Vad är elektromagnetiska vågor? En elektromagnetisk våg är processen för utbredning av ett elektromagnetiskt fält i rymden.

Elektromagnetiska vågor är resultatet av år av debatt och tusentals experiment. Bevis på närvaron av krafter av naturligt ursprung som kan vända det nuvarande samhället. Detta är själva acceptansen av en enkel sanning - vi vet för lite om världen vi lever i.

Fysiken är drottningen bland naturvetenskaperna, som kan svara på frågor om ursprunget till inte bara livet utan själva världen. Det ger forskare möjligheten att studera de elektriska och magnetiska fälten, vars interaktion genererar EMW (elektromagnetiska vågor).

Vad är en elektromagnetisk våg

För inte så länge sedan släpptes filmen "War of the Currents" (2018) på skärmarna i vårt land, där den, med en touch av fiktion, berättar om tvisten mellan de två stora forskarna Edison och Tesla. Man försökte bevisa en fördel av likström, den andra - från variabeln. Denna långa strid slutade först under det sjunde året av det tjugoförsta århundradet.

I början av "slaget" beskrev en annan forskare, som arbetade med relativitetsteorin, elektricitet och magnetism som liknande fenomen.

I det trettionde året av artonhundratalet, fysikern Engelskt ursprung Faraday upptäckte fenomenet elektromagnetisk induktion och introducerade termen för enheten mellan de elektriska och magnetiska fälten. Han hävdade också att rörelsen i detta fält begränsas av ljusets hastighet.

Lite senare berättade teorin om den engelska vetenskapsmannen Maxwell att elektricitet orsakar en magnetisk effekt, och magnetism orsakar utseendet elektriskt fält. Eftersom båda dessa fält rör sig i rum och tid, bildar de störningar - det vill säga elektromagnetiska vågor.

Enkelt uttryckt är en elektromagnetisk våg en rumslig störning av en elektrisk magnetiskt fält.

Experimentellt bevisades förekomsten av EMW av den tyske vetenskapsmannen Hertz.

Elektromagnetiska vågor, deras egenskaper och egenskaper

Elektromagnetiska vågor kännetecknas av följande faktorer:

• längd (tillräckligt brett utbud);
• frekvens;
• intensitet (eller amplitud av oscillation);
• mängden energi.

Huvudegenskapen för all elektromagnetisk strålning är våglängden (i vakuum), som vanligtvis anges i nanometer för det synliga ljusets spektrum.

Varje nanometer representerar en tusendels mikrometer och mäts av avståndet mellan två på varandra följande toppar (toppar).

Motsvarande strålningsfrekvens för en våg är antalet sinusformade svängningar och omvänt proportionell mot våglängden.

Frekvensen mäts vanligtvis i Hertz. Sålunda motsvarar längre våglängder en lägre strålningsfrekvens och kortare våglängder motsvarar en högre strålningsfrekvens.

De viktigaste egenskaperna hos vågor:

• refraktion;
• reflexion;
• absorption;
• interferens.

elektromagnetisk våghastighet

Den faktiska utbredningshastigheten för en elektromagnetisk våg beror på materialet som mediet har, dess optiska densitet och närvaron av en sådan faktor som tryck.

Förutom, olika material har olika täthet av "packning" av atomer, ju närmare de är placerade, desto mindre avstånd och desto högre hastighet. Som ett resultat beror hastigheten på en elektromagnetisk våg på materialet genom vilket den färdas.

Liknande experiment utförs i hadronkollideren, där det huvudsakliga påverkansinstrumentet är en laddad partikel. Studie av elektromagnetiska fenomen uppstår där på kvantnivå, när ljus bryts ner till små partiklar - fotoner. Men kvantfysikenär en separat fråga.

Enligt relativitetsteorin kan den högsta hastigheten för vågutbredning inte överstiga ljusets hastighet. Hastighetsbegränsningens ändlighet i hans skrifter beskrevs av Maxwell och förklarade detta med närvaron av ett nytt fält - etern. Modern officiell vetenskap har ännu inte studerat ett sådant förhållande.

Elektromagnetisk strålning och dess typer

Elektromagnetisk strålning består av elektromagnetiska vågor, som observeras som fluktuationer i elektriska och magnetiska fält, som fortplantar sig med ljusets hastighet (300 km per sekund i vakuum).

