Ce este o undă electromagnetică - Knowledge Hypermarket. Unde electromagnetice - proprietăți și caracteristici

Multe modele procesele ondulatorii au un caracter universal și sunt la fel de valabile pentru valuri de natură diferită: unde mecaniceîntr-un mediu elastic, valurile la suprafaţa apei, într-o sfoară întinsă etc. Nu fac excepţie şi undele electromagnetice, reprezentând procesul de propagare a oscilaţiilor câmp electromagnetic. Dar, spre deosebire de alte tipuri de unde, care se propagă într-un mediu material, undele electromagnetice se pot propaga în vid: nu este necesar niciun mediu material pentru propagarea câmpurilor electrice și magnetice. Cu toate acestea, undele electromagnetice pot exista nu numai în vid, ci și în materie.

Predicția undelor electromagnetice. Existența undelor electromagnetice a fost prezisă teoretic de Maxwell ca rezultat al analizei sistemului său de ecuații propus care descrie câmpul electromagnetic. Maxwell a arătat că un câmp electromagnetic în vid poate exista chiar și în absența surselor - sarcini și curenți. Un câmp fără surse are forma unor unde care se propagă cu o viteză finită cm/s, în care vectorii câmpului electric și magnetic în fiecare moment de timp în fiecare punct al spațiului sunt perpendiculari între ei și perpendiculari pe direcția undei. propagare.

Experimental, undele electromagnetice au fost descoperite și studiate de Hertz la numai 10 ani după moartea lui Maxwell.

vibrator deschis. Pentru a înțelege cum pot fi obținute undele electromagnetice experimental, luați în considerare un circuit oscilator „deschis”, în care plăcile condensatorului sunt depărtate (Fig. 176) și, prin urmare, câmp electric ocupă o suprafață mare de spațiu. Odată cu creșterea distanței dintre plăci, capacitatea C a condensatorului scade și, în conformitate cu formula Thomson, crește frecvența oscilațiilor naturale. Dacă înlocuim și inductorul cu o bucată de sârmă, atunci inductanța va scădea și frecvența naturală va crește și mai mult. În acest caz, nu numai câmpul electric, ci și câmpul magnetic, care anterior era închis în interiorul bobinei, va ocupa acum o regiune mare de spațiu care acoperă acest fir.

O creștere a frecvenței oscilațiilor în circuit, precum și o creștere a acestuia dimensiuni liniare, duce la faptul că perioada proprie

oscilațiile devin comparabile cu timpul de propagare a câmpului electromagnetic de-a lungul întregului circuit. Aceasta înseamnă că procesele de oscilații electromagnetice naturale într-un astfel de circuit deschis nu mai pot fi considerate cvasi-staționare.

Orez. 176. Trecerea de la un circuit oscilator la un vibrator deschis

Puterea curentului în diferitele sale locuri în același timp este diferită: la capetele circuitului este întotdeauna zero, iar în mijloc (unde era bobina) oscilează cu amplitudine maximă.

În cazul limitativ, când circuitul oscilator s-a transformat pur și simplu într-un segment de sârmă drept, distribuția curentului de-a lungul circuitului la un moment dat în timp este prezentată în Fig. 177a. În momentul în care puterea curentului într-un astfel de vibrator este maximă, câmpul magnetic care îl acoperă atinge și el un maxim și nu există câmp electric în apropierea vibratorului. După un sfert din perioadă, puterea curentului dispare și, odată cu aceasta, câmpul magnetic din apropierea vibratorului; sarcinile electrice sunt concentrate în apropierea capetelor vibratorului, iar distribuția lor are forma prezentată în Fig. 1776. Câmpul electric în apropierea vibratorului în acest moment este maxim.

Orez. 177. Distribuția de-a lungul unui vibrator deschis a puterii curentului în momentul în care aceasta este maximă (a) și distribuția sarcinilor după un sfert din perioada (b)

Aceste oscilații de sarcină și curent, adică oscilațiile electromagnetice într-un vibrator deschis, sunt destul de analoge cu oscilațiile mecanice care pot apărea într-un arc oscilator dacă corpul masiv atașat de acesta este îndepărtat. În acest caz, este necesar să se țină seama de masa părților individuale ale arcului și să se considere un sistem distribuit, în care fiecare element are atât proprietăți elastice, cât și inerte. În cazul unui vibrator electromagnetic deschis, fiecare dintre elementele sale are, de asemenea, simultan atât inductanță, cât și capacitate.

Câmpurile electrice și magnetice ale vibratorului. Natura necvasi-staționară a oscilațiilor într-un vibrator deschis duce la faptul că câmpurile create de secțiunile sale individuale la o anumită distanță de vibrator nu se mai compensează reciproc, așa cum este cazul unui circuit oscilator „închis” cu parametrii concentrați, unde oscilațiile sunt cvasi-staționare, câmpul electric este concentrat în întregime în interiorul condensatorului, iar magnetic - în interiorul bobinei. Datorită unei astfel de separări spațiale a câmpurilor electrice și magnetice, acestea nu sunt direct legate între ele: transformarea lor reciprocă se datorează numai transferului curent - sarcină de-a lungul circuitului.

La un vibrator deschis, unde câmpurile electrice și magnetice se suprapun în spațiu, are loc influența lor reciprocă: un câmp magnetic în schimbare generează un câmp electric vortex, iar un câmp electric în schimbare generează un câmp magnetic. Ca urmare, este posibilă existența unor astfel de câmpuri „auto-susținute” care se propagă în spațiul liber la o distanță mare de vibrator. Acestea sunt undele electromagnetice emise de vibrator.

Experimentele lui Hertz. Vibratorul, cu ajutorul căruia G. Hertz în 1888 a fost primul care a obţinut experimental unde electromagnetice, era un conductor drept cu un mic întrefier la mijloc (Fig. 178a). Datorită acestui decalaj, cele două jumătăți ale vibratorului ar putea fi transmise sarcini semnificative. Când diferența de potențial a atins o anumită valoare limită, a avut loc o defecțiune a întrefierului (o scânteie a sărit) și sarcinile electrice puteau curge prin aerul ionizat de la o jumătate a vibratorului în cealaltă. Într-un circuit deschis, au apărut oscilații electromagnetice. Pentru ca curenții alternativi rapidi să existe doar în vibrator și să nu se închidă prin sursa de alimentare, între vibrator și sursă au fost conectate șocuri (vezi Fig. 178a).

Orez. 178. Vibrator Hertz

Vibrațiile de înaltă frecvență în vibrator există atâta timp cât scânteia închide spațiul dintre jumătățile sale. Amortizarea unor astfel de oscilații în vibrator are loc în principal nu datorită pierderilor Joule asupra rezistenței (ca într-un circuit oscilator închis), ci datorită radiației undelor electromagnetice.

Pentru a detecta undele electromagnetice, Hertz a folosit un al doilea vibrator (de primire) (Fig. 1786). Sub acțiunea unui câmp electric alternativ al unei unde care vine de la emițător, electronii din vibratorul receptor efectuează oscilații forțate, adică un curent alternativ rapid este excitat în vibrator. Dacă dimensiunile vibratorului receptor sunt aceleași cu cele ale celui emițător, atunci frecvențele oscilațiilor electromagnetice naturale din ele coincid și oscilațiile forțate din vibratorul receptor ating o valoare notabilă datorită rezonanței. Aceste oscilații au fost detectate de Hertz prin trecerea unei scântei într-un spațiu microscopic din mijlocul vibratorului receptor sau prin strălucirea unui tub miniatural cu descărcare în gaz G, conectat între jumătățile vibratorului.

Hertz nu numai că a demonstrat experimental existența undelor electromagnetice, dar pentru prima dată a început să studieze proprietățile acestora - absorbția și refracția în diferite medii, reflexia din suprafete metalice etc. Experimental, s-a putut măsura și viteza undelor electromagnetice, care s-au dovedit a fi egale cu viteza luminii.

