Cosa sono le onde elettromagnetiche? Un'onda elettromagnetica è il processo di propagazione di un campo elettromagnetico nello spazio.

Le onde elettromagnetiche sono il risultato di anni di dibattito e migliaia di esperimenti. Prova della presenza di forze di origine naturale che possono trasformare l'attuale società. Questa è l'effettiva accettazione di una semplice verità: sappiamo troppo poco del mondo in cui viviamo.

La fisica è la regina tra le scienze naturali, in grado di rispondere a domande sull'origine non solo della vita, ma del mondo stesso. Dà agli scienziati la capacità di studiare i campi elettrici e magnetici, la cui interazione genera EMW (onde elettromagnetiche).

Che cos'è un'onda elettromagnetica

Non molto tempo fa è uscito sugli schermi del nostro Paese il film “War of the Currents” (2018), dove, con un tocco di finzione, racconta la disputa tra i due grandi scienziati Edison e Tesla. Uno ha cercato di dimostrare un vantaggio da corrente continua, l'altro - dalla variabile. Questa lunga battaglia terminò solo nel settimo anno del ventunesimo secolo.

Proprio all'inizio della "battaglia", un altro scienziato, lavorando sulla teoria della relatività, descrisse l'elettricità e il magnetismo come fenomeni simili.

Nel trentesimo anno del diciannovesimo secolo, il fisico origine inglese Faraday ha scoperto il fenomeno induzione elettromagnetica e introdusse il termine dell'unità dei campi elettrico e magnetico. Ha anche affermato che il movimento in questo campo è limitato dalla velocità della luce.

Poco dopo, la teoria dello scienziato inglese Maxwell disse che l'elettricità provoca un effetto magnetico e il magnetismo provoca l'apparenza campo elettrico. Poiché entrambi questi campi si muovono nello spazio e nel tempo, formano perturbazioni, cioè onde elettromagnetiche.

In poche parole, un'onda elettromagnetica è una perturbazione spaziale di un'elettricità campo magnetico.

Sperimentalmente, l'esistenza di EMW è stata dimostrata dallo scienziato tedesco Hertz.

Onde elettromagnetiche, loro proprietà e caratteristiche

Le onde elettromagnetiche sono caratterizzate dai seguenti fattori:

• lunghezza (gamma sufficientemente ampia);
• frequenza;
• intensità (o ampiezza di oscillazione);
• la quantità di energia.

La proprietà principale di tutte le radiazioni elettromagnetiche è la lunghezza d'onda (nel vuoto), che di solito è specificata in nanometri per lo spettro della luce visibile.

Ogni nanometro rappresenta un millesimo di micrometro ed è misurato dalla distanza tra due picchi consecutivi (vertici).

La corrispondente frequenza di radiazione di un'onda è il numero di oscillazioni sinusoidali ed è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda.

La frequenza viene solitamente misurata in Hertz. Pertanto, lunghezze d'onda più lunghe corrispondono a una frequenza di radiazione inferiore e lunghezze d'onda più corte corrispondono a una frequenza di radiazione più elevata.

Le principali proprietà delle onde:

• rifrazione;
• riflessione;
• assorbimento;
• interferenza.

velocità delle onde elettromagnetiche

La velocità di propagazione effettiva di un'onda elettromagnetica dipende dal materiale che ha il mezzo, dalla sua densità ottica e dalla presenza di un fattore come la pressione.

Oltretutto, vari materiali hanno una diversa densità di "impacchettamento" degli atomi, più vicini si trovano, minore è la distanza e maggiore è la velocità. Di conseguenza, la velocità di un'onda elettromagnetica dipende dal materiale attraverso il quale viaggia.

Esperimenti simili vengono condotti nel collisore di adroni, dove il principale strumento di influenza è una particella carica. Studio di fenomeni elettromagnetici avviene lì a livello quantistico, quando la luce viene decomposta in minuscole particelle - fotoni. Ma la fisica quantisticaè una questione separata.

Secondo la teoria della relatività, la massima velocità di propagazione delle onde non può superare la velocità della luce. La finitezza del limite di velocità nei suoi scritti è stata descritta da Maxwell, spiegandolo con la presenza di un nuovo campo: l'etere. La scienza ufficiale moderna non ha ancora studiato una tale relazione.

Radiazione elettromagnetica e sue tipologie

La radiazione elettromagnetica è costituita da onde elettromagnetiche, che si osservano come fluttuazioni nei campi elettrici e magnetici, che si propagano alla velocità della luce (300 km al secondo nel vuoto).

