Ce sunt undele electromagnetice? Unda electromagnetică este procesul de propagare a unui câmp electromagnetic în spațiu.

Undele electromagnetice sunt rezultatul anilor de dezbateri și a miilor de experimente. Dovada prezenței unor forțe de origine naturală care pot transforma societatea actuală. Aceasta este acceptarea reală a unui adevăr simplu - știm prea puține despre lumea în care trăim.

Fizica este regina dintre științele naturii, capabilă să răspundă la întrebări despre originea nu numai a vieții, ci și a lumii în sine. Oferă oamenilor de știință capacitatea de a studia câmpurile electrice și magnetice, a căror interacțiune generează EMW (unde electromagnetice).

Ce este o undă electromagnetică

Nu cu mult timp în urmă, pe ecranele țării noastre a fost lansat filmul „Războiul curentelor” (2018), unde, cu un strop de ficțiune, povestește despre disputa dintre cei doi mari oameni de știință Edison și Tesla. Unul a încercat să demonstreze un beneficiu din curent continuu, celălalt - din variabilă. Această lungă bătălie s-a încheiat abia în al șaptelea an al secolului XXI.

La începutul „bătăliei”, un alt om de știință, care lucrează la teoria relativității, a descris electricitatea și magnetismul ca fiind fenomene similare.

În anul treizeci al secolului al XIX-lea, fizicianul origine engleză Faraday a descoperit fenomenul inductie electromagneticași a introdus termenul de unitate a câmpurilor electrice și magnetice. El a mai susținut că mișcarea în acest domeniu este limitată de viteza luminii.

Puțin mai târziu, teoria savantului englez Maxwell a spus că electricitatea provoacă un efect magnetic, iar magnetismul provoacă apariția câmp electric. Deoarece ambele câmpuri se mișcă în spațiu și timp, ele formează perturbări - adică unde electromagnetice.

Mai simplu spus, o undă electromagnetică este o perturbare spațială a unei electrice camp magnetic.

Experimental, existența EMW a fost dovedită de omul de știință german Hertz.

Undele electromagnetice, proprietățile și caracteristicile lor

Undele electromagnetice sunt caracterizate de următorii factori:

• lungime (gamă suficient de largă);
• frecvență;
• intensitatea (sau amplitudinea oscilației);
• cantitatea de energie.

Principala proprietate a tuturor radiațiilor electromagnetice este lungimea de undă (în vid), care este de obicei specificată în nanometri pentru spectrul luminii vizibile.

Fiecare nanometru reprezintă o miime de micrometru și este măsurat prin distanța dintre două vârfuri consecutive (vârfurile).

Frecvența de radiație corespunzătoare a unei unde este numărul de oscilații sinusoidale și invers proporțională cu lungimea de undă.

Frecvența este de obicei măsurată în Herți. Astfel, lungimi de undă mai mari corespund unei frecvențe mai scăzute a radiației, iar lungimi de undă mai scurte corespund unei frecvențe mai mari a radiației.

Principalele proprietăți ale undelor:

• refracţie;
• reflecţie;
• absorbţie;
• interferență.

viteza undelor electromagnetice

Viteza reală de propagare a undei electromagnetice depinde de materialul pe care îl are mediul, de densitatea sa optică și de prezența unui astfel de factor precum presiunea.

In afara de asta, diverse materiale au o densitate diferită de „împachetare” de atomi, cu cât sunt mai aproape, cu atât distanța este mai mică și viteza este mai mare. Ca urmare, viteza unei unde electromagnetice depinde de materialul prin care se deplasează.

Experimente similare sunt efectuate în ciocnitorul de hadron, unde principalul instrument de influență este o particulă încărcată. Studii de fenomene electromagnetice apare acolo la nivel cuantic, când lumina este descompusă în particule minuscule - fotoni. Dar fizica cuantică este o problemă separată.

Conform teoriei relativității, cea mai mare viteză de propagare a undelor nu poate depăși viteza luminii. Limitarea limitei de viteză în scrierile sale a fost descrisă de Maxwell, explicând acest lucru prin prezența unui nou câmp - eterul. Știința oficială modernă nu a studiat încă o astfel de relație.

Radiația electromagnetică și tipurile sale

Radiația electromagnetică este formată din unde electromagnetice, care sunt observate ca fluctuații ale câmpurilor electrice și magnetice, care se propagă cu viteza luminii (300 km pe secundă în vid).