Coincidența vitezei undelor electromagnetice cu viteza luminii măsurată cu mult înainte de descoperirea lor a servit drept punct de plecare pentru identificarea luminii cu unde electromagnetice și crearea unei teorii electromagnetice a luminii.

O undă electromagnetică există fără surse de câmpuri în sensul că după emiterea ei, câmpul electromagnetic al undei nu este asociat cu sursa. În acest fel, o undă electromagnetică diferă de câmpurile electrice și magnetice statice, care nu există izolat de sursă.

Mecanismul de radiație a undelor electromagnetice. Radiația undelor electromagnetice are loc odată cu mișcarea accelerată a sarcinilor electrice. Este posibil să înțelegem cum câmpul electric transversal al unei unde ia naștere din câmpul radial Coulomb al unei sarcini punctuale folosind următorul raționament simplu propus de J. Thomson.

Orez. 179. Câmpul unei sarcini punctiforme imobile

Luați în considerare câmpul electric creat de o sarcină punctiformă.Dacă sarcina este în repaus, atunci câmpul ei electrostatic este reprezentat de linii radiale de forță care ies din sarcină (Fig. 179). Fie ca în momentul de timp sarcina sub acțiunea unei forțe externe începe să se miște cu o accelerație a, iar după un timp acțiunea acestei forțe se oprește, astfel încât sarcina se mișcă mai departe uniform la o viteză.Graficul vitezei sarcinii este prezentat în Fig. 180.

Imaginează-ți o imagine a liniilor câmpului electric creat de această sarcină, după o perioadă lungă de timp.Deoarece câmpul electric se propagă cu viteza luminii c,

atunci modificarea câmpului electric cauzată de mișcarea sarcinii nu a putut ajunge în punctele aflate în afara sferei razei: în afara acestei sfere, câmpul este același ca și cu sarcina staționară (Fig. 181). Puterea acestui câmp (în sistemul gaussian de unități) este egală cu

Întreaga modificare a câmpului electric cauzată de mișcarea accelerată a sarcinii în timp în momentul de timp se află în interiorul unui strat sferic subțire de grosime, a cărui rază exterioară este egală cu și cea interioară - Acest lucru este prezentat în Fig. 181. În interiorul sferei de rază, câmpul electric este câmpul unei sarcini care se mișcă uniform.

Orez. 180. Graficul ratei de încărcare

Orez. 181. Liniile intensității câmpului electric al unei sarcini care se deplasează conform graficului din fig. 180

Orez. 182. La derivarea formulei pentru intensitatea câmpului de radiație al unei sarcini în mișcare accelerată

Dacă viteza de încărcare este mult mai mică decât viteza luminii c, atunci acest câmp coincide în momentul de timp cu câmpul unei sarcini punctiforme staționare situate la distanță de la început (Fig. 181): câmpul unei sarcini lent. deplasându-se cu o viteză constantă se mișcă odată cu ea, iar distanța parcursă de sarcină în timp, așa cum se poate vedea din Fig. 180, poate fi considerat egal dacă r»t.

Imaginea câmpului electric din interiorul stratului sferic este ușor de găsit, având în vedere continuitatea liniilor de forță. Pentru a face acest lucru, trebuie să conectați liniile radiale de forță corespunzătoare (Fig. 181). Îndoirea liniilor de forță cauzată de mișcarea accelerată a sarcinii „fuge” de sarcină cu o viteză c. O îndoire în liniile de forță între

sfere, acesta este câmpul de radiație care ne interesează, propagăndu-se cu o viteză c.

Pentru a găsi câmpul de radiație, luați în considerare una dintre liniile de intensitate, care formează un anumit unghi cu direcția mișcării sarcinii (Fig. 182). Să descompunăm vectorul intensității câmpului electric din ruptura E în două componente: radială și transversală.Componenta radială este puterea câmp electrostatic, creat de taxa departe de el:

Componenta transversală este puterea câmpului electric în unda emisă de sarcină în timpul mișcării accelerate. Deoarece această undă trece de-a lungul razei, vectorul este perpendicular pe direcția de propagare a undei. Din fig. 182 arată că

Înlocuind aici din (2), găsim

Considerând că un raport este accelerația a, cu care sarcina s-a deplasat în intervalul de timp de la 0 la, rescriem această expresie sub forma

În primul rând, acordăm atenție faptului că puterea câmpului electric al undei scade invers cu distanța de la centru, în contrast cu puterea câmpului electrostatic, care este proporțională cu o astfel de dependență de distanță și ar trebui să ne așteptăm dacă luăm în considerare legea conservării energiei. Deoarece nu există absorbție de energie atunci când o undă se propagă într-un gol, cantitatea de energie care a trecut printr-o sferă de orice rază este aceeași. Deoarece aria suprafeței unei sfere este proporțională cu pătratul razei sale, fluxul de energie printr-o unitate a suprafeței sale trebuie să fie invers proporțional cu pătratul razei. Având în vedere că densitatea de energie a câmpului electric al undei este egală, concluzionăm că

Mai mult, observăm că intensitatea câmpului undei din formula (4) în momentul de timp depinde de accelerația sarcinii și în momentul de timp unda radiată în acest moment atinge un punct situat la distanță după un timp. egal cu

Radiația unei sarcini oscilante. Să presupunem acum că sarcina se mișcă tot timpul de-a lungul unei linii drepte cu o accelerație variabilă în apropierea originii, de exemplu, efectuează oscilații armonice. Atâta timp cât este, va emite unde electromagnetice continuu. Intensitatea câmpului electric al undei într-un punct situat la o distanță de originea coordonatelor este încă determinată de formula (4), iar câmpul în momentul de timp depinde de accelerația sarcinii a într-un moment anterior.

Fie mișcarea sarcinii o oscilație armonică în apropierea originii cu o anumită amplitudine A și frecvență w:

Accelerația sarcinii în timpul unei astfel de mișcări este dată de expresia

Înlocuind accelerația de sarcină în formula (5), obținem

O modificare a câmpului electric în orice punct în timpul trecerii unei astfel de unde este o oscilație armonică cu o frecvență , adică o sarcină oscilantă radiază o undă monocromatică. Desigur, formula (8) este valabilă la distanțe mai mari decât amplitudinea oscilațiilor de sarcină A.

Energia unei unde electromagnetice. Densitatea de energie a câmpului electric al unei unde monocromatice emisă de o sarcină poate fi găsită folosind formula (8):

Densitatea energiei este proporțională cu pătratul amplitudinii oscilației sarcinii și cu puterea a patra a frecvenței.

Orice fluctuație este asociată cu tranziții periodice de energie de la o formă la alta și invers. De exemplu, oscilațiile unui oscilator mecanic sunt însoțite de transformări reciproce ale energiei cinetice și ale energiei potențiale de deformare elastică. Când am studiat oscilațiile electromagnetice dintr-un circuit, am văzut că analogul energiei potențiale a unui oscilator mecanic este energia câmpului electric din condensator, iar analogul energiei cinetice este energia câmpului magnetic al bobinei. Această analogie este valabilă nu numai pentru oscilațiile localizate, ci și pentru procesele ondulatorii.

Într-o undă monocromatică care se deplasează într-un mediu elastic, densitățile de energie cinetică și potențială în fiecare punct realizează oscilații armonice cu o frecvență dublată și în așa fel încât valorile lor să coincidă în orice moment. La fel este și într-o undă electromagnetică monocromatică care călătorește: densitățile de energie ale câmpurilor electrice și magnetice, care fac o oscilație armonică cu o frecvență, sunt egale între ele în orice punct în orice moment.