När EM-strålning interagerar med materia förändras dess beteende kvalitativt när frekvensen ändras. Varför konverteras den till:

1. Radioutsändning. Vid radiofrekvenser och mikrovågsfrekvenser interagerar em-strålning med materia huvudsakligen i form av en gemensam uppsättning laddningar som är fördelade över ett stort antal påverkade atomer.
2. Infraröd strålning. Till skillnad från lågfrekvent radio- och mikrovågsstrålning, interagerar en infraröd sändare vanligtvis med dipoler som finns i enskilda molekyler, som förändras i ändarna när de vibrerar. kemisk bindning på atomnivå.
3. Synligt ljusemission. När frekvensen ökar i det synliga området har fotoner tillräckligt med energi för att ändra den bundna strukturen hos vissa enskilda molekyler.
4. Ultraviolett strålning. Frekvensen ökar. Det finns nu tillräckligt med energi i ultravioletta fotoner (mer än tre volt) för att dubbelt agera på molekylernas bindningar och ständigt omordna dem kemiskt.
5. Joniserande strålning. Vid de högsta frekvenserna och de minsta i våglängd. Absorptionen av dessa strålar av materia påverkar hela gammaspektrat. Den mest kända effekten är strålning.

Vad är källan till elektromagnetiska vågor

Världen, enligt den unga teorin om alltings ursprung, uppstod tack vare en impuls. Han släppte ut kolossal energi, som kallades en stor explosion. Så här dök den första em-vågen ut i universums historia.

För närvarande inkluderar källorna till störningsbildning:

• emv avger en konstgjord vibrator;
• resultatet av vibrationer av atomgrupper eller delar av molekyler;
• om det blir inverkan på yttre skalämnen (på atom-molekylär nivå);
• effekt som liknar ljus;
• under kärnkraftsförfall;
• följd av elektronretardation.

Skala och tillämpning av elektromagnetisk strålning

Strålningsskala betyder ett brett vågfrekvensområde från 3·10 6 ÷10 -2 till 10 -9 ÷ 10 -14 .

Varje del av det elektromagnetiska spektrumet har ett brett utbud av tillämpningar i våra dagliga liv:

1. Vågor av liten längd (mikrovågor). Dessa elektriska vågor används som en satellitsignal eftersom de kan kringgå jordens atmosfär. Dessutom används en något förbättrad version för uppvärmning och matlagning i köket - det här är en mikrovågsugn. Principen för förberedelse är enkel - under åtgärden mikrovågsstrålning vattenmolekyler absorberas och accelereras, vilket gör att skålen värms upp.
2. Långa störningar används i radioteknik (radiovågor). Deras frekvens tillåter inte moln och atmosfär att passera, tack vare vilken FM-radio och TV är tillgängliga för oss.
3. Den infraröda störningen är direkt relaterad till värme. Det är nästan omöjligt att se honom. Försök att utan specialutrustning lägga märke till en stråle från fjärrkontrollen till din TV, musikcentral eller radio i bilen. Enheter som kan läsa sådana vågor används i länders arméer (nattseendeanordning). Även i induktionsspisar i kök.
4. Ultraviolett är också relaterat till värme. Den mest kraftfulla naturliga "generatorn" av sådan strålning är solen. Det är på grund av effekten av ultraviolett strålning som en solbränna bildas på huden på en person. Inom medicinen används denna typ av våg för att desinficera instrument, döda bakterier och.
5. Gammastrålar är den mest kraftfulla typen av strålning där en kortvågig störning med hög frekvens är koncentrerad. Energin som finns i denna del av det elektromagnetiska spektrumet ger strålarna en större penetrerande kraft. Tillämplig i kärnfysik- fredliga kärnvapen - stridsanvändning.

Inverkan av elektromagnetiska vågor på människors hälsa

Att mäta effekten av emv på människor är forskarnas ansvar. Men du behöver inte vara specialist för att bedöma intensiteten av joniserande strålning - det provocerar förändringar på nivån av mänskligt DNA, vilket medför så allvarliga sjukdomar som onkologi.