Când radiația EM interacționează cu materia, comportamentul acesteia se schimbă calitativ pe măsură ce frecvența se schimbă. De ce este convertit în:

1. Emisia radio. La frecvențele radio și la frecvențele de microunde, radiația em interacționează cu materia în principal sub forma unui set comun de sarcini care sunt distribuite peste un numar mare atomi afectați.
2. Radiatii infrarosii. Spre deosebire de radioul de joasă frecvență și radiațiile cu microunde, un emițător de infraroșu interacționează de obicei cu dipolii prezenți în moleculele individuale, care se schimbă la capete pe măsură ce vibrează. legătură chimică la nivel atomic.
3. Emisia de lumina vizibila. Pe măsură ce frecvența crește în domeniul vizibil, fotonii au suficientă energie pentru a schimba structura legată a unor molecule individuale.
4. Radiația ultravioletă. Frecvența este în creștere. Acum există suficientă energie în fotonii ultravioleți (mai mult de trei volți) pentru a acționa de două ori asupra legăturilor moleculelor, rearanjandu-le în mod constant chimic.
5. Radiații ionizante. La cele mai înalte frecvențe și la cea mai mică lungime de undă. Absorbția acestor raze de către materie afectează întregul spectru gamma. Cel mai cunoscut efect este radiația.

Care este sursa undelor electromagnetice

Lumea, conform tinerei teorii a originii tuturor, a apărut datorită unui impuls. A eliberat energie colosală, care a fost numită o mare explozie. Așa a apărut primul val em din istoria universului.

În prezent, sursele de formare a perturbărilor includ:

• emv emite un vibrator artificial;
• rezultatul vibrației grupurilor atomice sau a unor părți de molecule;
• dacă există un impact asupra înveliș exterior substanțe (la nivel atomo-molecular);
• efect similar cu lumina;
• în timpul dezintegrarii nucleare;
• consecinta decelerarii electronilor.

Scara și aplicarea radiațiilor electromagnetice

Scala de radiație înseamnă o gamă largă de frecvență a undei de la 3·10 6 ÷10 -2 la 10 -9 ÷ 10 -14 .

Fiecare parte a spectrului electromagnetic are o gamă largă de aplicații în viața noastră de zi cu zi:

1. Unde de lungime mică (micundele). Aceste unde electrice sunt folosite ca semnal satelit deoarece sunt capabile să ocolească atmosfera pământului. De asemenea, o versiune ușor îmbunătățită este folosită pentru încălzire și gătit în bucătărie - acesta este un cuptor cu microunde. Principiul pregătirii este simplu - sub acțiune radiații cu microunde moleculele de apă sunt absorbite și accelerate, determinând încălzirea vasului.
2. Perturbațiile lungi sunt utilizate în tehnologiile radio (unde radio). Frecvența lor nu permite trecerea norilor și a atmosferei, datorită cărora ne sunt disponibile radioul și televiziunea FM.
3. Perturbarea în infraroșu este direct legată de căldură. Este aproape imposibil să-l vezi. Încercați să observați fără echipament special un fascicul de la telecomanda televizorului, a centrului muzical sau a radioului din mașină. Dispozitivele capabile să citească astfel de unde sunt folosite în armatele țărilor (dispozitiv de vedere pe timp de noapte). De asemenea, în plitele cu inducție din bucătării.
4. Ultravioletele sunt, de asemenea, legate de căldură. Cel mai puternic „generator” natural al unor astfel de radiații este soarele. Din cauza acțiunii radiațiilor ultraviolete se formează bronzul pe pielea unei persoane. În medicină, acest tip de val este folosit pentru a dezinfecta instrumentele, uciderea germenilor și.
5. Razele gamma sunt cel mai puternic tip de radiație în care se concentrează o perturbare de unde scurte cu o frecvență înaltă. Energia conținută în această parte a spectrului electromagnetic conferă razelor o putere de penetrare mai mare. Aplicabil în fizica nucleara- arme pașnice, nucleare - utilizare în luptă.

Influența undelor electromagnetice asupra sănătății umane

Măsurarea impactului emv asupra oamenilor este responsabilitatea oamenilor de știință. Dar nu trebuie să fii un specialist pentru a evalua intensitatea radiațiilor ionizante - provoacă modificări la nivelul ADN-ului uman, ceea ce implică boli atât de grave precum oncologia.

Nu e de mirare că impactul negativ al dezastrului de la Cernobîl este considerat unul dintre cele mai periculoase pentru natură. Câțiva kilometri pătrați din teritoriul cândva frumos au devenit o zonă de excludere completă. Până la sfârșitul secolului, o explozie la centrala nucleară de la Cernobîl este periculoasă până la sfârșitul timpului de înjumătățire al radionuclizilor.

