi L dan C, yaitu. putar kumparan menjadi kawat lurus dan, sebagai
, kurangi luas pelat dan sebarkan ke jarak maksimum. Ini menunjukkan bahwa kita mendapatkan, pada dasarnya, konduktor lurus.

Perangkat semacam itu disebut vibrator Hertz. Bagian tengah dipotong dan dihubungkan ke trafo frekuensi tinggi. Di antara ujung kabel, di mana konduktor bola kecil dipasang, percikan listrik melompat, yang merupakan sumber gelombang elektromagnetik. Gelombang merambat sedemikian rupa sehingga vektor kekuatan medan listrik berosilasi di bidang di mana konduktor berada.

Gambar 2.14 - Vibrator Hertz.

Jika konduktor (antena) yang sama ditempatkan sejajar dengan emitor, maka muatan di dalamnya akan berosilasi dan percikan api lemah akan melompat di antara konduktor.

Hertz menemukan gelombang elektromagnetik dalam sebuah eksperimen dan mengukur kecepatannya, yang bertepatan dengan yang dihitung oleh Maxwell dan sama dengan c=3. 10 8 m/s.

Medan listrik bolak-balik menghasilkan medan magnet bolak-balik, yang, pada gilirannya, menghasilkan medan listrik bolak-balik, yaitu antena yang menggairahkan salah satu medan menyebabkan munculnya medan elektromagnetik tunggal. Sifat terpenting dari medan ini adalah bahwa ia merambat dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam media lossless tergantung pada permeabilitas relatif dielektrik dan magnetik media. Untuk udara, permeabilitas magnetik medium sama dengan satu, oleh karena itu, kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam hal ini sama dengan kecepatan cahaya.

Antena dapat berupa kabel vertikal yang ditenagai oleh generator frekuensi tinggi. Generator mengeluarkan energi untuk mempercepat pergerakan elektron bebas dalam konduktor, dan energi ini diubah menjadi medan elektromagnetik bolak-balik, yaitu gelombang elektromagnetik. Semakin tinggi frekuensi arus generator, semakin cepat medan elektromagnetik berubah dan semakin intens penyembuhan gelombang.

Terhubung ke kabel antena keduanya adalah medan listrik, garis-garis gaya yang dimulai pada muatan positif dan berakhir pada muatan negatif, dan medan magnet, garis-garis yang menutup di sekitar arus kabel. Semakin pendek periode osilasi, semakin sedikit waktu yang tersisa untuk energi medan terikat untuk kembali ke kawat (yaitu, ke generator) dan semakin banyak ia melewati medan bebas, yang merambat lebih jauh dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Radiasi efektif gelombang elektromagnetik terjadi di bawah kondisi kesepadanan panjang gelombang dan panjang kawat yang memancar.

Dengan demikian, dapat ditentukan bahwa gelombang radio- ini adalah medan elektromagnetik yang tidak terkait dengan pemancar dan perangkat pembentuk saluran, yang merambat secara bebas di ruang angkasa dalam bentuk gelombang dengan frekuensi osilasi 10 -3 hingga 10 12 Hz.

Osilasi elektron di antena dibuat oleh sumber EMF yang berubah secara berkala dengan periode T. Jika suatu saat medan pada antena memiliki nilai maksimum, maka akan memiliki nilai yang sama setelah beberapa saat T. Selama waktu ini, medan elektromagnetik yang ada pada saat awal di antena akan bergerak ke kejauhan

= (1)

Jarak minimum antara dua titik dalam ruang di mana medan memiliki nilai yang sama disebut panjang gelombang. Sebagai berikut dari (1), panjang gelombang λ tergantung pada kecepatan rambatnya dan periode osilasi elektron dalam antena. Sebagai frekuensi saat ini f = 1 / T, maka panjang gelombang λ = υ / f .

Tautan radio mencakup bagian utama berikut:

Pemancar

Penerima

Media tempat gelombang radio merambat.

Pemancar dan penerima adalah elemen yang dapat dikontrol dari tautan radio, karena dimungkinkan untuk meningkatkan daya pemancar, menghubungkan antena yang lebih efisien, dan meningkatkan sensitivitas penerima. Media adalah elemen yang tidak terkontrol dari radio link.