Inte konstigt att de skadliga effekterna av Tjernobyl-katastrofen anses vara en av de farligaste för naturen. Flera kvadratkilometer av det en gång vackra territoriet har blivit en zon av fullständigt utanförskap. Fram till slutet av seklet är en explosion i kärnkraftverket i Tjernobyl farlig tills halveringstiden för radionuklider tar slut.

Vissa typer av emv (radio, infraröd, ultraviolett) orsakar inte mycket skada på en person och är bara obehag. När allt kommer omkring känns jordens magnetfält praktiskt taget inte av oss, utan emv från mobiltelefon kan orsaka huvudvärk(påverkan på nervsystemet).

För att skydda din hälsa från elektromagnetism bör du helt enkelt använda rimliga försiktighetsåtgärder. Istället för hundratals timmar att spela ett datorspel, gå ut på en promenad.

År 1864 förutspådde James Clerk Maxwell möjligheten av förekomsten av elektromagnetiska vågor i rymden. Han lade fram detta uttalande baserat på slutsatserna från analysen av alla experimentella data som var kända vid den tiden angående elektricitet och magnetism.

Maxwell förenade matematiskt elektrodynamikens lagar genom att koppla samman elektriska och magnetiska fenomen, och kom därmed fram till att elektriska och magnetiska fält som förändras över tiden ger upphov till varandra.

Inledningsvis betonade han det faktum att förhållandet mellan magnetiska och elektriska fenomenär inte symmetrisk, och introducerade termen "virvel elektriskt fält”, och erbjuder sin egen, verkligt nya förklaring av fenomenet elektromagnetisk induktion upptäckt av Faraday: ”varje förändring i magnetfältet leder till uppkomsten i det omgivande utrymmet av ett virvelelektriskt fält med slutet kraftlinjer».

Rättvist, enligt Maxwell, var det omvända påståendet att "ett föränderligt elektriskt fält ger upphov till ett magnetfält i det omgivande rymden", men detta påstående förblev till en början bara en hypotes.

Maxwell skrev ner ett system av matematiska ekvationer som konsekvent beskrev lagarna för ömsesidiga transformationer av magnetiska och elektriska fält, dessa ekvationer blev senare elektrodynamikens grundläggande ekvationer, och blev kända som "Maxwells ekvationer" för att hedra den store vetenskapsmannen som skrev ner dem . Maxwells hypotes, baserad på de skrivna ekvationerna, hade flera extremt viktiga slutsatser för vetenskap och teknik, vilka ges nedan.

Elektromagnetiska vågor finns verkligen

I rymden kan tvärgående elektromagnetiska vågor existera, som fortplantar sig över tiden. Det faktum att vågorna är tvärgående indikeras av det faktum att vektorerna för magnetisk induktion B och elektrisk fältstyrka E är ömsesidigt vinkelräta och båda ligger i ett plan vinkelrätt mot utbredningsriktningen för en elektromagnetisk våg.

Utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor i materia är ändlig, och den bestäms av de elektriska och magnetiska egenskaper material genom vilket vågen utbreder sig. I detta fall är längden på den sinusformade vågen λ relaterad till hastigheten υ med ett visst exakt förhållande λ = υ / f, och beror på frekvensen f för fältsvängningarna. Hastigheten c för en elektromagnetisk våg i ett vakuum är en av de grundläggande fysiska konstanterna - ljusets hastighet i ett vakuum.

Eftersom Maxwell deklarerade ändligheten hos en elektromagnetisk vågs utbredningshastighet skapade detta en motsägelse mellan hans hypotes och den vid den tiden accepterade långdistansteorin, enligt vilken utbredningshastigheten för vågor borde ha varit oändlig. Maxwells teori kallades därför teorin om kortdistanshandling.

I en elektromagnetisk våg sker omvandlingen av elektriska och magnetiska fält till varandra samtidigt, därför är volymetriska densiteter av magnetisk energi och elektrisk energiär lika med varandra. Därför är påståendet sant att modulerna för den elektriska fältstyrkan och magnetfältsinduktionen är sammankopplade vid varje punkt i rymden genom följande förhållande:

elektromagnetisk våg i processen för dess distribution skapar en ström elektromagnetisk energi, och om vi betraktar området i ett plan vinkelrätt mot vågens utbredningsriktning, så kommer en viss mängd elektromagnetisk energi att röra sig genom den på kort tid. Den elektromagnetiska energiflödestätheten är mängden energi som bärs av en elektromagnetisk våg genom ytan av en enhetsarea per tidsenhet. Genom att ersätta värdena för hastighet, såväl som magnetisk och elektrisk energi, kan vi få ett uttryck för flödestätheten i termer av storheterna E och B.