Quando la radiazione EM interagisce con la materia, il suo comportamento cambia qualitativamente al variare della frequenza. Perché viene convertito in:

1. Emissione radiofonica. Alle radiofrequenze e alle microonde, la radiazione em interagisce con la materia principalmente sotto forma di un insieme comune di cariche distribuite su un largo numero atomi colpiti.
2. Radiazione infrarossa. A differenza delle radiazioni a bassa frequenza e delle radiazioni a microonde, un emettitore di infrarossi di solito interagisce con i dipoli presenti nelle singole molecole, che cambiano alle estremità mentre vibrano. legame chimico a livello atomico.
3. Emissione di luce visibile. All'aumentare della frequenza nell'intervallo visibile, i fotoni hanno energia sufficiente per modificare la struttura legata di alcune singole molecole.
4. Radiazioni ultraviolette. La frequenza è in aumento. Ora c'è abbastanza energia nei fotoni ultravioletti (più di tre volt) per agire doppiamente sui legami delle molecole, riorganizzandoli costantemente chimicamente.
5. Radiazione ionizzante. Alle frequenze più alte e alla più piccola in lunghezza d'onda. L'assorbimento di questi raggi da parte della materia interessa l'intero spettro gamma. L'effetto più famoso è la radiazione.

Qual è la sorgente delle onde elettromagnetiche

Il mondo, secondo la giovane teoria dell'origine di tutto, è sorto grazie a un impulso. Ha rilasciato un'energia colossale, che è stata chiamata una grande esplosione. È così che è apparsa la prima em-wave nella storia dell'universo.

Attualmente, le fonti di formazione del disturbo includono:

• emv emette un vibratore artificiale;
• il risultato della vibrazione di gruppi atomici o parti di molecole;
• se c'è un impatto su guscio esterno sostanze (a livello atomico-molecolare);
• effetto simile alla luce;
• durante il decadimento nucleare;
• conseguenza della decelerazione elettronica.

Scala e applicazione della radiazione elettromagnetica

Per scala di radiazione si intende un'ampia gamma di frequenze d'onda da 3·10 6 ÷10 -2 a 10 -9 ÷ 10 -14.

Ogni parte dello spettro elettromagnetico ha una vasta gamma di applicazioni nella nostra vita quotidiana:

1. Onde di piccola lunghezza (microonde). Queste onde elettriche vengono utilizzate come segnale satellitare perché sono in grado di bypassare l'atmosfera terrestre. Inoltre, una versione leggermente migliorata viene utilizzata per riscaldare e cucinare in cucina: questo è un forno a microonde. Il principio di preparazione è semplice: sotto l'azione radiazione a microonde le molecole d'acqua vengono assorbite e accelerate, provocando il riscaldamento del piatto.
2. Le perturbazioni lunghe sono utilizzate nelle tecnologie radio (onde radio). La loro frequenza non consente il passaggio di nuvole e atmosfera, grazie alle quali radio e televisione FM sono a nostra disposizione.
3. Il disturbo infrarosso è direttamente correlato al calore. È quasi impossibile vederlo. Prova a notare senza apparecchiature speciali un raggio dal telecomando della tua TV, del tuo centro musicale o della radio in macchina. Dispositivi in ​​grado di leggere tali onde sono utilizzati negli eserciti dei paesi (dispositivo di visione notturna). Anche nelle cucine a induzione.
4. L'ultravioletto è anche correlato al calore. Il più potente "generatore" naturale di tale radiazione è il sole. È a causa dell'azione delle radiazioni ultraviolette che si forma un'abbronzatura sulla pelle di una persona. In medicina, questo tipo di onda viene utilizzata per disinfettare gli strumenti, uccidendo i germi e.
5. I raggi gamma sono il tipo di radiazione più potente in cui si concentra un disturbo a onde corte ad alta frequenza. L'energia contenuta in questa parte dello spettro elettromagnetico conferisce ai raggi un maggiore potere di penetrazione. Applicabile in fisica Nucleare- armi nucleari pacifiche - uso in combattimento.

L'influenza delle onde elettromagnetiche sulla salute umana

Misurare l'impatto dell'emv sugli esseri umani è responsabilità degli scienziati. Ma non è necessario essere uno specialista per valutare l'intensità delle radiazioni ionizzanti: provoca cambiamenti a livello del DNA umano, che comporta malattie così gravi come l'oncologia.

Non c'è da stupirsi che l'impatto dannoso del disastro di Chernobyl sia considerato uno dei più pericolosi per la natura. Diversi chilometri quadrati del territorio un tempo bellissimo sono diventati una zona di totale esclusione. Fino alla fine del secolo, un'esplosione alla centrale nucleare di Chernobyl è pericolosa fino al termine dell'emivita dei radionuclidi.