Unele tipuri de emv (radio, infraroșu, ultraviolete) nu provoacă prea mult rău unei persoane și sunt doar disconfort. La urma urmei, câmpul magnetic al pământului practic nu este simțit de noi, ci emv din telefon mobil poate cauza durere de cap(impact asupra sistemului nervos).

Pentru a vă proteja sănătatea de electromagnetism, trebuie pur și simplu să utilizați măsuri de precauție rezonabile. În loc de sute de ore de joc pe calculator, ieși la o plimbare.

În 1864, James Clerk Maxwell a prezis posibilitatea existenței undelor electromagnetice în spațiu. El a înaintat această afirmație pe baza concluziilor care decurg din analiza tuturor datelor experimentale cunoscute la acea vreme referitoare la electricitate și magnetism.

Maxwell a unificat matematic legile electrodinamicii prin legarea electrică și fenomene magnetice, și astfel a ajuns la concluzia că câmpurile electrice și magnetice care se modifică în timp dau naștere unul altuia.

Inițial, el a subliniat faptul că relația dintre magnetic și fenomene electrice nu este simetric și a introdus termenul „vortex câmp electric”, oferind propria sa explicație, cu adevărat nouă, a fenomenului de inducție electromagnetică descoperit de Faraday: „fiecare modificare a câmpului magnetic duce la apariția în spațiul înconjurător a unui câmp electric vortex cu închis. linii de forță».

Potrivit lui Maxwell, a fost afirmația inversă că „un câmp electric în schimbare dă naștere unui câmp magnetic în spațiul înconjurător”, dar această afirmație a rămas la început doar o ipoteză.

Maxwell a notat un sistem de ecuații matematice care a descris în mod consecvent legile transformărilor reciproce ale câmpurilor magnetice și electrice, aceste ecuații au devenit ulterior ecuațiile de bază ale electrodinamicii și au devenit cunoscute sub numele de „ecuațiile lui Maxwell” în onoarea marelui om de știință care le-a notat. . Ipoteza lui Maxwell, bazată pe ecuațiile scrise, a avut câteva concluzii extrem de importante pentru știință și tehnologie, care sunt prezentate mai jos.

Undele electromagnetice chiar există

În spațiu pot exista unde electromagnetice transversale, care se propagă în timp. Faptul că undele sunt transversale este indicat de faptul că vectorii inducției magnetice B și intensității câmpului electric E sunt reciproc perpendiculari și ambii se află într-un plan perpendicular pe direcția de propagare a undei electromagnetice.

Viteza de propagare a undelor electromagnetice în materie este finită și este determinată de electricitatea și proprietăți magnetice materialul prin care se propagă valul. În acest caz, lungimea undei sinusoidale λ este legată de viteza υ printr-o anumită relație exactă λ = υ / f, și depinde de frecvența f a oscilațiilor câmpului. Viteza c a unei unde electromagnetice în vid este una dintre constantele fizice fundamentale - viteza luminii în vid.

Din moment ce Maxwell a declarat caracterul finit al vitezei de propagare a undelor electromagnetice, aceasta a creat o contradicție între ipoteza lui și teoria cu rază lungă acceptată la acea vreme, conform căreia viteza de propagare a undelor ar fi trebuit să fie infinită. Prin urmare, teoria lui Maxwell a fost numită teoria acțiunii cu rază scurtă de acțiune.

Într-o undă electromagnetică, transformarea câmpurilor electrice și magnetice unul în celălalt are loc simultan, prin urmare, densitățile volumetrice ale energiei magnetice și energie electrica sunt egali unul cu altul. Prin urmare, afirmația este adevărată că modulele intensității câmpului electric și inducției câmpului magnetic sunt interconectate în fiecare punct din spațiu prin următoarea relație:

unde electromagneticeîn procesul distribuției sale creează un flux energie electromagnetică, iar dacă luăm în considerare aria într-un plan perpendicular pe direcția de propagare a undei, atunci în scurt timp o anumită cantitate de energie electromagnetică se va deplasa prin ea. Densitatea fluxului de energie electromagnetică este cantitatea de energie transportată de o undă electromagnetică prin suprafața unei unități de suprafață pe unitatea de timp. Prin înlocuirea valorilor vitezei, precum și a energiei magnetice și electrice, putem obține o expresie pentru densitatea fluxului în termeni de mărimi E și B.