Eftersom riktningen för vågenergins utbredning sammanfaller med riktningen för vågens utbredningshastighet, kan energiflödet som utbreder sig i en elektromagnetisk våg specificeras med användning av en vektor riktad på samma sätt som vågutbredningshastigheten. Denna vektor kallas "Poynting-vektorn" - för att hedra brittisk fysiker Henry Poynting, som 1884 utvecklade teorin om utbredningen av det elektromagnetiska fältets energiflöde. Vågenergiflödestätheten mäts i W/kvm.

När ett elektriskt fält verkar på ett ämne uppstår små strömmar i det, som är en ordnad rörelse av elektriskt laddade partiklar. Dessa strömmar i magnetfältet hos en elektromagnetisk våg utsätts för verkan av Ampère-kraften, som riktas djupt in i ämnet. Amperes kraft och genererar som ett resultat tryck.

Detta fenomen undersöktes och bekräftades senare, år 1900, experimentellt av den ryske fysikern Pyotr Nikolaevich Lebedev, vars experimentella arbete var mycket viktigt för att bekräfta Maxwells teori om elektromagnetism och dess acceptans och godkännande i framtiden.

Det faktum att en elektromagnetisk våg utövar tryck gör det möjligt att bedöma närvaron av en mekanisk impuls i ett elektromagnetiskt fält, vilket kan uttryckas för en enhetsvolym i termer av den elektromagnetiska energins volymtäthet och hastigheten för vågutbredning i vakuum:

Eftersom rörelsemängden är förknippad med massans rörelse, kan ett sådant begrepp som elektromagnetisk massa introduceras, och för en volymenhet kommer detta förhållande (i enlighet med SRT) att anta karaktären av en universell naturlag och kommer att vara giltiga för alla materiella organ, oavsett materiens form. Och det elektromagnetiska fältet är då besläktat med en materiell kropp - det har energi W, massa m, rörelsemängd p och en ändlig utbredningshastighet v. Det vill säga det elektromagnetiska fältet är en av de former av materia som faktiskt finns i naturen.

För första gången 1888 bekräftade Heinrich Hertz experimentellt Maxwells elektromagnetiska teori. Han bevisade empiriskt verkligheten av elektromagnetiska vågor och studerade deras egenskaper såsom brytning och absorption i olika medier, samt reflektion av vågor från metallytor.

Hertz mätte våglängden och visade att utbredningshastigheten för en elektromagnetisk våg är lika med ljusets hastighet. Hertz experimentella arbete var det sista steget mot erkännandet av Maxwells elektromagnetiska teori. Sju år senare, 1895, använde den ryske fysikern Alexander Stepanovich Popov elektromagnetiska vågor för att skapa trådlös kommunikation.

I DC-kretsar rör sig laddningar med konstant hastighet, och elektromagnetiska vågor i detta fall strålas inte ut i rymden. För att strålning ska ske är det nödvändigt att använda en antenn där växelströmmar, det vill säga strömmar som snabbt ändrar sin riktning, exciteras.

I sin enklaste form är en elektrisk dipol lämplig för att sända ut elektromagnetiska vågor. liten storlek, vars dipolmoment skulle förändras snabbt med tiden. Det är en sådan dipol som idag kallas "Hertzian-dipolen", vars storlek är flera gånger mindre än våglängden den avger.

När den sänds ut av en hertzisk dipol, maximalt flöde elektromagnetisk energi faller på ett plan vinkelrätt mot dipolens axel. Ingen elektromagnetisk energi sänds ut längs dipolaxeln. I de viktigaste experimenten med Hertz användes elementära dipoler både för att sända ut och ta emot elektromagnetiska vågor, och förekomsten av elektromagnetiska vågor bevisades.

M. Faraday introducerade begreppet ett fält:

ett elektrostatiskt fält runt en laddning i vila

runt rörliga laddningar (ström) finns ett magnetfält.

År 1830 upptäckte M. Faraday fenomenet elektromagnetisk induktion: när magnetfältet förändras uppstår ett elektriskt virvelfält.