Alcuni tipi di emv (radio, infrarossi, ultravioletti) non causano molti danni a una persona e sono solo disagio. Dopotutto, il campo magnetico della terra non è praticamente percepito da noi, ma l'emv da cellulare puo 'causare mal di testa(impatto sul sistema nervoso).

Per proteggere la tua salute dall'elettromagnetismo, dovresti semplicemente usare precauzioni ragionevoli. Invece di passare centinaia di ore a giocare al computer, esci a fare una passeggiata.

Nel 1864, James Clerk Maxwell predisse la possibilità dell'esistenza di onde elettromagnetiche nello spazio. Ha avanzato questa affermazione sulla base delle conclusioni derivanti dall'analisi di tutti i dati sperimentali allora conosciuti sull'elettricità e sul magnetismo.

Maxwell unificò matematicamente le leggi dell'elettrodinamica collegando elettrico e fenomeni magnetici, e giunse così alla conclusione che i campi elettrici e magnetici che cambiano nel tempo si generano a vicenda.

Inizialmente, ha sottolineato il fatto che il rapporto tra magnetico e fenomeni elettrici non è simmetrico e ha introdotto il termine "vortice campo elettrico”, offrendo una sua, davvero nuova, spiegazione del fenomeno dell'induzione elettromagnetica scoperto da Faraday: “ogni variazione del campo magnetico porta alla comparsa nello spazio circostante di un campo elettrico a vortice con linee di forza».

Giusta, secondo Maxwell, era l'affermazione inversa che "un campo elettrico mutevole dà origine a un campo magnetico nello spazio circostante", ma questa affermazione rimase inizialmente solo un'ipotesi.

Maxwell scrisse un sistema di equazioni matematiche che descriveva costantemente le leggi delle trasformazioni reciproche dei campi magnetici ed elettrici, queste equazioni divennero in seguito le equazioni di base dell'elettrodinamica e divennero note come "equazioni di Maxwell" in onore del grande scienziato che le scrisse . L'ipotesi di Maxwell, basata sulle equazioni scritte, aveva diverse conclusioni estremamente importanti per la scienza e la tecnologia, che sono riportate di seguito.

Le onde elettromagnetiche esistono davvero

Nello spazio possono esistere onde elettromagnetiche trasversali, che si propagano nel tempo. Il fatto che le onde siano trasversali è indicato dal fatto che i vettori dell'induzione magnetica B e dell'intensità del campo elettrico E sono tra loro perpendicolari ed entrambi giacciono su un piano perpendicolare alla direzione di propagazione di un'onda elettromagnetica.

La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nella materia è finita ed è determinata dall'elettricità e proprietà magnetiche materiale attraverso il quale si propaga l'onda. In questo caso, la lunghezza dell'onda sinusoidale λ è correlata alla velocità υ da una certa esatta relazione λ = υ / f, e dipende dalla frequenza f delle oscillazioni del campo. La velocità c di un'onda elettromagnetica nel vuoto è una delle costanti fisiche fondamentali: la velocità della luce nel vuoto.

Poiché Maxwell dichiarò la finitezza della velocità di propagazione di un'onda elettromagnetica, ciò creò una contraddizione tra la sua ipotesi e la teoria a lungo raggio allora accettata, secondo la quale la velocità di propagazione delle onde avrebbe dovuto essere infinita. La teoria di Maxwell è stata quindi chiamata la teoria dell'azione a corto raggio.

In un'onda elettromagnetica, la trasformazione dei campi elettrico e magnetico l'uno nell'altro avviene simultaneamente, quindi le densità volumetriche dell'energia magnetica e energia elettrica sono uguali tra loro. Pertanto, l'affermazione è vera che i moduli dell'intensità del campo elettrico e dell'induzione del campo magnetico sono interconnessi in ogni punto dello spazio dalla seguente relazione:

Onda elettromagnetica nel processo della sua distribuzione crea un flusso energia elettromagnetica, e se consideriamo l'area in un piano perpendicolare alla direzione di propagazione dell'onda, in breve tempo una certa quantità di energia elettromagnetica si muoverà attraverso di essa. La densità del flusso di energia elettromagnetica è la quantità di energia trasportata da un'onda elettromagnetica attraverso la superficie di un'unità di area per unità di tempo. Sostituendo i valori di velocità, oltre all'energia magnetica ed elettrica, possiamo ottenere un'espressione della densità di flusso in termini di quantità E e B.