Deoarece direcția de propagare a energiei undei coincide cu direcția vitezei de propagare a undei, fluxul de energie care se propagă într-o undă electromagnetică poate fi specificat folosind un vector direcționat în același mod ca și viteza de propagare a undei. Acest vector se numește „vectorul Poynting” - în onoarea lui fizician britanic Henry Poynting, care a dezvoltat în 1884 teoria propagării fluxului de energie al câmpului electromagnetic. Densitatea fluxului de energie a valurilor este măsurată în W/mp.

Când un câmp electric acționează asupra unei substanțe, în ea apar curenți mici, care sunt o mișcare ordonată a particulelor încărcate electric. Acești curenți din câmpul magnetic al unei unde electromagnetice sunt supuși acțiunii forței Ampère, care este îndreptată adânc în substanță. Forța lui Ampere și generează ca rezultat presiune.

Acest fenomen a fost mai târziu, în 1900, investigat și confirmat experimental de către fizicianul rus Pyotr Nikolaevici Lebedev, a cărui activitate experimentală a fost foarte importantă pentru confirmarea teoriei electromagnetismului a lui Maxwell și acceptarea și aprobarea ei în viitor.

Faptul că o undă electromagnetică exercită presiune face posibilă aprecierea prezenței unui impuls mecanic într-un câmp electromagnetic, care poate fi exprimat pentru o unitate de volum în termeni de densitate volumetrică a energiei electromagnetice și viteza de propagare a undelor în vid:

Deoarece impulsul este asociat cu mișcarea masei, se poate introduce un astfel de concept precum masa electromagnetică, iar apoi pentru o unitate de volum acest raport (în conformitate cu SRT) va lua caracterul unei legi universale a naturii și va fi valabil pentru orice corpuri materiale, indiferent de forma materiei. Și câmpul electromagnetic este atunci asemănător unui corp material - are energie W, masă m, impuls p și o viteză de propagare finită v. Adică câmpul electromagnetic este una dintre formele materiei care există de fapt în natură.

Pentru prima dată în 1888, Heinrich Hertz a confirmat experimental teoria electromagnetică a lui Maxwell. El a demonstrat empiric realitatea undelor electromagnetice și a studiat proprietățile lor, cum ar fi refracția și absorbția în diferite medii, precum și reflectarea undelor de pe suprafețele metalice.

Hertz a măsurat lungimea de undă și a arătat că viteza de propagare a undei electromagnetice este egală cu viteza luminii. Lucrarea experimentală a lui Hertz a fost ultimul pas către recunoașterea teoriei electromagnetice a lui Maxwell. Șapte ani mai târziu, în 1895, fizicianul rus Alexander Stepanovici Popov a folosit undele electromagnetice pentru a crea comunicații fără fir.

În circuitele de curent continuu, sarcinile se mișcă cu o viteză constantă, iar undele electromagnetice în acest caz nu sunt radiate în spațiu. Pentru ca radiația să aibă loc, este necesar să se folosească o antenă în care sunt excitați curenți alternativi, adică curenți care își schimbă rapid direcția.

În forma sa cea mai simplă, un dipol electric este potrivit pentru a emite unde electromagnetice. mărime mică, al cărui moment dipol s-ar schimba rapid cu timpul. Este un astfel de dipol care se numește astăzi „dipolul hertzian”, a cărui dimensiune este de câteva ori mai mică decât lungimea de undă pe care o emite.

Când este emis de un dipol hertzian, debit maxim energia electromagnetică cade pe un plan perpendicular pe axa dipolului. Nu este emisă energie electromagnetică de-a lungul axei dipolului. În cele mai importante experimente ale lui Hertz, dipolii elementari au fost folosiți atât pentru emiterea, cât și pentru recepția undelor electromagnetice, și s-a dovedit existența undelor electromagnetice.

M. Faraday a introdus conceptul de câmp:

un câmp electrostatic în jurul unei sarcini în repaus

în jurul sarcinilor în mișcare (curent) există un câmp magnetic.

În 1830, M. Faraday a descoperit fenomenul inducției electromagnetice: atunci când câmpul magnetic se modifică, apare un câmp electric vortex.

Figura 2.7 - Câmp electric vortex

Unde,
- vectorul intensității câmpului electric,
- vector de inducție magnetică.

Un câmp magnetic alternant creează un câmp electric vortex.

În 1862 D.K. Maxwell a prezentat o ipoteză: atunci când câmpul electric se modifică, apare un câmp magnetic vortex.

A apărut ideea unui singur câmp electromagnetic.