Densitatea energiei câmpului magnetic este exprimată în termeni de inducție B după cum urmează:

Echivalând densitățile de energie ale câmpurilor electrice și magnetice într-o undă electromagnetică care călătorește, suntem convinși că inducerea câmpului magnetic într-o astfel de undă depinde de coordonate și timp în același mod ca și intensitatea câmpului electric. Cu alte cuvinte, într-o undă care călătorește, inducția câmpului magnetic și intensitatea câmpului electric sunt egale una cu cealaltă în orice punct și în orice moment (în sistemul gaussian de unități):

Fluxul de energie al unei unde electromagnetice. Densitatea totală de energie a câmpului electromagnetic în unda care călătorește este de două ori mai mare decât densitatea de energie a câmpului electric (9). Densitatea fluxului de energie y purtată de undă este egală cu produsul dintre densitatea energiei și viteza de propagare a undei. Folosind formula (9), se poate observa că fluxul de energie prin orice suprafață oscilează cu frecvența.Pentru a afla valoarea medie a densității fluxului de energie, este necesar să facem o medie a expresiei (9) în timp. Deoarece valoarea medie este 1/2, obținem

Orez. 183. Distribuția unghiulară a energiei” emisă de o sarcină oscilantă

Densitatea fluxului de energie într-o undă depinde de direcția: în direcția în care au loc oscilațiile sarcinii, energia nu este emisă deloc Cel mai mare număr energia este emisă într-un plan perpendicular pe această direcție.Distribuția unghiulară a energiei emise de o sarcină oscilantă este prezentată în Fig. 183. O sarcină oscilează de-a lungul unei axe

direcția energiei, adică diagrama arată o linie care leagă capetele acestor segmente.

Distribuția energiei în direcții în spațiu este caracterizată de o suprafață, care se obține prin rotirea diagramei în jurul axei

Polarizarea undelor electromagnetice. Unda generată de vibrator în timpul oscilațiilor armonice se numește monocromatic. O undă monocromatică este caracterizată de o anumită frecvență co și lungime de undă X. Lungimea de undă și frecvența sunt legate prin viteza de propagare a undei c:

O undă electromagnetică în vid este transversală: vectorul intensității câmpului electromagnetic al undei, după cum se poate observa din raționamentul de mai sus, este perpendicular pe direcția de propagare a undei. Să desenăm prin punctul de observație Р din fig. 184 sferă centrată la origine, în jurul căreia sarcina radiantă oscilează de-a lungul axei. Desenați paralele și meridiane pe el. Atunci vectorul E al câmpului de undă va fi direcționat tangențial la meridian, iar vectorul B este perpendicular pe vectorul E și îndreptat tangențial la paralelă.

Pentru a verifica acest lucru, să luăm în considerare mai detaliat relația dintre câmpurile electrice și magnetice dintr-o undă care călătorește. Aceste câmpuri după emisia undei nu mai sunt asociate cu sursa. Când câmpul electric al undei se modifică, apare un câmp magnetic, ale cărui linii de forță, așa cum am văzut în studiul curentului de deplasare, sunt perpendiculare pe liniile de forță ale câmpului electric. Acest câmp magnetic alternant, în schimbare, duce la rândul său la apariția unui câmp electric vortex, care este perpendicular pe câmpul magnetic care l-a generat. Astfel, în timpul propagării unei unde, câmpurile electrice și magnetice se susțin reciproc, rămânând reciproc perpendiculare tot timpul. Întrucât într-o undă care călătorește modificarea câmpurilor electrice și magnetice are loc în fază unul cu celălalt, „portretul” instantaneu al undei (vectorii E și B în puncte diferite linii de-a lungul direcției de propagare) are forma prezentată în Fig. 185. O astfel de undă se numește polarizat liniar. O sarcină oscilantă armonică radiază unde polarizate liniar în toate direcțiile. Într-o undă polarizată liniar care călătorește în orice direcție, vectorul E este întotdeauna în același plan.

Deoarece sarcinile dintr-un vibrator electromagnetic liniar efectuează exact o astfel de mișcare oscilantă, unda electromagnetică emisă de vibrator este polarizată liniar. Este ușor de verificat acest lucru experimental prin schimbarea orientării vibratorului receptor față de cel emitent.

Orez. 185. Câmpuri electrice și magnetice într-o undă polarizată liniar care se deplasează

Semnalul este mai mare atunci când vibratorul receptor este paralel cu cel care emite (vezi Fig. 178). Dacă vibratorul receptor este rotit perpendicular pe vibratorul care emite, atunci semnalul dispare. Oscilațiile electrice în vibratorul receptor pot apărea numai datorită componentei câmpului electric al undei direcționate de-a lungul vibratorului. Prin urmare, un astfel de experiment indică faptul că câmpul electric din undă este paralel cu vibratorul radiant.

Sunt posibile și alte tipuri de polarizare a undelor electromagnetice transversale. Dacă, de exemplu, vectorul E la un moment dat în timpul trecerii undei se rotește uniform în jurul direcției de propagare, rămânând neschimbat în valoare absolută, atunci unda se numește polarizat circular sau polarizat circular. Un „portret” instant al câmpului electric al unei astfel de unde electromagnetice este prezentat în Fig. 186.

Orez. 186. Câmp electric într-o undă polarizată circular

O undă polarizată circular poate fi obținută prin adăugarea a două unde polarizate liniar de aceeași frecvență și amplitudine care se propagă în aceeași direcție, vectorii câmpului electric în care sunt reciproc perpendiculari. În fiecare dintre unde, vectorul câmp electric în fiecare punct efectuează o oscilație armonică. Pentru ca suma unor astfel de oscilații reciproc perpendiculare să aibă ca rezultat o rotație a vectorului rezultat, este necesară o defazare.Cu alte cuvinte, undele polarizate liniar care sunt adăugate trebuie să fie deplasate cu un sfert din lungimea de undă una față de alta.

Momentul valurilor și presiunea ușoară. Alături de energie, unda electromagnetică are și impuls. Dacă o undă este absorbită, atunci impulsul ei este transferat obiectului care o absoarbe. De aici rezultă că în timpul absorbției, unda electromagnetică exercită presiune asupra barierei. Originea presiunii undei și valoarea acestei presiuni pot fi explicate după cum urmează.

Dirijată în linie dreaptă. Atunci puterea absorbită de sarcina P este egală cu

Presupunem că toată energia undei incidente este absorbită de barieră. Deoarece unda aduce energie pe unitatea de suprafață a barierei pe unitatea de timp, presiunea exercitată de undă la incidență normală este egală cu densitatea de energie a undei. Forța de presiune a undei electromagnetice absorbite o conferă barierei pe unitate. timp un impuls egal, conform formulei (15), cu energia absorbită împărțită la viteza luminii. Și asta înseamnă că unda electromagnetică absorbită a avut un impuls, care este egal cu energia împărțită la viteza luminii.

Pentru prima dată, presiunea undelor electromagnetice a fost descoperită experimental de P. N. Lebedev în 1900 în experimente extrem de subtile.

Cum diferă oscilațiile electromagnetice cvasi-staționare dintr-un circuit oscilator închis de oscilațiile de înaltă frecvență dintr-un vibrator deschis? Dă-mi o analogie mecanică.

Explicați de ce undele electromagnetice nu radiază într-un circuit închis în timpul oscilațiilor electromagnetice cvasi-staționare. De ce apar radiațiile când vibratii electromagneticeîntr-un vibrator deschis?

Descrieți și explicați experimentele lui Hertz privind excitația și detectarea undelor electromagnetice. Ce rol joacă eclatorul în vibratoarele de transmisie și recepție?

Explicați cum, odată cu mișcarea accelerată a unei sarcini electrice, un câmp electrostatic longitudinal se transformă într-un câmp electric transversal al unei unde electromagnetice emise de aceasta.

Pe baza considerațiilor energetice, arătați că intensitatea câmpului electric al undei sferice emise de vibrator scade cu 1 1r (spre deosebire de câmpul electrostatic).