Poiché la direzione di propagazione dell'energia dell'onda coincide con la direzione della velocità di propagazione dell'onda, il flusso di energia che si propaga in un'onda elettromagnetica può essere specificato utilizzando un vettore diretto allo stesso modo della velocità di propagazione dell'onda. Questo vettore è chiamato il "vettore Poynting" - in onore di fisico britannico Henry Poynting, che sviluppò nel 1884 la teoria della propagazione del flusso di energia del campo elettromagnetico. La densità del flusso di energia delle onde è misurata in W/mq.

Quando un campo elettrico agisce su una sostanza, in essa compaiono piccole correnti, che sono un movimento ordinato di particelle elettricamente cariche. Queste correnti nel campo magnetico di un'onda elettromagnetica sono soggette all'azione della forza Ampère, che è diretta in profondità nella sostanza. Ampere e genera di conseguenza pressione.

Questo fenomeno fu successivamente, nel 1900, investigato e confermato sperimentalmente dal fisico russo Pyotr Nikolaevich Lebedev, il cui lavoro sperimentale fu molto importante per confermare la teoria dell'elettromagnetismo di Maxwell e la sua accettazione e approvazione in futuro.

Il fatto che un'onda elettromagnetica eserciti pressione permette di giudicare la presenza di un impulso meccanico in un campo elettromagnetico, che può essere espresso per un'unità di volume in termini di densità volumetrica dell'energia elettromagnetica e velocità di propagazione dell'onda nel vuoto:

Poiché la quantità di moto è associata al movimento della massa, può essere introdotto un concetto come massa elettromagnetica, e quindi per un volume unitario questo rapporto (secondo SRT) assumerà il carattere di una legge di natura universale e sarà valido per qualsiasi corpo materiale, indipendentemente dalla forma della materia. E il campo elettromagnetico è quindi simile a un corpo materiale: ha energia W, massa m, quantità di moto p e una velocità di propagazione finita v. Cioè, il campo elettromagnetico è una delle forme di materia che effettivamente esiste in natura.

Per la prima volta nel 1888, Heinrich Hertz confermò sperimentalmente la teoria elettromagnetica di Maxwell. Ha dimostrato empiricamente la realtà delle onde elettromagnetiche e ha studiato le loro proprietà come la rifrazione e l'assorbimento in vari mezzi, nonché il riflesso delle onde dalle superfici metalliche.

Hertz ha misurato la lunghezza d'onda e ha mostrato che la velocità di propagazione di un'onda elettromagnetica è uguale alla velocità della luce. Il lavoro sperimentale di Hertz è stato l'ultimo passo verso il riconoscimento della teoria elettromagnetica di Maxwell. Sette anni dopo, nel 1895, il fisico russo Alexander Stepanovich Popov utilizzò le onde elettromagnetiche per creare comunicazioni wireless.

Nei circuiti CC, le cariche si muovono a velocità costante e le onde elettromagnetiche in questo caso non vengono irradiate nello spazio. Affinché avvenga la radiazione, è necessario utilizzare un'antenna in cui vengono eccitate correnti alternate, cioè correnti che cambiano rapidamente direzione.

Nella sua forma più semplice, un dipolo elettrico è adatto ad emettere onde elettromagnetiche. taglia piccola, il cui momento di dipolo cambierebbe rapidamente nel tempo. È un tale dipolo che oggi viene chiamato "dipolo hertziano", la cui dimensione è molte volte inferiore alla lunghezza d'onda che emette.

Quando emesso da un dipolo hertziano, flusso massimo l'energia elettromagnetica cade su un piano perpendicolare all'asse del dipolo. Nessuna energia elettromagnetica viene emessa lungo l'asse del dipolo. Nei più importanti esperimenti di Hertz, i dipoli elementari furono usati sia per emettere che per ricevere onde elettromagnetiche, e fu dimostrata l'esistenza delle onde elettromagnetiche.

M. Faraday ha introdotto il concetto di campo:

un campo elettrostatico attorno a una carica a riposo

intorno alle cariche in movimento (corrente) c'è un campo magnetico.

Nel 1830 M. Faraday scoprì il fenomeno dell'induzione elettromagnetica: quando il campo magnetico cambia, si forma un campo elettrico a vortice.

Figura 2.7 - Campo elettrico Vortex

dove,
- vettore di intensità del campo elettrico,
- vettore di induzione magnetica.

Un campo magnetico alternato crea un campo elettrico a vortice.

Nel 1862 D.K. Maxwell avanza un'ipotesi: quando il campo elettrico cambia, si forma un campo magnetico a vortice.

È nata l'idea di un singolo campo elettromagnetico.

Figura 2.8 - Campo elettromagnetico unificato.

Il campo elettrico alternato crea un campo magnetico a vortice.