Figura 2.8 - Câmp electromagnetic unificat.

Câmpul electric alternativ creează un câmp magnetic vortex.

Câmp electromagnetic- aceasta este o formă specială de materie - o combinație de câmpuri electrice și magnetice. Câmpurile electrice și magnetice variabile există simultan și formează un singur câmp electromagnetic. Este material:

Se manifestă în acțiune atât asupra sarcinilor în repaus, cât și în mișcare;

Se răspândește cu o viteză mare, dar finită;

Ea există independent de voința și dorințele noastre.

La viteza de încărcare, zero, există doar un câmp electric. La o rată de încărcare constantă, se generează un câmp electromagnetic.

Odată cu mișcarea accelerată a sarcinii, este emisă o undă electromagnetică, care se propagă în spațiu cu o viteză finită .

Dezvoltarea ideii undelor electromagnetice îi aparține lui Maxwell, dar Faraday știa deja despre existența lor, deși îi era frică să publice lucrarea (a fost citită la mai bine de 100 de ani de la moartea sa).

Condiția principală pentru apariția unei unde electromagnetice este mișcarea accelerată a sarcinilor electrice.

Ce este o undă electromagnetică, este ușor să ne imaginăm următorul exemplu. Dacă arunci o pietricică la suprafața apei, atunci la suprafață se formează valuri divergente în cercuri. Se deplasează de la sursa apariției lor (perturbarea) cu o anumită viteză de propagare. Pentru undele electromagnetice, perturbațiile sunt câmpuri electrice și magnetice care se mișcă în spațiu. Un câmp electromagnetic variabil în timp determină în mod necesar un câmp magnetic alternant și invers. Aceste câmpuri sunt interconectate.

Sursa principală a spectrului undelor electromagnetice este steaua Soarelui. O parte din spectrul undelor electromagnetice vede ochiul uman. Acest spectru se află în intervalul 380...780 nm (Fig. 2.1). În spectrul vizibil, ochiul percepe lumina diferit. Oscilațiile electromagnetice cu lungimi de undă diferite provoacă senzația de lumină cu culori diferite.

Figura 2.9 - Spectrul undelor electromagnetice

O parte din spectrul undelor electromagnetice este utilizată în scopuri de transmisie radio și televiziune și comunicații. Sursa undelor electromagnetice este un fir (antenă) în care are loc oscilația sarcini electrice. Procesul de formare a câmpurilor, care a început în apropierea firului, treptat, punct cu punct, surprinde întregul spațiu. Cu cât frecvența este mai mare curent alternativ trecând prin fir și generând un câmp electric sau magnetic, cu atât undele radio de o lungime dată create de fir sunt mai intense.

Radio(lat. radio - emit, emit rays ← rază - fascicul) - un tip de comunicare fără fir în care undele radio care se propagă liber în spațiu sunt folosite ca purtător de semnal.

unde radio(de la radio...), unde electromagnetice cu o lungime de undă > 500 µm (frecvență< 6×10 12 Гц).

Undele radio sunt câmpuri electrice și magnetice care se modifică în timp. Viteza de propagare a undelor radio în spațiul liber este de 300.000 km/s. Pe baza acesteia, puteți determina lungimea undei radio (m).

λ=300/f, unde f - frecvență (MHz)

Vibrațiile sonore ale aerului create în timpul unei convorbiri telefonice sunt convertite de microfon în vibrații electrice de frecvență sonoră, care sunt transmise prin fire către echipamentul abonatului. Acolo, la celălalt capăt al liniei, cu ajutorul emițătorului telefonului, acestea sunt transformate în vibrații de aer percepute de abonat ca sunete. În telefonie, mijloacele de comunicare sunt firele; în radiodifuziune, undele radio.

„Inima” emițătorului oricărei stații de radio este un generator - un dispozitiv care generează oscilații de o frecvență ridicată, dar strict constantă pentru un anumit post de radio. Aceste oscilații de radiofrecvență, amplificate la puterea necesară, intră în antenă și excită în spațiul înconjurător oscilații electromagnetice de exact aceeași frecvență - undele radio. Viteza de îndepărtare a undelor radio de la antena postului de radio este egală cu viteza luminii: 300.000 km/s, care este de aproape un milion de ori mai rapidă decât propagarea sunetului în aer. Aceasta înseamnă că, dacă un transmițător a fost pornit la un anumit moment în timp la postul de radiodifuziune din Moscova, atunci undele sale radio ar ajunge la Vladivostok în mai puțin de 1/30 s, iar sunetul în acest timp ar avea timp să se propage doar 10- 11 m.