Perbedaan antara saluran komunikasi radio dan saluran kabel adalah bahwa saluran kabel menggunakan kabel atau kabel sebagai penghubung, yang merupakan elemen yang dikendalikan (Anda dapat mengubah parameter listriknya).

Gelombang elektromagnetik, menurut fisika, termasuk yang paling misterius. Di dalamnya, energi benar-benar menghilang entah dari mana, muncul entah dari mana. Tidak ada objek serupa lainnya dalam semua sains. Bagaimana semua transformasi ajaib ini terjadi?

Elektrodinamika Maxwell

Semuanya dimulai dengan fakta bahwa ilmuwan Maxwell pada tahun 1865, mengandalkan karya Faraday, menurunkan persamaan medan elektromagnetik. Maxwell sendiri percaya bahwa persamaannya menggambarkan torsi dan tegangan gelombang di eter. Dua puluh tiga tahun kemudian, Hertz secara eksperimental menciptakan gangguan semacam itu dalam medium, dan berhasil tidak hanya dalam mendamaikannya dengan persamaan elektrodinamika, tetapi juga dalam memperoleh hukum yang mengatur penyebaran gangguan ini. Kecenderungan aneh telah muncul untuk menyatakan setiap gangguan yang bersifat elektromagnetik sebagai gelombang Hertzian. Namun, radiasi ini bukan satu-satunya cara untuk melakukan transfer energi.

Koneksi tanpa kabel

Sampai saat ini, untuk pilihan pelaksanaan komunikasi nirkabel tersebut antara lain:

Kopling elektrostatik, juga disebut kapasitif;

induksi;

saat ini;

Koneksi Tesla, yaitu koneksi gelombang kerapatan elektron di sepanjang permukaan konduktif;

Rentang terluas dari pembawa paling umum, yang disebut gelombang elektromagnetik - dari frekuensi ultra-rendah hingga radiasi gamma.

Perlu mempertimbangkan jenis koneksi ini secara lebih rinci.

Ikatan elektrostatik

Kedua dipol digabungkan kekuatan listrik di ruang angkasa, yang merupakan konsekuensi dari hukum Coulomb. Dari gelombang elektromagnetik jenis yang diberikan komunikasi dibedakan oleh kemampuan untuk menghubungkan dipol ketika mereka berada di jalur yang sama. Dengan bertambahnya jarak, kekuatan koneksi melemah, dan pengaruh kuat dari berbagai gangguan juga diamati.

kopling induktif

Berdasarkan medan magnet nyasar induktansi. Diamati antara benda-benda yang memiliki induktansi. Penerapannya cukup terbatas karena aksi jarak pendek.

Koneksi saat ini

Karena penyebaran arus dalam media penghantar, interaksi tertentu dapat terjadi. Jika arus dilewatkan melalui terminal (sepasang kontak), maka arus yang sama ini dapat dideteksi pada jarak yang cukup jauh dari kontak. Inilah yang disebut efek penyebaran arus.

koneksi Tesla

Fisikawan terkenal Nikola Tesla menemukan komunikasi menggunakan gelombang pada permukaan konduktif. Jika di suatu tempat di bidang kepadatan pembawa muatan terganggu, maka pembawa-pembawa ini akan mulai bergerak, yang akan cenderung mengembalikan keseimbangan. Karena pembawa memiliki sifat inersia, pemulihan memiliki karakter gelombang.

Koneksi elektromagnetik

Radiasi gelombang elektromagnetik dibedakan oleh aksi jarak jauh yang sangat besar, karena amplitudonya berbanding terbalik dengan jarak ke sumbernya. Metode komunikasi nirkabel inilah yang paling banyak digunakan. Tapi apa itu gelombang elektromagnetik? Pertama, Anda perlu membuat penyimpangan singkat ke dalam sejarah penemuan mereka.

Bagaimana gelombang elektromagnetik "muncul"?