Campo elettromagnetico- questa è una forma speciale di materia - una combinazione di campi elettrici e magnetici. I campi elettrici e magnetici variabili esistono contemporaneamente e formano un unico campo elettromagnetico. È materiale:

Si manifesta in azione sia su cariche in appoggio che in movimento;

Si diffonde ad una velocità elevata ma finita;

Esiste indipendentemente dalla nostra volontà e dai nostri desideri.

Alla velocità di ricarica, zero, c'è solo un campo elettrico. A una velocità di carica costante, viene generato un campo elettromagnetico.

Con il movimento accelerato della carica viene emessa un'onda elettromagnetica, che si propaga nello spazio con una velocità finita .

Lo sviluppo dell'idea delle onde elettromagnetiche appartiene a Maxwell, ma Faraday sapeva già della loro esistenza, sebbene avesse paura di pubblicare l'opera (fu letta più di 100 anni dopo la sua morte).

La condizione principale per l'emergere di un'onda elettromagnetica è il movimento accelerato delle cariche elettriche.

Che cos'è un'onda elettromagnetica, è facile immaginare il seguente esempio. Se lanci un sassolino sulla superficie dell'acqua, sulla superficie si formano onde divergenti in cerchi. Si muovono dalla fonte del loro verificarsi (perturbazione) con una certa velocità di propagazione. Per le onde elettromagnetiche, i disturbi sono campi elettrici e magnetici che si muovono nello spazio. Un campo elettromagnetico variabile nel tempo provoca necessariamente un campo magnetico alternato e viceversa. Questi campi sono interconnessi.

La principale fonte dello spettro delle onde elettromagnetiche è la stella del Sole. Parte dello spettro delle onde elettromagnetiche vede l'occhio umano. Questo spettro è compreso tra 380...780 nm (Fig. 2.1). Nello spettro visibile, l'occhio percepisce la luce in modo diverso. Oscillazioni elettromagnetiche con diverse lunghezze d'onda provocano la sensazione di luce con diversi colori.

Figura 2.9 - Spettro delle onde elettromagnetiche

Parte dello spettro delle onde elettromagnetiche viene utilizzata per le trasmissioni e le comunicazioni radiofoniche e televisive. La sorgente delle onde elettromagnetiche è un filo (antenna) in cui si verifica un'oscillazione cariche elettriche. Il processo di formazione dei campi, iniziato vicino al filo, gradualmente, punto per punto, cattura l'intero spazio. Maggiore è la frequenza corrente alternata passando attraverso il filo e generando un campo elettrico o magnetico, tanto più intense sono le onde radio di una determinata lunghezza create dal filo.

Radio(lat. radio - emettere, emettere raggi ← raggio - raggio) - un tipo di comunicazione wireless in cui le onde radio che si propagano liberamente nello spazio vengono utilizzate come portanti del segnale.

onde radio(da radio...), onde elettromagnetiche con lunghezza d'onda > 500 µm (frequenza< 6×10 12 Гц).

Le onde radio sono campi elettrici e magnetici che cambiano nel tempo. La velocità di propagazione delle onde radio nello spazio libero è di 300.000 km/s. Sulla base di ciò, è possibile determinare la lunghezza dell'onda radio (m).

λ=300/f, dove f - frequenza (MHz)

Le vibrazioni sonore dell'aria create durante una conversazione telefonica vengono convertite dal microfono in vibrazioni elettriche di frequenza sonora, che vengono trasmesse tramite fili all'apparecchiatura dell'abbonato. Lì, all'altro capo della linea, con l'aiuto dell'emettitore del telefono, vengono convertite in vibrazioni dell'aria percepite dall'abbonato come suoni. Nella telefonia i mezzi di comunicazione sono i fili, nella radiodiffusione le onde radio.

Il "cuore" del trasmettitore di qualsiasi stazione radio è un generatore, un dispositivo che genera oscillazioni di una frequenza alta, ma rigorosamente costante per una determinata stazione radio. Queste oscillazioni a radiofrequenza, amplificate alla potenza richiesta, entrano nell'antenna ed eccitano nello spazio circostante oscillazioni elettromagnetiche esattamente della stessa frequenza: le onde radio. La velocità di rimozione delle onde radio dall'antenna della stazione radio è uguale alla velocità della luce: 300.000 km / s, che è quasi un milione di volte più veloce della propagazione del suono nell'aria. Ciò significa che se un trasmettitore fosse acceso in un determinato momento presso la stazione di trasmissione di Mosca, le sue onde radio raggiungerebbero Vladivostok in meno di 1/30 s e il suono durante questo periodo avrebbe il tempo di propagarsi solo 10- 11 m.