Ce este o undă electromagnetică monocromatică? Ce este o lungime de undă? Cum este legat de frecvență? Care este proprietatea transversală a undelor electromagnetice?

Care este polarizarea unei unde electromagnetice? Ce tipuri de polarizare cunoașteți?

Ce argumente puteți oferi pentru a justifica faptul că o undă electromagnetică are impuls?

Explicați rolul forței Lorentz în apariția forței de presiune a undelor electromagnetice pe barieră.

Progresul tehnologic are și un dezavantaj. Utilizarea globală a diferitelor echipamente alimentate electric a provocat poluare, care a primit numele - zgomot electromagnetic. În acest articol, vom lua în considerare natura acestui fenomen, gradul de impact al acestuia asupra corpului uman și măsurile de protecție.

Ce este și sursele de radiații

Radiațiile electromagnetice sunt unde electromagnetice care apar atunci când un câmp magnetic sau electric este perturbat. Fizica modernă interpretează acest proces în cadrul teoriei dualismului undelor corpusculare. Adică, porțiunea minimă de radiație electromagnetică este un cuantic, dar în același timp are proprietăți de undă de frecvență care îi determină principalele caracteristici.

Spectrul de frecvență al radiației câmpului electromagnetic face posibilă clasificarea acestuia în următoarele tipuri:

frecvență radio (acestea includ unde radio);
termică (infraroșu);
optic (adică vizibil pentru ochi);
radiații în spectrul ultraviolet și dur (ionizat).

O ilustrare detaliată a intervalului spectral (scara de emisie electromagnetică) poate fi văzută în figura de mai jos.

Natura surselor de radiații

În funcție de origine, sursele de radiație a undelor electromagnetice în practica mondială sunt de obicei clasificate în două tipuri și anume:

perturbări ale câmpului electromagnetic de origine artificială;
radiații din surse naturale.

Radiațiile care provin din câmpul magnetic din jurul Pământului, procesele electrice din atmosfera planetei noastre, fuziunea nucleară în adâncurile soarelui - toate sunt de origine naturală.

În ceea ce privește sursele artificiale, acestea sunt un efect secundar cauzat de funcționarea diferitelor mecanisme și dispozitive electrice.

Radiațiile emanate de ele pot fi de nivel scăzut și de nivel înalt. Gradul de intensitate al radiației câmpului electromagnetic depinde complet de nivelurile de putere ale surselor.

Exemple de surse EMP ridicate includ:

Liniile electrice sunt de obicei de înaltă tensiune;
toate tipurile de transport electric, precum și infrastructura însoțitoare;
turnuri de televiziune și radio, precum și stații de comunicații mobile și mobile;
instalații de conversie a tensiunii rețelei electrice (în special, unde emanate de la o stație de transformare sau de distribuție);
ascensoare și alte tipuri de echipamente de ridicare în care se utilizează o centrală electromecanică.

Sursele tipice care emit radiații de nivel scăzut includ următoarele echipamente electrice:

aproape toate dispozitivele cu afișaj CRT (de exemplu: un terminal de plată sau un computer);
tipuri diferite aparate electrocasnice, variind de la fier de călcat la sisteme climatice;
sisteme de inginerie care furnizează energie electrică diferitelor obiecte (nu se înțelege doar un cablu de alimentare, ci echipamente aferente, cum ar fi prize și contoare de energie electrică).

Separat, merită evidențiat echipamentul special folosit în medicină, care emite radiații dure (aparate cu raze X, RMN etc.).

Impact asupra unei persoane

În cursul a numeroase studii, radiobiologii au ajuns la o concluzie dezamăgitoare - radiația prelungită a undelor electromagnetice poate provoca o „explozie” a bolilor, adică determină dezvoltarea rapidă a proceselor patologice în corpul uman. Mai mult, multe dintre ele introduc încălcări la nivel genetic.

Video: Cum afectează radiațiile electromagnetice oamenii.
https://www.youtube.com/watch?v=FYWgXyHW93Q

Acest lucru se datorează faptului că câmpul electromagnetic nivel inalt activitate biologică, care afectează negativ organismele vii. Factorul de influență depinde de următoarele componente:

natura radiației produse;
cât timp și cu ce intensitate continuă.

Impactul radiațiilor asupra sănătății umane, care are natură electromagnetică, depinde direct de localizare. Poate fi atât local, cât și general. În acest din urmă caz, are loc iradierea la scară largă, de exemplu, radiația produsă de liniile electrice.

În consecință, iradierea locală se referă la impactul asupra anumitor părți ale corpului. Undele electromagnetice emanate de la un ceas electronic sau un telefon mobil sunt un exemplu viu de impact local.

Separat, este necesar să se observe efectul termic al radiațiilor electromagnetice de înaltă frecvență asupra materiei vii. Energia câmpului este transformată în energie termală(datorită vibrației moleculelor), acest efect se bazează pe munca emițătorilor industriali de microunde utilizați pentru încălzire diverse substante. Spre deosebire de beneficiile din procesele industriale, efectele termice asupra corpului uman pot fi dăunătoare. Din punct de vedere al radiobiologiei, nu este recomandat să fii în apropierea echipamentelor electrice „cald”.

Trebuie luat în considerare faptul că în viața de zi cu zi suntem expuși în mod regulat la radiații, iar acest lucru se întâmplă nu numai la locul de muncă, ci și acasă sau când ne deplasăm prin oraș. În timp, efectul biologic se acumulează și se intensifică. Odată cu creșterea zgomotului electromagnetic, numărul de boli caracteristice ale creierului sau sistem nervos. Rețineți că radiobiologia este o știință destul de tânără, așa că daunele cauzate organismelor vii de radiațiile electromagnetice nu au fost studiate în detaliu.

Figura arată nivelul undelor electromagnetice produse de aparatele electrocasnice convenționale.

Rețineți că nivelul intensității câmpului scade semnificativ odată cu distanța. Adică, pentru a-și reduce efectul, este suficient să te îndepărtezi de sursă la o anumită distanță.

Formula pentru calcularea normei (raționalizării) radiației câmpului electromagnetic este indicată în GOST-urile și SanPiN-urile relevante.

Protecție împotriva radiațiilor

În producție, ecranele absorbante (de protecție) sunt utilizate în mod activ ca mijloc de protecție împotriva radiațiilor. Din păcate, nu este posibil să vă protejați de radiațiile câmpului electromagnetic folosind astfel de echipamente acasă, deoarece nu este proiectat pentru acest lucru.

pentru a reduce impactul radiației câmpului electromagnetic la aproape zero, ar trebui să vă îndepărtați de liniile electrice, turnurile de radio și televiziune la o distanță de cel puțin 25 de metri (trebuie să țineți cont de puterea sursei);
pentru un monitor CRT și un televizor, această distanță este mult mai mică - aproximativ 30 cm;
ceasul electronic nu trebuie așezat aproape de pernă, distanta optima pentru ei mai mult de 5 cm;
in ceea ce priveste radiourile si telefoanele mobile, nu este recomandata apropierea acestora mai mult de 2,5 centimetri.

Rețineți că mulți oameni știu cât de periculos este să stați lângă liniile electrice de înaltă tensiune, dar, în același timp, majoritatea oamenilor nu acordă importanță aparatelor electrocasnice obișnuite. Deși este suficient să pui unitatea de sistem pe podea sau să o îndepărtezi, și te vei proteja pe tine și pe cei dragi. Vă sfătuim să faceți acest lucru și apoi să măsurați fundalul de pe computer folosind un detector de radiații de câmp electromagnetic pentru a verifica vizual reducerea acestuia.

Acest sfat se aplica si la amplasarea frigiderului, multi il pun langa masa din bucatarie, practic dar nesigur.

Niciun tabel nu va putea indica distanța exactă de siguranță față de un anumit echipament electric, deoarece emisiile pot varia, atât în funcție de modelul dispozitivului, cât și de țara de fabricație. În momentul de față nu există un standard internațional unic, prin urmare, în diferite țări, normele pot avea diferențe semnificative.