Semuanya dimulai pada tahun 1829, ketika fisikawan Amerika Henry menemukan gangguan dalam pelepasan listrik dalam percobaan dengan stoples Leyden. Pada tahun 1832, fisikawan Faraday menyarankan adanya proses seperti gelombang elektromagnetik. Maxwell menciptakan persamaan elektromagnetismenya yang terkenal pada tahun 1865. Pada akhir abad kesembilan belas, ada banyak upaya yang berhasil untuk menciptakan komunikasi nirkabel menggunakan elektrostatik dan induksi elektromagnetik. Penemu terkenal Edison datang dengan sistem yang memungkinkan penumpang kereta api mengirim dan menerima telegram saat kereta bergerak. Pada tahun 1888, G. Hertz dengan tegas membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik muncul menggunakan alat yang disebut vibrator. Hertz melakukan percobaan pada transmisi sinyal elektromagnetik dari jarak jauh. Pada tahun 1890, insinyur dan fisikawan Prancis Branly menemukan alat untuk merekam radiasi elektromagnetik. Selanjutnya, perangkat ini disebut "konduktor radio" (koherer). Pada tahun 1891-1893, Nikola Tesla menjelaskan prinsip dasar pelaksanaan transmisi sinyal jarak jauh dan mematenkan antena tiang, yang merupakan sumber gelombang elektromagnetik. Manfaat lebih lanjut dalam studi gelombang dan implementasi teknis produksi dan penerapannya dimiliki oleh fisikawan dan penemu terkenal seperti Popov, Marconi, de Maur, Lodge, Mirhead, dan banyak lainnya.

Konsep "gelombang elektromagnetik"

Gelombang elektromagnetik adalah fenomena yang merambat di ruang angkasa dengan kecepatan tertentu dan merupakan medan listrik dan magnet bolak-balik. Karena medan magnet dan listrik saling terkait erat satu sama lain, mereka membentuk medan elektromagnetik. Dapat juga dikatakan bahwa gelombang elektromagnetik adalah gangguan medan, dan selama perambatannya, energi yang dimiliki medan magnet diubah menjadi energi medan listrik dan sebaliknya, menurut elektrodinamika Maxwell. Secara lahiriah, ini mirip dengan perambatan gelombang lain di media lain, tetapi ada juga perbedaan yang signifikan.

Apa perbedaan antara gelombang elektromagnetik dan lainnya?

Energi gelombang elektromagnetik merambat dalam medium yang agak sulit dipahami. Untuk membandingkan gelombang ini dan gelombang lainnya, perlu dipahami apa media perambatannya dalam pertanyaan. Diasumsikan bahwa ruang intra-atomik diisi dengan eter listrik - media tertentu, yang merupakan dielektrik absolut. Semua gelombang selama perambatan menunjukkan transisi energi kinetik menjadi energi potensial dan sebaliknya. Pada saat yang sama, energi-energi ini telah bergeser secara maksimum dalam ruang dan waktu relatif satu sama lain sebesar seperempat periode penuh ombak. Dalam hal ini, energi gelombang rata-rata, merupakan jumlah dari potensial dan energi kinetik adalah sebuah konstanta. Tetapi dengan gelombang elektromagnetik, situasinya berbeda. Energi medan magnet dan listrik mencapai nilai maksimumnya secara bersamaan.

Bagaimana gelombang elektromagnetik dihasilkan?

Materi gelombang elektromagnetik adalah medan listrik (eter). Medan bergerak terstruktur dan terdiri dari energi gerakannya dan energi listrik medan itu sendiri. Jadi energi potensial gelombang terkait dengan kinetik dan dalam-fase. Sifat gelombang elektromagnetik adalah medan listrik periodik yang berada dalam keadaan gerakan maju di luar angkasa dan bergerak dengan kecepatan cahaya.

Arus perpindahan

Ada cara lain untuk menjelaskan apa itu gelombang elektromagnetik. Diasumsikan bahwa arus perpindahan muncul dalam eter selama pergerakan medan listrik yang tidak homogen. Mereka muncul, tentu saja, hanya untuk pengamat luar yang diam. Pada saat parameter seperti kekuatan medan listrik mencapai maksimum, arus perpindahan pada titik tertentu dalam ruang akan berhenti. Dengan demikian, pada tegangan minimum, gambar sebaliknya diperoleh. Pendekatan ini menjelaskan sifat gelombang radiasi elektromagnetik, karena energi medan listrik digeser seperempat periode terhadap arus perpindahan. Kemudian kita dapat mengatakan bahwa gangguan listrik, atau lebih tepatnya energi gangguan, diubah menjadi energi arus perpindahan dan sebaliknya dan merambat secara gelombang dalam media dielektrik.