Le onde radio si propagano non solo nell'aria, ma anche dove non ce n'è, ad esempio, nello spazio. In questo differiscono da onde sonore, per il quale è assolutamente necessaria l'aria o un altro mezzo denso, come l'acqua.

Onda elettromagnetica è un campo elettromagnetico che si propaga nello spazio (oscillazioni di vettori
). In prossimità della carica, i campi elettrico e magnetico cambiano con uno sfasamento p/2.

Figura 2.10 - Campo elettromagnetico unificato.

A grande distanza dalla carica, i campi elettrico e magnetico cambiano di fase.

Figura 2.11 - Variazione in fase dei campi elettrici e magnetici.

L'onda elettromagnetica è trasversale. La direzione della velocità dell'onda elettromagnetica coincide con la direzione del movimento della vite destra quando si ruota la maniglia del succhiello vettoriale al vettore .

Figura 2.12 - Onda elettromagnetica.

Inoltre, in un'onda elettromagnetica, la relazione
, dove c è la velocità della luce nel vuoto.

Maxwell ha calcolato teoricamente l'energia e la velocità delle onde elettromagnetiche.

In questo modo, l'energia dell'onda è direttamente proporzionale alla quarta potenza della frequenza. Ciò significa che per fissare più facilmente l'onda, è necessario che sia di alta frequenza.

Le onde elettromagnetiche furono scoperte da G. Hertz (1887).

Un circuito oscillatorio chiuso non irradia onde elettromagnetiche: tutta l'energia del campo elettrico del condensatore viene convertita nell'energia del campo magnetico della bobina. La frequenza di oscillazione è determinata dai parametri del circuito oscillatorio:
.

Figura 2.13 - Circuito oscillatorio.

Per aumentare la frequenza, è necessario diminuire L e C, cioè trasformare la bobina in un filo dritto e, come
, ridurre l'area delle piastre e allargarle alla massima distanza. Questo dimostra che otteniamo, in sostanza, un diretto conduttore.

Tale dispositivo è chiamato vibratore Hertz. La parte centrale è tagliata e collegata a un trasformatore ad alta frequenza. Tra le estremità dei fili, su cui sono fissati piccoli conduttori sferici, salta una scintilla elettrica, che è la fonte dell'onda elettromagnetica. L'onda si propaga in modo tale che il vettore dell'intensità del campo elettrico oscilli nel piano in cui si trova il conduttore.

Figura 2.14 - Vibratore Hertz.

Se lo stesso conduttore (antenna) è posizionato parallelamente all'emettitore, le cariche in esso contenute oscilleranno e deboli scintille salteranno tra i conduttori.

Hertz scoprì sperimentalmente le onde elettromagnetiche e ne misurò la velocità, che coincideva con quella calcolata da Maxwell e pari a c=3. 10 8 m/s.

Un campo elettrico alternato genera un campo magnetico alternato, che a sua volta genera un campo elettrico alternato, ovvero un'antenna che eccita uno dei campi provoca la comparsa di un unico campo elettromagnetico. La proprietà più importante di questo campo è che si propaga sotto forma di onde elettromagnetiche.

La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche in un mezzo senza perdite dipende dalla permeabilità relativamente dielettrica e magnetica del mezzo. Per l'aria, la permeabilità magnetica del mezzo è uguale a uno, quindi la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche in questo caso è uguale alla velocità della luce.

L'antenna può essere un filo verticale alimentato da un generatore ad alta frequenza. Il generatore consuma energia per accelerare il movimento degli elettroni liberi nel conduttore e questa energia viene convertita in un campo elettromagnetico alternato, cioè onde elettromagnetiche. Maggiore è la frequenza della corrente del generatore, più velocemente cambia il campo elettromagnetico e più intensa è la guarigione dell'onda.

Al filo dell'antenna sono collegati sia un campo elettrico, le cui linee di forza iniziano con cariche positive e terminano con cariche negative, sia un campo magnetico, le cui linee si chiudono attorno alla corrente del filo. Più breve è il periodo di oscillazione, meno tempo rimane affinché l'energia dei campi legati ritorni al filo (cioè al generatore) e più passa nei campi liberi, che si propagano ulteriormente sotto forma di onde elettromagnetiche. La radiazione effettiva delle onde elettromagnetiche si verifica nella condizione di commensurabilità della lunghezza d'onda e della lunghezza del filo radiante.

Pertanto, si può determinare che onde radio- questo è un campo elettromagnetico non associato all'emettitore e ai dispositivi di formazione del canale, che si propaga liberamente nello spazio sotto forma di un'onda con una frequenza di oscillazione da 10 -3 a 10 12 Hz.