Puteți determina cu precizie intensitatea radiației folosind un dispozitiv special - un fluxmetru. Conform standardelor adoptate în Rusia, doza maximă admisă nu trebuie să depășească 0,2 μT. Recomandam masurarea in apartament cu ajutorul aparatului mai sus mentionat pentru masurarea gradului de radiatie a campului electromagnetic.

Fluxmetru - un dispozitiv pentru măsurarea gradului de radiație a unui câmp electromagnetic

Încercați să reduceți timpul când sunteți expus la radiații, adică nu stați mult timp aproape de aparatele electrice care funcționează. De exemplu, nu este deloc necesar să stai constant la aragazul electric sau la cuptorul cu microunde în timp ce gătești. În ceea ce privește echipamentele electrice, puteți vedea că cald nu înseamnă întotdeauna sigur.

Opriți întotdeauna aparatele electrice când nu sunt utilizate. Oamenii o lasă adesea aprinsă diverse dispozitive, fără a ține cont de faptul că în acest moment sunt emise radiații electromagnetice din electrotehnică. Opriți laptopul, imprimanta sau alte echipamente, nu este necesar să vă expuneți din nou la radiații, amintiți-vă de siguranța dvs.

este procesul de propagare a interacțiunii electromagnetice în spațiu.
Undele electromagnetice sunt descrise în termeni generali pentru fenomene electromagnetice Ecuațiile lui Maxwell. Chiar și în absența sarcinilor electrice și a curenților în spațiu, ecuațiile lui Maxwell au soluții diferite de zero. Aceste soluții descriu unde electromagnetice.
În absența sarcinilor și a curenților, ecuațiile lui Maxwell iau următoarea formă:

Aplicând operația putrezire la primele două ecuații, puteți obține ecuații separate pentru determinarea intensității câmpurilor electrice și magnetice.

Aceste ecuații au formă tipică ecuații de undă. Decuplările lor sunt suprapunerea expresiilor de tipul următor

Unde - Un anumit vector, care se numește vector de undă, ? - un număr numit frecvență ciclică, ? - faza. Mărimile sunt amplitudinile componentelor electrice și magnetice ale undei electromagnetice. Ele sunt reciproc perpendiculare și egale în valoare absolută. Interpretarea fizică a fiecăreia dintre mărimile introduse este dată mai jos.
În vid, o undă electromagnetică se deplasează cu o viteză numită viteza luminii. Viteza luminii este o constantă fizică fundamentală, care se notează Literă latină c. Conform postulatului de bază al teoriei relativității, viteza luminii este viteza maximă posibilă de transfer de informații sau de mișcare a corpului. Această viteză este de 299.792.458 m/s.
Unda electromagnetică este caracterizată de frecvență. Distingeți frecvența liniei? si frecventa ciclica? = 2??. În funcție de frecvență, undele electromagnetice aparțin unuia dintre intervalele spectrale.
O altă caracteristică a undei electromagnetice este vectorul de undă. Vectorul de undă determină direcția de propagare a undei electromagnetice, precum și lungimea acesteia. Valoarea absolută a vectorului vântului se numește număr de undă.
Lungimea undei electromagnetice? = 2? / k, unde k este numărul de undă.
Lungimea undei electromagnetice este legată de frecvență prin legea dispersiei. În gol, această conexiune este simplă:

?? = c.

Acest raport este adesea scris ca

? = c k.

Undele electromagnetice cu aceeași frecvență și vector de undă pot diferi în fază.
În vid, vectorii de putere ai câmpurilor electrice și magnetice ale unei unde electromagnetice sunt în mod necesar perpendiculari pe direcția de propagare a undei. Astfel de unde se numesc unde transversale. Din punct de vedere matematic, acest lucru este descris de ecuațiile și . În plus, intensitățile câmpurilor electrice și magnetice sunt perpendiculare între ele și sunt întotdeauna egale în valoare absolută în orice punct al spațiului: E = H. Dacă alegeți sistemul de coordonate astfel încât axa z să coincidă cu direcția de propagare a undei electromagnetice, există două posibilități diferite pentru direcțiile vectorilor de intensitate a câmpului electric. Dacă câmpul eclectic este îndreptat de-a lungul axei x, atunci câmpul magnetic va fi direcționat de-a lungul axei y și invers. Aceste două posibilități diferite nu se exclud reciproc și corespund două polarizări diferite. Această problemă este discutată mai detaliat în articolul Polarizarea undelor.
Domenii spectrale cu lumină vizibilă selectată În funcție de frecvență sau lungime de undă (aceste cantități sunt legate), undele electromagnetice sunt clasificate în diferite domenii. Undele din diferite game interacționează cu corpurile fizice în moduri diferite.
Undele electromagnetice cu cea mai joasă frecvență (sau cea mai mare lungime de undă) sunt denumite raza radio. Banda radio este folosită pentru a transmite semnale la distanță folosind radio, televiziune, telefoane mobile. Radarul funcționează în raza radio. Raza radio este împărțită în metru, disemetru, centimetru, milimetru, în funcție de lungimea undei electromagnetice.
Este posibil ca undele electromagnetice să aparțină domeniului infraroșu. În domeniul infraroșu se află radiația termică a corpului. Înregistrarea acestei vibrații stă la baza funcționării dispozitivelor de vedere pe timp de noapte. Undele infraroșii sunt folosite pentru a studia vibrațiile termice din corpuri și pentru a ajuta la determinarea structurii atomice. solide, gaze și lichide.
Radiația electromagnetică cu o lungime de undă de la 400 nm la 800 nm aparține domeniului luminii vizibile. Lumina vizibilă are culori diferite în funcție de frecvență și lungime de undă.
Se numesc lungimi de undă mai mici de 400 nm ultraviolet. Ochiul uman nu le distinge, deși proprietățile lor nu diferă de proprietățile undelor din domeniul vizibil. Frecvența înaltă și, în consecință, energia cuantelor unei astfel de lumini duce la un efect mai distructiv al undelor ultraviolete asupra obiectelor biologice. Suprafața pământului este protejată de efecte nocive unde ultraviolete de către stratul de ozon. Pentru o protecție suplimentară, natura a înzestrat oamenii cu piele întunecată. dar raze ultraviolete necesare unei persoane pentru producerea vitaminei D. De aceea oamenii din latitudinile nordice, unde intensitatea undelor ultraviolete este mai mică, a pierdut culoarea închisă a pielii.
Undele electromagnetice de frecvență mai înaltă sunt raze X gamă. Ele sunt numite astfel pentru că au fost descoperite de Roentgen, studiind radiația care se formează în timpul decelerației electronilor. În literatura străină se numesc astfel de valuri raze X respectând dorinţa lui Roentgen ca razele să nu-l numească pe numele lui. Undele de raze X interacționează slab cu materia, fiind absorbite mai puternic acolo unde densitatea este mai mare. Acest fapt este folosit în medicină pentru fluorografia cu raze X. Undele de raze X sunt, de asemenea, folosite pentru analiza elementară și studiul structurii corpurilor cristaline.
au cea mai mare frecvență și cea mai scurtă lungime ?-razele. Aceste raze sunt produse ca urmare reactii nucleareși reacții între particulele elementare. razele ? au un mare efect distructiv asupra obiectelor biologice. Cu toate acestea, ele sunt folosite în fizică pentru a studia diverse caracteristici nucleul atomic.
Energia unei unde electromagnetice este determinată de suma energiilor câmpurilor electrice și magnetice. Densitatea de energie într-un anumit punct al spațiului este dată de:

Densitatea de energie medie în timp este egală cu.

Unde E 0 = H 0 este amplitudinea undei.
Densitatea fluxului de energie al unei unde electromagnetice este de mare importanță. În special, determină fluxul luminos în optică. Densitatea fluxului de energie al unei unde electromagnetice este dată de vectorul Umov-Poynting.