Figur 2.7 - Vortex elektriskt fält

var,
- vektor för elektrisk fältstyrka,
- vektor för magnetisk induktion.

Ett växlande magnetfält skapar ett elektriskt virvelfält.

År 1862 D.K. Maxwell lade fram en hypotes: när det elektriska fältet förändras uppstår ett virvelmagnetfält.

Idén om ett enda elektromagnetiskt fält uppstod.

Figur 2.8 - Enat elektromagnetiskt fält.

Det växlande elektriska fältet skapar ett virvelmagnetfält.

Elektromagnetiskt fält- detta är en speciell form av materia - en kombination av elektriska och magnetiska fält. Variabla elektriska och magnetiska fält existerar samtidigt och bildar ett enda elektromagnetiskt fält. Det är material:

Den visar sig i handling på både vilande och rörliga laddningar;

Den sprider sig med hög men ändlig hastighet;

Den existerar oberoende av vår vilja och önskningar.

Vid laddningshastigheten, noll-, det finns bara ett elektriskt fält. Vid konstant laddningshastighet genereras ett elektromagnetiskt fält.

Med den accelererade rörelsen av laddningen sänds ut en elektromagnetisk våg, som fortplantar sig i rymden med en begränsad hastighet .

Utvecklingen av idén om elektromagnetiska vågor tillhör Maxwell, men Faraday visste redan om deras existens, även om han var rädd för att publicera verket (det lästes mer än 100 år efter hans död).

Huvudvillkoret för uppkomsten av en elektromagnetisk våg är den accelererade rörelsen av elektriska laddningar.

Vad är en elektromagnetisk våg, det är lätt att föreställa sig följande exempel. Om du kastar en sten på vattenytan, bildas vågor som divergerar i cirklar på ytan. De rör sig från källan till deras förekomst (störning) med en viss fortplantningshastighet. För elektromagnetiska vågor är störningar elektriska och magnetiska fält som rör sig i rymden. Ett tidsvarierande elektromagnetiskt fält orsakar nödvändigtvis ett alternerande magnetfält, och vice versa. Dessa fält är sammanlänkade.

Den huvudsakliga källan till spektrumet av elektromagnetiska vågor är solstjärnan. En del av spektrumet av elektromagnetiska vågor ser det mänskliga ögat. Detta spektrum ligger inom 380...780 nm (Fig. 2.1). I det synliga spektrumet uppfattar ögat ljuset annorlunda. Elektromagnetiska oscillationer med olika våglängder orsakar känslan av ljus med olika färger.

Figur 2.9 - Spektrum av elektromagnetiska vågor

En del av spektrumet av elektromagnetiska vågor används för radio- och tv-sändningar och kommunikation. Källan till elektromagnetiska vågor är en tråd (antenn) i vilken svängning uppstår elektriska laddningar. Processen att bilda fält, som började nära tråden, gradvis, punkt för punkt, fångar hela utrymmet. Ju högre frekvens växelström som passerar genom tråden och genererar ett elektriskt eller magnetiskt fält, desto intensivare är radiovågorna av en given längd som skapas av tråden.

Radio(lat. radio - sända, sända ut strålar ← radie - stråle) - en typ av trådlös kommunikation där radiovågor som fritt utbreder sig i rymden används som signalbärare.

radiovågor(från radio...), elektromagnetiska vågor med en våglängd > 500 µm (frekvens< 6×10 12 Гц).

Radiovågor är elektriska och magnetiska fält som förändras över tiden. Utbredningshastigheten för radiovågor i fritt utrymme är 300 000 km/s. Baserat på detta kan du bestämma längden på radiovågen (m).

λ=300/f, där f - frekvens (MHz)

Ljudvibrationerna i luften som skapas under ett telefonsamtal omvandlas av en mikrofon till elektriska vibrationer med ljudfrekvens, som överförs via ledningar till abonnentens utrustning. Där, i andra änden av linjen, omvandlas de med hjälp av telefonens sändare till luftvibrationer som av abonnenten uppfattas som ljud. Inom telefoni är kommunikationsmedlen trådar, i radiosändningar radiovågor.