Undele radio se propagă nu numai în aer, ci și acolo unde nu există, de exemplu, în spațiul cosmic. Prin aceasta se deosebesc de unde sonore, pentru care aerul sau un alt mediu dens, cum ar fi apa, este absolut necesar.

unde electromagnetice este un câmp electromagnetic care se propagă în spațiu (oscilații ale vectorilor
). În apropierea sarcinii, câmpurile electrice și magnetice se modifică cu o defazare p/2.

Figura 2.10 - Câmp electromagnetic unificat.

La o distanță mare de sarcină, câmpurile electrice și magnetice se schimbă în fază.

Figura 2.11 - Schimbarea în fază a câmpurilor electrice și magnetice.

Unda electromagnetică este transversală. Direcția vitezei undei electromagnetice coincide cu direcția de mișcare a șurubului drept atunci când se rotește mânerul brațului vectorial la vector .

Figura 2.12 - Unda electromagnetica.

Mai mult, într-o undă electromagnetică, relația
, unde c este viteza luminii în vid.

Maxwell a calculat teoretic energia și viteza undelor electromagnetice.

În acest fel, energia undelor este direct proporțională cu a patra putere a frecvenței. Aceasta înseamnă că pentru a fixa mai ușor unda este necesar ca aceasta să fie de înaltă frecvență.

Undele electromagnetice au fost descoperite de G. Hertz (1887).

Un circuit oscilator închis nu radiază unde electromagnetice: toată energia câmpului electric al condensatorului este convertită în energia câmpului magnetic al bobinei. Frecvența de oscilație este determinată de parametrii circuitului oscilator:
.

Figura 2.13 - Circuit oscilator.

Pentru a crește frecvența, este necesar să scadă L și C, adică. întoarce bobina într-un fir drept și, ca
, reduceți suprafața plăcilor și întindeți-le la distanța maximă. Acest lucru arată că obținem, în esență, un conductor drept.

Un astfel de dispozitiv se numește vibrator Hertz. Mijlocul este tăiat și conectat la un transformator de înaltă frecvență. Între capetele firelor, pe care sunt fixați mici conductori sferici, sare o scânteie electrică, care este sursa undei electromagnetice. Unda se propagă în așa fel încât vectorul intensității câmpului electric oscilează în planul în care se află conductorul.

Figura 2.14 - Vibrator Hertz.

Dacă același conductor (antenă) este plasat paralel cu emițător, atunci sarcinile din acesta vor oscila și scântei slabe vor sări între conductori.

Hertz a descoperit undele electromagnetice într-un experiment și le-a măsurat viteza, care a coincis cu cea calculată de Maxwell și egală cu c=3. 108 m/s.

Un câmp electric alternativ generează un câmp magnetic alternativ, care, la rândul său, generează un câmp electric alternativ, adică o antenă care excită unul dintre câmpuri determină apariția unui singur câmp electromagnetic. Cea mai importantă proprietate a acestui câmp este că se propagă sub formă de unde electromagnetice.

Viteza de propagare a undelor electromagnetice într-un mediu fără pierderi depinde de permeabilitatea relativ dielectrică și magnetică a mediului. Pentru aer, permeabilitatea magnetică a mediului este egală cu unu, prin urmare, viteza de propagare a undelor electromagnetice în acest caz este egală cu viteza luminii.

Antena poate fi un fir vertical alimentat de un generator de înaltă frecvență. Generatorul cheltuiește energie pentru a accelera mișcarea electronilor liberi în conductor, iar această energie este convertită într-un câmp electromagnetic alternant, adică unde electromagnetice. Cu cât frecvența curentului generatorului este mai mare, cu atât câmpul electromagnetic se schimbă mai rapid și vindecarea undelor este mai intensă.

La firul antenei sunt conectate atât un câmp electric, ale cărui linii de forță încep la sarcini pozitive și se termină la sarcini negative, cât și un câmp magnetic, ale cărui linii se închid în jurul curentului firului. Cu cât perioada de oscilație este mai scurtă, cu atât mai puțin timp rămâne pentru ca energia câmpurilor legate să revină la fir (adică la generator) și cu atât trece mai mult în câmpuri libere, care se propagă mai departe sub formă de unde electromagnetice. Radiația eficientă a undelor electromagnetice are loc în condiția comensurabilității lungimii de undă și a lungimii firului radiant.