Propagarea undelor electromagnetice într-un mediu are o serie de caracteristici în comparație cu propagarea în vid. Aceste caracteristici sunt legate de proprietățile mediului și depind în general de frecvența undei electromagnetice. Componentele electrice și magnetice ale undei provoacă polarizarea și magnetizarea mediului. Acest răspuns al mediului nu este același în cazul frecvențelor joase și înalte. La o frecvență scăzută a undei electromagnetice, electronii și ionii substanței au timp să răspundă la schimbările de intensitate a câmpurilor electrice și magnetice. Răspunsul mediului urmărește fluctuațiile temporale în valuri. La o frecvență înaltă, electronii și ionii substanței nu au timp să se deplaseze în perioada de oscilație a câmpurilor de undă și, prin urmare, polarizarea și magnetizarea mediului sunt mult mai mici.
Câmpul electromagnetic de joasă frecvență nu pătrunde în metale, unde există mulți electroni liberi, care sunt deplasați în acest fel, stinge complet unda electromagnetică. O undă electromagnetică începe să pătrundă în metal la o frecvență care depășește o anumită frecvență, care se numește frecvența plasmei. La frecvențe mai mici decât frecvența plasmei, o undă electromagnetică poate pătrunde în stratul de suprafață al metalului. Acest fenomen se numește efect de piele.
În dielectrici, legea de dispersie a undei electromagnetice se modifică. Dacă undele electromagnetice se propagă cu o amplitudine constantă în vid, atunci într-un mediu se degradează datorită absorbției. În acest caz, energia undei este transferată către electronii sau ionii mediului. În total, legea dispersiei în absența efectelor magnetice ia forma

Unde numărul de undă k este o mărime totală complexă, a cărei parte imaginară descrie scăderea amplitudinii undei electromagnetice, este permisivitatea complexă dependentă de frecvență a mediului.
În mediile anizotrope, direcția vectorilor câmpurilor electrice și magnetice nu este neapărat perpendiculară pe direcția de propagare a undelor. Cu toate acestea, direcția vectorilor de inducție electrică și magnetică păstrează această proprietate.
Într-un mediu, în anumite condiții, se poate propaga un alt tip de undă electromagnetică - o undă electromagnetică longitudinală, pentru care direcția vectorului intensității câmpului electric coincide cu direcția de propagare a undei.
La începutul secolului al XX-lea, pentru a explica spectrul de radiații al unui corp negru, Max Planck a sugerat că undele electromagnetice sunt emise de cuante cu energie proporțională cu frecvența. Câțiva ani mai târziu, Albert Einstein, explicând fenomenul efectului fotoelectric, a extins această idee presupunând că undele electromagnetice sunt absorbite de aceleași cuante. Astfel, a devenit clar că undele electromagnetice sunt caracterizate de unele proprietăți care au fost atribuite anterior particulelor materiale, corpusculilor.
Această idee se numește dualism cu unde corpusculare.

J. Maxwell a creat în 1864 teoria câmpului electromagnetic, conform căreia câmpurile electrice și magnetice există ca componente interconectate ale unui singur întreg - câmpul electromagnetic. Într-un spațiu în care există un câmp magnetic alternativ, un câmp electric alternativ este excitat și invers.

Câmp electromagnetic- unul dintre tipurile de materie, caracterizat prin prezența câmpurilor electrice și magnetice conectate prin transformare reciprocă continuă.

Câmpul electromagnetic se propagă în spațiu sub formă de unde electromagnetice. Fluctuațiile vectorului de tensiune Eși vector de inducție magnetică B apar în planuri reciproc perpendiculare și perpendiculare pe direcția de propagare a undei (vector viteză).

Aceste unde sunt emise de particulele încărcate oscilante, care în același timp se mișcă în conductor cu accelerație. Atunci când o sarcină se mișcă într-un conductor, se creează un câmp electric alternativ, care generează un câmp magnetic alternant, iar acesta din urmă, la rândul său, provoacă apariția unui câmp electric alternativ aflat deja la o distanță mai mare de sarcină și așa mai departe.

Un câmp electromagnetic care se propagă în spațiu în timp se numește unde electromagnetice.

Undele electromagnetice se pot propaga în vid sau în orice altă substanță. Undele electromagnetice se deplasează cu viteza luminii în vid c=3 10 8 m/s. În materie, viteza unei unde electromagnetice este mai mică decât în vid. O undă electromagnetică transportă energie.

Unda electromagnetică are următoarele proprietăți de bază: se propagă în linie dreaptă, este capabil de refracție, reflectare, are fenomenele de difracție, interferență, polarizare. Toate aceste proprietăți sunt unde luminoase ocupând intervalul corespunzător de lungimi de undă în scara radiațiilor electromagnetice.

Știm că lungimea undelor electromagnetice este foarte diferită. Privind scara undelor electromagnetice care indică lungimile de undă și frecvențele diferitelor radiații, distingem 7 intervale: radiații de joasă frecvență, emisie radio, raze infraroșii, lumină vizibilă, raze ultraviolete, raze Xși radiații gamma.

unde de joasă frecvență . Surse de radiații: curenți de înaltă frecvență, generator curent alternativ, mașini electrice. Sunt folosite pentru topirea și călirea metalelor, fabricarea magneților permanenți, în industria electrică.
unde radio apar în antenele posturilor de radio și televiziune, telefoane mobile, radare etc. Sunt utilizate în comunicații radio, televiziune și radare.
unde infraroșii toate corpurile încălzite radiază. Aplicație: topirea, tăierea, sudarea cu laser a metalelor refractare, fotografierea în ceață și întuneric, uscarea lemnului, fructelor și fructelor de pădure, aparate de vedere nocturnă.
radiatii vizibile. Surse - Soare, lampă electrică și fluorescentă, arc electric, laser. Aplicații: iluminat, efect fotoelectric, holografie.
radiații ultraviolete . Surse: Soare, spațiu, lampă cu descărcare în gaz (cuarț), laser. Poate ucide bacteriile patogene. Este folosit pentru a întări organismele vii.
radiații cu raze X .

Undele electromagnetice (al căror tabel va fi dat mai jos) sunt perturbări ale câmpurilor magnetice și electrice care sunt distribuite în spațiu. Există mai multe tipuri de ele. Fizica este studiul acestor perturbații. Undele electromagnetice se formează datorită faptului că un câmp electric alternativ generează unul magnetic, iar acesta, la rândul său, generează unul electric.

Istoria cercetării

Primele teorii, care pot fi considerate cele mai vechi versiuni ale ipotezelor despre undele electromagnetice, datează cel puțin din vremea lui Huygens. În acea perioadă, ipotezele au atins o dezvoltare cantitativă pronunțată. Huygens a publicat în 1678 un fel de „schiță” a teoriei – „Tratat de lumină”. În 1690, a publicat și o altă lucrare remarcabilă. S-a conturat teoria calitativă a reflexiei, a refracției în forma în care este încă prezentată în manualele școlare („Unde electromagnetice”, clasa a 9-a).

În același timp, a fost formulat principiul lui Huygens. Cu ajutorul acestuia, a devenit posibil să se studieze mișcarea frontului de undă. Acest principiu a fost dezvoltat ulterior în lucrările lui Fresnel. Principiul Huygens-Fresnel a avut o importanță deosebită în teoria difracției și în teoria ondulatorie a luminii.

În anii 1660-1670, Hooke și Newton au adus o mare contribuție experimentală și teoretică la cercetare. Cine a descoperit undele electromagnetice? Cine a condus experimentele care le-au dovedit existența? Care sunt tipurile de unde electromagnetice? Mai multe despre asta mai târziu.