"Hjärtat" av sändaren för en radiostation är en generator - en enhet som genererar svängningar med en hög, men strikt konstant frekvens för en given radiostation. Dessa radiofrekvenssvängningar, förstärkta till den effekt som krävs, kommer in i antennen och exciterar i det omgivande rymden elektromagnetiska svängningar med exakt samma frekvens - radiovågor. Hastigheten för borttagning av radiovågor från radiostationens antenn är lika med ljusets hastighet: 300 000 km / s, vilket är nästan en miljon gånger snabbare än utbredningen av ljud i luften. Detta betyder att om en sändare slogs på vid ett visst ögonblick vid sändningsstationen i Moskva, skulle dess radiovågor nå Vladivostok på mindre än 1/30 s, och ljudet under denna tid skulle hinna spridas endast 10- 11 m.

Radiovågor utbreder sig inte bara i luften, utan även där det inte finns några, till exempel i yttre rymden. I detta skiljer de sig från ljudvågor, för vilket luft eller något annat tätt medium, såsom vatten, är absolut nödvändigt.

elektromagnetisk våg är ett elektromagnetiskt fält som fortplantar sig i rymden (svängningar av vektorer
). Nära laddningen ändras de elektriska och magnetiska fälten med en fasförskjutning p/2.

Figur 2.10 - Enat elektromagnetiskt fält.

På stort avstånd från laddningen ändras de elektriska och magnetiska fälten i fas.

Figur 2.11 - Fasförändring i elektriska och magnetiska fält.

Den elektromagnetiska vågen är tvärgående. Riktningen för den elektromagnetiska vågens hastighet sammanfaller med rörelseriktningen för den högra skruven när man vrider på handtaget på vektorgimlet till vektorn .

Figur 2.12 - Elektromagnetisk våg.

Dessutom, i en elektromagnetisk våg, förhållandet
, där c är ljusets hastighet i vakuum.

Maxwell beräknade teoretiskt energin och hastigheten för elektromagnetiska vågor.

Således, vågenergin är direkt proportionell mot frekvensens fjärde potens. Detta innebär att för att lättare fixa vågen är det nödvändigt att den är av hög frekvens.

Elektromagnetiska vågor upptäcktes av G. Hertz (1887).

En sluten oscillerande krets utstrålar inte elektromagnetiska vågor: all energi från kondensatorns elektriska fält omvandlas till energin från spolens magnetfält. Svängningsfrekvensen bestäms av parametrarna för den oscillerande kretsen:
.

Figur 2.13 - Oscillerande krets.

För att öka frekvensen är det nödvändigt att minska L och C, d.v.s. vrid spolen till en rak tråd och, som
, reducera plattornas yta och sprid dem till maximalt avstånd. Detta visar att vi i huvudsak får en rak ledare.

En sådan anordning kallas en Hertz-vibrator. Mitten kapas och kopplas till en högfrekvenstransformator. Mellan ändarna av trådarna, på vilka små sfäriska ledare är fixerade, hoppar en elektrisk gnista, som är källan till den elektromagnetiska vågen. Vågen fortplantar sig på ett sådant sätt att den elektriska fältstyrkevektorn svänger i det plan som ledaren befinner sig i.

Figur 2.14 - Hertz vibrator.

Om samma ledare (antenn) placeras parallellt med sändaren, kommer laddningarna i den att svänga och svaga gnistor hoppar mellan ledarna.

Hertz upptäckte elektromagnetiska vågor i ett experiment och mätte deras hastighet, som sammanföll med den som beräknats av Maxwell och lika med c=3. 10 8 m/s.

Ett elektriskt växelfält genererar ett växelmagnetiskt fält, som i sin tur genererar ett växel elektriskt fält, det vill säga en antenn som exciterar ett av fälten orsakar uppkomsten av ett enda elektromagnetiskt fält. Den viktigaste egenskapen hos detta fält är att det fortplantar sig i form av elektromagnetiska vågor.

Utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor i ett förlustfritt medium beror på mediets relativt dielektriska och magnetiska permeabilitet. För luft är mediets magnetiska permeabilitet lika med en, därför är utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor i detta fall lika med ljusets hastighet.