Astfel, se poate stabili că unda radio- acesta este un câmp electromagnetic care nu este asociat cu emițătorul și dispozitivele de formare a canalelor, care se propagă liber în spațiu sub forma unei unde cu o frecvență de oscilație de 10 -3 până la 10 12 Hz.

Oscilațiile electronilor din antenă sunt create de o sursă de modificare periodică a EMF cu o perioadă T. Dacă la un moment dat câmpul de la antenă a avut o valoare maximă, atunci va avea aceeași valoare după un timp T. În acest timp, câmpul electromagnetic care exista la momentul inițial la antenă se va deplasa la o distanță

λ = υТ (1)

Se numește distanța minimă dintre două puncte din spațiu unde câmpul are aceeași valoare lungime de undă. După cum rezultă din (1), lungimea de undă λ depinde de viteza de propagare a acestuia și de perioada de oscilație a electronilor din antenă. pentru că frecvență actual f = 1 / T, apoi lungimea de undă λ = υ / f .

Legătura radio include următoarele părți principale:

Transmiţător

Receptor

Mediul în care se propagă undele radio.

Emițătorul și receptorul sunt elemente controlabile ale conexiunii radio, deoarece este posibil să creșteți puterea emițătorului, să conectați o antenă mai eficientă și să creșteți sensibilitatea receptorului. Mediul este un element necontrolat al legăturii radio.

Diferența dintre o linie de comunicație radio și liniile cu fir este că liniile cu fir folosesc fire sau cabluri ca legătură de legătură, care sunt elemente controlate (le puteți modifica parametrii electrici).

Undele electromagnetice, conform fizicii, sunt printre cele mai misterioase. În ele, energia chiar dispare în neant, apare de nicăieri. Nu există niciun alt obiect asemănător în toată știința. Cum au loc toate aceste transformări miraculoase?

Electrodinamica Maxwell

Totul a început cu faptul că omul de știință Maxwell încă din 1865, bazându-se pe munca lui Faraday, a derivat ecuația câmpului electromagnetic. Maxwell însuși credea că ecuațiile sale descriu torsiunea și tensiunea undelor în eter. Douăzeci și trei de ani mai târziu, Hertz a creat experimental astfel de perturbații în mediu și a reușit nu numai să le reconcilieze cu ecuațiile electrodinamicii, ci și să obțină legile care guvernează propagarea acestor perturbații. A apărut o tendință curioasă de a declara orice perturbații care sunt de natură electromagnetică drept unde hertziene. Cu toate acestea, aceste radiații nu sunt singura modalitate de a efectua transferul de energie.

Conexiune fără fir

Până în prezent, la Opțiuni implementarea unei astfel de comunicații fără fir includ:

Cuplaj electrostatic, numit și capacitiv;

inducţie;

actual;

Conexiune Tesla, adică conexiunea undelor de densitate electronică de-a lungul suprafețelor conductoare;

Cea mai largă gamă a celor mai obișnuiți purtători, care se numesc unde electromagnetice - de la frecvențe ultra joase la radiații gamma.

Merită să luați în considerare aceste tipuri de conexiuni mai detaliat.

Legatura electrostatica

Cei doi dipoli sunt forțe electrice cuplate în spațiu, ceea ce este o consecință a legii lui Coulomb. Din unde electromagnetice tipul dat comunicarea se distinge prin capacitatea de a conecta dipoli atunci când sunt situate pe aceeași linie. Odată cu creșterea distanțelor, puterea conexiunii se atenuează și se observă, de asemenea, o influență puternică a diferitelor interferențe.

cuplaj inductiv

Bazat pe câmpurile parazite magnetice ale inductanței. Se observă între obiecte care au inductanță. Aplicația sa este destul de limitată din cauza acțiunii la distanță scurtă.

Conexiune curentă

Datorită curenților de răspândire într-un mediu conducător, poate apărea o anumită interacțiune. Dacă prin terminale trec curenți (o pereche de contacte), atunci acești curenți pot fi detectați la o distanță considerabilă de contacte. Acesta este ceea ce se numește efectul răspândirii curentului.

Conexiune Tesla

Celebrul fizician Nikola Tesla a inventat comunicarea folosind unde pe o suprafață conductoare. Dacă într-un anumit loc al planului densitatea purtătorului de sarcină este perturbată, atunci acești purtători vor începe să se miște, ceea ce va tinde să restabilească echilibrul. Deoarece purtătorii au o natură inerțială, recuperarea are un caracter ondulatoriu.