Justificarea lui Maxwell

Înainte de a vorbi despre cine a descoperit undele electromagnetice, trebuie spus că primul om de știință care le-a prezis existența a fost Faraday. Și-a prezentat ipoteza în 1832. Teoria a fost dezvoltată mai târziu de Maxwell. Până în 1865 a terminat această lucrare. Ca urmare, Maxwell a formalizat teoria strict matematic, fundamentand existenta fenomenelor luate in considerare. De asemenea, a determinat viteza de propagare a undelor electromagnetice, care a coincis cu valoarea utilizată atunci a vitezei luminii. Aceasta, la rândul său, i-a permis să fundamenteze ipoteza că lumina este unul dintre tipurile de radiații luate în considerare.

Descoperire experimentală

Teoria lui Maxwell și-a găsit confirmarea în experimentele lui Hertz din 1888. Aici trebuie spus că fizicianul german și-a efectuat experimentele pentru a infirma teoria, în ciuda justificării ei matematice. Cu toate acestea, datorită experimentelor sale, Hertz a devenit primul care a descoperit undele electromagnetice în practică. În plus, în timpul experimentelor sale, omul de știință a dezvăluit proprietățile și caracteristicile radiațiilor.

Hertz a primit oscilații electromagnetice și unde prin excitarea unei serii de impulsuri ale unui flux în schimbare rapidă într-un vibrator folosind o sursă de tensiune crescută. Fluxurile de înaltă frecvență pot fi detectate folosind o buclă. În acest caz, frecvența de oscilație va fi cu atât mai mare, cu atât capacitatea și inductanța acesteia sunt mai mari. Dar, în același timp, o frecvență ridicată nu este o garanție a unui flux intens. Pentru a-și desfășura experimentele, Hertz a folosit un dispozitiv destul de simplu, care astăzi se numește „vibratorul Hertz”. Dispozitivul este un circuit oscilator de tip deschis.

Diagrama experienței lui Hertz

Înregistrarea radiațiilor a fost efectuată folosind un vibrator receptor. Acest dispozitiv avea același design ca și dispozitivul radiant. Sub influența unei unde electromagnetice de electricitate câmp variabil o oscilatie de curent a fost excitata in dispozitivul de receptie. Dacă în acest dispozitiv frecvența sa naturală și frecvența fluxului au coincis, atunci a apărut o rezonanță. Ca urmare, au apărut perturbări în dispozitivul de recepție cu o amplitudine mai mare. Cercetătorul le-a descoperit observând scânteile dintre conductori într-un mic decalaj.

Astfel, Hertz a devenit primul care a descoperit undele electromagnetice, și-a dovedit capacitatea de a fi bine reflectate de conductori. El a fundamentat practic formarea radiațiilor în picioare. În plus, Hertz a determinat viteza de propagare a undelor electromagnetice în aer.

Studiul caracteristicilor

Undele electromagnetice se propagă în aproape toate mediile. Într-un spațiu care este umplut cu materie, radiația poate fi, în unele cazuri, distribuită destul de bine. Dar în același timp își schimbă oarecum comportamentul.

Undele electromagnetice în vid sunt determinate fără atenuare. Ele sunt distribuite pe orice distanță, arbitrar de mare. Principalele caracteristici ale undelor includ polarizarea, frecvența și lungimea. Descrierea proprietăților se realizează în cadrul electrodinamicii. Cu toate acestea, ramuri mai specifice ale fizicii se ocupă de caracteristicile radiațiilor unor regiuni ale spectrului. Acestea includ, de exemplu, optica.

Secțiunea de înaltă energie se ocupă cu studiul radiațiilor electromagnetice dure ale capătului spectral cu lungime de undă scurtă. Luând în considerare ideile moderne, dinamica încetează să mai fie o disciplină independentă și este combinată cu o singură teorie.

Teorii aplicate în studiul proprietăților

Astăzi există diverse metode, contribuind la modelarea și studiul manifestărilor și proprietăților oscilațiilor. Cea mai fundamentală dintre teoriile dovedite și finalizate este electrodinamica cuantică. Din aceasta, prin anumite simplificări, devine posibilă obținerea următoarelor metode, care sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii.

Descrierea radiațiilor de frecvență relativ joasă într-un mediu macroscopic se realizează folosind electrodinamica clasică. Se bazează pe ecuațiile lui Maxwell. În același timp, există simplificări în aplicațiile aplicate. Un studiu optic folosește optica. Teoria undelor este utilizată în cazurile în care unele părți ale sistemului optic sunt apropiate ca mărime de lungimile de undă. Optica cuantică este utilizată atunci când procesele de împrăștiere și absorbție a fotonilor sunt esențiale.

Geometric teoria optică- cazul limitativ în care este permisă neglijarea lungimii de undă. Există, de asemenea, câteva secțiuni aplicate și fundamentale. Acestea includ, de exemplu, astrofizica, biologia percepției vizuale și fotosintezei și fotochimia. Cum sunt clasificate undele electromagnetice? Un tabel care ilustrează distribuția în grupuri este prezentat mai jos.

Clasificare

Există intervale de frecvență ale undelor electromagnetice. Nu există tranziții ascuțite între ele, uneori se suprapun. Granițele dintre ele sunt destul de arbitrare. Datorită faptului că fluxul este distribuit continuu, frecvența este asociată rigid cu lungimea. Mai jos sunt domeniile undelor electromagnetice.

Radiația ultrascurtă este de obicei împărțită în micrometru (submilimetru), milimetru, centimetru, decimetru, metru. Dacă radiația electromagnetică mai putin de un metru, atunci se numește în mod obișnuit oscilația de ultraînaltă frecvență (SHF).

Tipuri de unde electromagnetice

Mai sus sunt intervalele undelor electromagnetice. Care sunt tipurile de fluxuri? Grupul include raze gamma și X. În același timp, trebuie spus că atât lumina ultravioletă, cât și chiar lumina vizibilă sunt capabile să ionizeze atomii. Granițele în care sunt situate fluxurile gamma și de raze X sunt determinate mai degrabă condiționat. Limitele de 20 eV - 0,1 MeV sunt acceptate ca orientare generală. Fluxurile gamma în sens restrâns sunt emise de nucleu, razele X sunt emise de electroni înveliș atomicîn procesul de eliminare a electronilor de pe orbite joase. Cu toate acestea, această clasificare nu este aplicabilă radiațiilor dure generate fără participarea nucleelor și atomilor.

Curenții de raze X se formează atunci când particulele încărcate rapide (protoni, electroni etc.) încetinesc și ca urmare a proceselor care au loc în interiorul învelișurilor de electroni atomici. Oscilațiile gamma apar ca urmare a proceselor din interiorul nucleelor atomilor și în timpul transformării particulelor elementare.

fluxuri radio

Datorită de mare importanta lungimi, aceste unde pot fi considerate fără a lua în considerare structura atomistică a mediului. Singurele excepții sunt cele mai scurte fluxuri, care sunt adiacente regiunii infraroșii a spectrului. În domeniul radio, proprietățile cuantice ale oscilațiilor se manifestă destul de slab. Cu toate acestea, acestea trebuie luate în considerare, de exemplu, atunci când se analizează standardele de timp și frecvență moleculară în timpul răcirii echipamentului la o temperatură de câțiva kelvin.

Proprietățile cuantice sunt, de asemenea, luate în considerare atunci când se descriu oscilatoare și amplificatoare în intervalele milimetrice și centimetrice. Fluxul radio se formează în timpul mișcării curentului alternativ prin conductorii de frecvență corespunzătoare. O undă electromagnetică care trece în spațiu excită unda corespunzătoare. Această proprietate este utilizată în proiectarea antenelor în ingineria radio.