Le oscillazioni degli elettroni nell'antenna sono create da una fonte di campi elettromagnetici che cambiano periodicamente con un periodo T. Se in un momento il campo dell'antenna aveva un valore massimo, dopo un po' avrà lo stesso valore T. Durante questo periodo, il campo elettromagnetico che esisteva al momento iniziale sull'antenna si sposterà a distanza

λ = υТ (1)

Viene chiamata la distanza minima tra due punti nello spazio in cui il campo ha lo stesso valore lunghezza d'onda. Come segue da (1), la lunghezza d'onda λ dipende dalla velocità della sua propagazione e dal periodo di oscillazione degli elettroni nell'antenna. Perché frequenza attuale f = 1 / T, quindi la lunghezza d'onda λ = υ / f .

Il collegamento radio comprende le seguenti parti principali:

Trasmettitore

Ricevitore

Il mezzo in cui si propagano le onde radio.

Il trasmettitore e il ricevitore sono elementi controllabili del ponte radio, poiché è possibile aumentare la potenza del trasmettitore, collegare un'antenna più efficiente e aumentare la sensibilità del ricevitore. Il mezzo è un elemento incontrollato del collegamento radio.

La differenza tra una linea di comunicazione radio e le linee cablate è che le linee cablate utilizzano fili o cavi come collegamento di collegamento, che sono elementi controllati (è possibile modificarne i parametri elettrici).

Le onde elettromagnetiche, secondo la fisica, sono tra le più misteriose. In essi, l'energia in realtà scompare nel nulla, appare dal nulla. Non c'è nessun altro oggetto simile in tutta la scienza. Come avvengono tutte queste miracolose trasformazioni?

Elettrodinamica di Maxwell

Tutto iniziò con il fatto che lo scienziato Maxwell nel lontano 1865, basandosi sul lavoro di Faraday, derivò l'equazione del campo elettromagnetico. Lo stesso Maxwell credeva che le sue equazioni descrivessero la torsione e la tensione delle onde nell'etere. Ventitré anni dopo, Hertz creò sperimentalmente tali perturbazioni nel mezzo, riuscendo non solo a riconciliarle con le equazioni dell'elettrodinamica, ma anche ad ottenere le leggi che regolano la propagazione di queste perturbazioni. È sorta una curiosa tendenza a dichiarare qualsiasi perturbazione di natura elettromagnetica come onde hertziane. Tuttavia, queste radiazioni non sono l'unico modo per effettuare il trasferimento di energia.

Connessione senza fili

Ad oggi, a opzioni l'implementazione di tale comunicazione wireless include:

Accoppiamento elettrostatico, detto anche capacitivo;

induzione;

attuale;

Connessione Tesla, ovvero la connessione di onde di densità elettronica lungo superfici conduttive;

La gamma più ampia dei vettori più comuni, chiamati onde elettromagnetiche, dalle frequenze ultrabasse alle radiazioni gamma.

Vale la pena considerare questi tipi di connessioni in modo più dettagliato.

Legame elettrostatico

I due dipoli sono forze elettriche accoppiate nello spazio, che è una conseguenza della legge di Coulomb. Dalle onde elettromagnetiche dato tipo la comunicazione si distingue per la capacità di collegare i dipoli quando si trovano sulla stessa linea. Con l'aumentare delle distanze, la forza della connessione si attenua e si osserva anche una forte influenza di varie interferenze.

accoppiamento induttivo

Basato su campi magnetici vaganti di induttanza. Osservato tra oggetti che hanno induttanza. La sua applicazione è piuttosto limitata a causa dell'azione a corto raggio.

Connessione corrente

A causa delle correnti di diffusione in un mezzo conduttore, può verificarsi una certa interazione. Se le correnti passano attraverso i terminali (una coppia di contatti), queste stesse correnti possono essere rilevate a una distanza considerevole dai contatti. Questo è ciò che viene chiamato l'effetto della diffusione della corrente.

Collegamento Tesla

Il famoso fisico Nikola Tesla ha inventato la comunicazione usando le onde su una superficie conduttiva. Se in qualche punto del piano la densità del portatore di carica è disturbata, allora questi vettori inizieranno a muoversi, il che tenderà a ripristinare l'equilibrio. Poiché i vettori hanno una natura inerziale, il recupero ha un carattere ondulatorio.

Collegamento elettromagnetico

La radiazione delle onde elettromagnetiche si distingue per un'enorme azione a lungo raggio, poiché la loro ampiezza è inversamente proporzionale alla distanza dalla sorgente. È questo metodo di comunicazione wireless quello più utilizzato. Ma cosa sono le onde elettromagnetiche? Per prima cosa devi fare una breve digressione nella storia della loro scoperta.