Conexiune electromagnetică

Radiația undelor electromagnetice se distinge printr-o acțiune uriașă pe distanță lungă, deoarece amplitudinea lor este invers proporțională cu distanța până la sursă. Această metodă de comunicare fără fir este cea mai utilizată. Dar ce sunt undele electromagnetice? Mai întâi trebuie să faceți o scurtă digresiune în istoria descoperirii lor.

Cum au „apărut” undele electromagnetice?

Totul a început în 1829, când fizicianul american Henry a descoperit perturbări ale descărcărilor electrice în experimente cu borcanele Leyden. În 1832, fizicianul Faraday a sugerat existența unui astfel de proces precum undele electromagnetice. Maxwell și-a creat celebrele ecuații ale electromagnetismului în 1865. La sfârșitul secolului al XIX-lea, au existat multe încercări de succes de a crea comunicații fără fir folosind electrostatice și inductie electromagnetica. Celebrul inventator Edison a venit cu un sistem care permitea pasagerilor calea ferata trimiteți și primiți telegrame în timp ce trenul este în mișcare. În 1888, G. Hertz a demonstrat fără echivoc că undele electromagnetice apar folosind un dispozitiv numit vibrator. Hertz a efectuat un experiment privind transmiterea unui semnal electromagnetic pe o distanță. În 1890, inginerul și fizicianul francez Branly a inventat un dispozitiv pentru înregistrarea radiațiilor electromagnetice. Ulterior, acest dispozitiv a fost numit „conductor radio” (coherer). În 1891-1893, Nikola Tesla a descris principiile de bază pentru implementarea transmisiei semnalului pe distanțe lungi și a brevetat o antenă catarg, care era o sursă de unde electromagnetice. Alte merite în studiul valurilor și implementarea tehnică a producției și aplicării lor aparțin unor fizicieni și inventatori celebri precum Popov, Marconi, de Maur, Lodge, Mirhead și mulți alții.

Conceptul de „undă electromagnetică”

O undă electromagnetică este un fenomen care se propagă în spațiu cu o anumită viteză finită și este un câmp electric și magnetic alternativ. Deoarece câmpurile magnetice și electrice sunt indisolubil legate între ele, ele formează un câmp electromagnetic. Se mai poate spune că o undă electromagnetică este o perturbare a câmpului, iar în timpul propagării acestuia, energia pe care o are câmpul magnetic este convertită în energia câmpului electric și invers, conform electrodinamicii lui Maxwell. În exterior, aceasta este similară cu propagarea oricărui alt val în orice alt mediu, dar există și diferențe semnificative.

Care este diferența dintre undele electromagnetice și altele?

Energia undelor electromagnetice se propagă într-un mediu destul de de neînțeles. Pentru a compara aceste unde și oricare altele, este necesar să înțelegem ce mediu de propagare în cauză. Se presupune că spațiul intra-atomic este umplut cu eter electric - un mediu specific, care este un dielectric absolut. Toate undele din timpul propagării arată tranziția energiei cinetice în energie potențială și invers. În același timp, aceste energii și-au deplasat maximul în timp și spațiu unul față de celălalt cu o pătrime perioada intreaga valuri. În acest caz, energia medie a valurilor, fiind suma potenţialului şi energie kinetică este o constantă. Dar cu undele electromagnetice, situația este diferită. Energiile câmpurilor magnetice și electrice ating simultan valorile maxime.

Cum se generează unda electromagnetică?

Materia unei unde electromagnetice este un câmp electric (eter). Câmpul în mișcare este structurat și este format din energia mișcării sale și energia electrică a câmpului însuși. De aceea energie potențială undele asociate cu cinetica și în fază. Natura unei unde electromagnetice este un câmp electric periodic care se află într-o stare mișcare înainteîn spațiu și mișcându-se cu viteza luminii.

Curenți de deplasare

Există o altă modalitate de a explica ce sunt undele electromagnetice. Se presupune că în eter apar curenți de deplasare în timpul mișcării câmpurilor electrice neomogene. Ele apar, desigur, numai pentru un observator staționar din exterior. În momentul în care un parametru precum intensitatea câmpului electric atinge maximul, curentul de deplasare într-un anumit punct din spațiu se va opri. În consecință, la o tensiune minimă, se obține imaginea inversă. Această abordare clarifică natura valului radiatie electromagnetica, deoarece energia câmpului electric este deplasată cu un sfert din perioadă în raport cu curenții de deplasare. Atunci putem spune că perturbarea electrică, sau mai bine zis energia perturbării, se transformă în energia curentului de deplasare și invers și se propagă ondulatoriu într-un mediu dielectric.