Fluxuri vizibile

Ultraviolete și infraroșu radiatii vizibile constituie, în sensul larg al cuvântului, așa-numita secțiune optică a spectrului. Selecția acestei regiuni este determinată nu numai de apropierea zonelor corespunzătoare, ci și de similitudinea instrumentelor utilizate în studiu și dezvoltate în principal în timpul studiului luminii vizibile. Acestea includ, în special, oglinzi și lentile pentru focalizarea radiațiilor, rețele de difracție, prisme și altele.

Frecvențele undelor optice sunt comparabile cu cele ale moleculelor și atomilor, iar lungimile lor sunt comparabile cu distanțele intermoleculare și dimensiunile moleculare. Prin urmare, fenomenele care se datorează structurii atomiste a materiei devin semnificative în acest domeniu. Din același motiv, lumina, împreună cu proprietățile undelor, are și proprietăți cuantice.

Apariția fluxurilor optice

Cea mai cunoscută sursă este Soarele. Suprafața stelei (fotosfera) are o temperatură de 6000 Kelvin și emite lumină albă strălucitoare. Cea mai mare valoare a spectrului continuu este situată în zona „verde” - 550 nm. Există și un maxim de sensibilitate vizuală. Oscilațiile în domeniul optic apar atunci când corpurile sunt încălzite. Prin urmare, fluxurile în infraroșu sunt denumite și termice.

Cu cât încălzirea corpului este mai puternică, cu atât frecvența este mai mare, unde se află maximul spectrului. Cu o anumită creștere a temperaturii, se observă căldură (strălucire în domeniul vizibil). În acest caz, apare mai întâi culoarea roșie, apoi galbenul și așa mai departe. Crearea și înregistrarea fluxurilor optice poate avea loc în biologic și reacții chimice, dintre care unul este folosit în fotografie. Pentru majoritatea creaturilor care trăiesc pe Pământ, fotosinteza acționează ca o sursă de energie. Această reacție biologică are loc la plante sub influența radiației optice solare.

Caracteristicile undelor electromagnetice

Proprietățile mediului și sursei influențează caracteristicile fluxurilor. Aceasta stabilește, în special, dependența de timp a câmpurilor, care determină tipul de flux. De exemplu, atunci când distanța de la vibrator se modifică (pe măsură ce crește), raza de curbură devine mai mare. Ca rezultat, se formează o undă electromagnetică plană. Interacțiunea cu materia are loc și în moduri diferite.

Procesele de absorbție și emisie de fluxuri, de regulă, pot fi descrise folosind relații electrodinamice clasice. Pentru undele din regiunea optică și pentru razele dure, cu atât mai mult, trebuie luată în considerare natura lor cuantică.

Surse de flux

În ciuda diferenței fizice, peste tot - într-o substanță radioactivă, un transmițător de televiziune, o lampă cu incandescență - undele electromagnetice sunt excitate sarcini electrice care se mișcă cu accelerație. Există două tipuri principale de surse: microscopice și macroscopice. În primul, există o tranziție bruscă a particulelor încărcate de la unul la altul în interiorul moleculelor sau atomilor.

Sursele microscopice emit radiații X, gamma, ultraviolete, infraroșii, vizibile și, în unele cazuri, radiații cu unde lungi. Un exemplu al acestuia din urmă este linia din spectrul hidrogenului, care corespunde unei unde de 21 cm.Acest fenomen are o importanță deosebită în radioastronomie.

Sursele macroscopice sunt emițători în care electronii liberi ai conductorilor efectuează oscilații sincrone periodice. În sistemele din această categorie, debitele sunt generate de la milimetru până la cel mai lung (în liniile electrice).

Structura și rezistența fluxurilor

Cu accelerația și curenții care se schimbă periodic se afectează reciproc cu anumite forțe. Direcția și mărimea lor depind de factori precum dimensiunea și configurația zonei în care sunt conținute curenții și sarcinile, direcția și magnitudinea lor relativă. Caracteristicile electrice ale unui anumit mediu, precum și modificările concentrației sarcinilor și distribuției curenților sursei, au, de asemenea, un efect semnificativ.

In conexiune cu complexitatea generală enunțul problemei, este imposibil să se reprezinte legea forțelor sub forma unei formule unice. Structura, numită câmp electromagnetic, și considerată, dacă este necesar, ca obiect matematic, este determinată de distribuția sarcinilor și a curenților. Acesta, la rândul său, este creat de o sursă dată, ținând cont de condițiile la limită. Condițiile sunt determinate de forma zonei de interacțiune și de caracteristicile materialului. Dacă vorbim de spațiu nelimitat, aceste circumstanțe sunt completate. Ca special condiție suplimentarăîn astfel de cazuri apare starea de radiație. Datorită acesteia, este garantat comportamentul „corect” al câmpului la infinit.

Cronologia studiului

Lomonosov, în unele dintre prevederile sale, anticipează anumite postulate ale teoriei câmpului electromagnetic: mișcarea „rotativă” (de rotație) a particulelor, teoria „fluctuantă” (undă) a luminii, comunitatea acesteia cu natura electricității etc. Fluxurile infraroșii au fost descoperit în 1800 de Herschel (oameni de știință englezi), iar în următorul, 1801, ultravioletul a fost descris de Ritter. Radiația mai scurtă decât raza ultravioletă a fost descoperită de Roentgen în 1895, pe 8 noiembrie. Ulterior, a fost numită cu raze X.

Influența undelor electromagnetice a fost studiată de mulți oameni de știință. Cu toate acestea, Narkevich-Iodko (om de știință din Belarus) a fost primul care a explorat posibilitățile fluxurilor și amploarea acestora. A studiat proprietățile fluxurilor în relație cu medicina practică. Radiația gamma a fost descoperită de Paul Willard în 1900. În aceeași perioadă, Planck a efectuat studii teoretice asupra proprietăților unui corp negru. În procesul de studiu, el a descoperit natura cuantică a procesului. Opera sa a fost începutul dezvoltării. Ulterior, au fost publicate mai multe lucrări de Planck și Einstein. Cercetările lor au condus la formarea unui astfel de concept ca un foton. Aceasta, la rândul său, a pus bazele pentru crearea teoriei cuantice. fluxuri electromagnetice. Dezvoltarea sa a continuat în lucrările oamenilor de știință de seamă din secolul al XX-lea.

Cercetările și lucrările ulterioare privind teoria cuantică a radiației electromagnetice și interacțiunea acesteia cu materia au condus în cele din urmă la formarea electrodinamicii cuantice în forma în care există astăzi. Dintre oamenii de știință de seamă implicați în studiul acestei probleme, pe lângă Einstein și Planck, trebuie amintiți Bohr, Bose, Dirac, de Broglie, Heisenberg, Tomonaga, Schwinger, Feynman.

Concluzie

Valoarea fizicii în lumea modernă destul de mare. Aproape tot ceea ce este folosit astăzi în viața umană a apărut datorită uz practic cercetările marilor oameni de știință. Descoperirea undelor electromagnetice și studiul lor, în special, a condus la crearea unor emițătoare radio convenționale, iar mai târziu telefoane mobile. Sens special uz practic astfel de cunoștințe teoretice au în domeniul medicinei, industriei, tehnologiei.

Această utilizare pe scară largă se datorează naturii cantitative a științei. Tot experimente fizice se bazează pe măsurători, compararea proprietăților fenomenelor studiate cu standardele disponibile. În acest scop, în cadrul disciplinei, un complex instrumente de masurași unități. O serie de regularități sunt comune tuturor sistemelor de materiale existente. De exemplu, legile conservării energiei sunt considerate legi fizice generale.

Știința în ansamblu este numită în multe cazuri fundamentală. Acest lucru se datorează în primul rând faptului că alte discipline oferă descrieri, care, la rândul lor, respectă legile fizicii. Deci, în chimie, se studiază atomii, substanțele formate din ei și transformările. Dar Proprietăți chimice corpurile sunt definite caracteristici fizice molecule și atomi. Aceste proprietăți descriu ramuri ale fizicii precum electromagnetismul, termodinamica și altele.