Come sono "apparse" le onde elettromagnetiche?

Tutto ebbe inizio nel 1829, quando il fisico americano Henry scoprì perturbazioni nelle scariche elettriche in esperimenti con vasi di Leida. Nel 1832, il fisico Faraday suggerì l'esistenza di un processo come le onde elettromagnetiche. Maxwell creò le sue famose equazioni dell'elettromagnetismo nel 1865. Alla fine del diciannovesimo secolo, ci furono molti tentativi riusciti di creare comunicazioni wireless utilizzando elettrostatico e induzione elettromagnetica. Il famoso inventore Edison ha ideato un sistema che consentisse ai passeggeri ferrovia inviare e ricevere telegrammi mentre il treno è in movimento. Nel 1888, G. Hertz dimostrò inequivocabilmente che le onde elettromagnetiche appaiono utilizzando un dispositivo chiamato vibratore. Hertz ha condotto un esperimento sulla trasmissione di un segnale elettromagnetico a distanza. Nel 1890, l'ingegnere e fisico francese Branly inventò un dispositivo per la registrazione delle radiazioni elettromagnetiche. Successivamente, questo dispositivo fu chiamato "conduttore radio" (coherer). Nel 1891-1893, Nikola Tesla descrisse i principi di base per l'implementazione della trasmissione del segnale su lunghe distanze e brevettò un'antenna a palo, che era una fonte di onde elettromagnetiche. Ulteriori meriti nello studio delle onde e nell'implementazione tecnica della loro produzione e applicazione appartengono a fisici e inventori famosi come Popov, Marconi, de Maur, Lodge, Mirhead e molti altri.

Il concetto di "onda elettromagnetica"

Un'onda elettromagnetica è un fenomeno che si propaga nello spazio con una certa velocità finita ed è un campo elettrico e magnetico alternato. Poiché i campi magnetici ed elettrici sono indissolubilmente legati tra loro, formano un campo elettromagnetico. Si può anche dire che un'onda elettromagnetica è una perturbazione del campo, e durante la sua propagazione, l'energia che ha il campo magnetico viene convertita in energia del campo elettrico e viceversa, secondo l'elettrodinamica di Maxwell. Esternamente, questo è simile alla propagazione di qualsiasi altra onda in qualsiasi altro mezzo, ma ci sono anche differenze significative.

Qual è la differenza tra le onde elettromagnetiche e le altre?

L'energia delle onde elettromagnetiche si propaga in un mezzo piuttosto incomprensibile. Per confrontare queste onde e tutte le altre, è necessario capire quale mezzo di propagazione in questione. Si presume che lo spazio intraatomico sia riempito di etere elettrico, un mezzo specifico, che è un dielettrico assoluto. Tutte le onde durante la propagazione mostrano la transizione dell'energia cinetica in energia potenziale e viceversa. Allo stesso tempo, queste energie hanno spostato il massimo nel tempo e nello spazio l'una rispetto all'altra di un quarto periodo intero onde. In questo caso, l'energia media dell'onda, essendo la somma del potenziale e energia cineticaè una costante. Ma con le onde elettromagnetiche, la situazione è diversa. Le energie sia del campo magnetico che elettrico raggiungono i loro valori massimi contemporaneamente.

Come si genera un'onda elettromagnetica?

La materia di un'onda elettromagnetica è un campo elettrico (etere). Il campo in movimento è strutturato e consiste nell'energia del suo movimento e nell'energia elettrica del campo stesso. Ecco perché energia potenziale onde associate alla cinetica e in fase. La natura di un'onda elettromagnetica è un campo elettrico periodico che si trova in uno stato movimento in avanti nello spazio e in movimento la velocità della luce.

Correnti di spostamento

C'è un altro modo per spiegare cosa sono le onde elettromagnetiche. Si presume che le correnti di spostamento sorgano nell'etere durante il movimento di campi elettrici disomogenei. Sorgono, ovviamente, solo per un osservatore esterno fermo. Nel momento in cui un parametro come l'intensità del campo elettrico raggiunge il suo massimo, la corrente di spostamento in un dato punto nello spazio si interrompe. Di conseguenza, ad un minimo di tensione, si ottiene l'immagine inversa. Questo approccio chiarisce la natura dell'onda radiazioni elettromagnetiche, poiché l'energia del campo elettrico è spostata di un quarto del periodo rispetto alle correnti di spostamento. Allora possiamo dire che il disturbo elettrico, o meglio l'energia del disturbo, si trasforma nell'energia della corrente di spostamento e viceversa e si propaga in modo ondulatorio in un mezzo dielettrico.