Antennen kan vara en vertikal tråd som drivs av en högfrekvensgenerator. Generatorn förbrukar energi för att påskynda rörelsen av fria elektroner i ledaren, och denna energi omvandlas till ett växlande elektromagnetiskt fält, det vill säga elektromagnetiska vågor. Ju högre generatorströmfrekvensen är, desto snabbare förändras det elektromagnetiska fältet och desto intensivare blir vågläkningen.

Till antenntråden är anslutna både ett elektriskt fält, vars kraftlinjer börjar vid positiva och slutar vid negativa laddningar, och ett magnetiskt fält, vars linjer sluter sig runt trådens ström. Ju kortare svängningsperioden är, desto mindre tid återstår för energin från de bundna fälten att återvända till tråden (det vill säga till generatorn) och desto mer går den över i fria fält, som fortplantar sig vidare i form av elektromagnetiska vågor. Effektiv utstrålning av elektromagnetiska vågor uppstår under förutsättning att våglängden och längden på den utstrålande tråden är jämförbar.

Det kan alltså fastställas att radiovåg- detta är ett elektromagnetiskt fält som inte är associerat med sändaren och kanalbildande enheter, som fritt fortplantar sig i rymden i form av en våg med en oscillationsfrekvens på 10 -3 till 10 12 Hz.

Oscillationer av elektroner i antennen skapas av en källa till periodiskt föränderlig EMF med en period T. Om fältet vid antennen någon gång hade ett maxvärde, så kommer det att ha samma värde efter ett tag T. Under denna tid kommer det elektromagnetiska fältet som fanns i det första ögonblicket vid antennen att flyttas till ett avstånd

λ = υТ (1)

Det minsta avståndet mellan två punkter i rymden där fältet har samma värde kallas våglängd. Som följer av (1), våglängden λ beror på hastigheten på dess utbredning och oscillationsperioden för elektronerna i antennen. Som frekvens nuvarande f = 1 / T, sedan våglängden λ = υ / f .

Radiolänken innehåller följande huvuddelar:

Sändare

Mottagare

Mediet i vilket radiovågor utbreder sig.

Sändaren och mottagaren är kontrollerbara element i radiolänken, eftersom det är möjligt att öka sändareffekten, ansluta en mer effektiv antenn och öka mottagarens känslighet. Mediet är ett okontrollerat element i radiolänken.

Skillnaden mellan en radiokommunikationslinje och trådbundna linjer är att trådbundna linjer använder ledningar eller kablar som en anslutningslänk, som är kontrollerade element (du kan ändra deras elektriska parametrar).

Elektromagnetiska vågor är enligt fysiken bland de mest mystiska. I dem försvinner faktiskt energin i ingenstans, dyker upp från ingenstans. Det finns inget annat liknande objekt inom hela vetenskapen. Hur sker alla dessa mirakulösa förvandlingar?

Maxwell elektrodynamik

Allt började med det faktum att vetenskapsmannen Maxwell redan 1865, förlitade sig på Faradays arbete, härledde ekvationen för det elektromagnetiska fältet. Maxwell själv trodde att hans ekvationer beskrev vridningen och spänningen av vågor i etern. Tjugotre år senare skapade Hertz experimentellt sådana störningar i mediet och lyckades inte bara förena dem med elektrodynamikens ekvationer, utan också med att erhålla de lagar som styr utbredningen av dessa störningar. En märklig tendens har uppstått att deklarera eventuella störningar som är elektromagnetiska till sin natur som hertziska vågor. Dessa strålningar är dock inte det enda sättet att utföra energiöverföring.

Trådlös anslutning

Att dejta, till alternativ implementering av sådan trådlös kommunikation inkluderar:

Elektrostatisk koppling, även kallad kapacitiv;

induktion;

nuvarande;

Tesla-anslutning, det vill säga anslutningen av elektrondensitetsvågor längs ledande ytor;

Det bredaste utbudet av de vanligaste bärarna, som kallas elektromagnetiska vågor - från ultralåga frekvenser till gammastrålning.

Det är värt att överväga dessa typer av anslutningar mer i detalj.

Elektrostatisk bindning

De två dipolerna är kopplade elektriska krafter i rymden, vilket är en konsekvens av Coulombs lag. Från elektromagnetiska vågor given typ kommunikation kännetecknas av förmågan att ansluta dipoler när de är placerade på samma linje. Med ökande avstånd dämpas anslutningens styrka, och en stark påverkan av olika störningar observeras också.

induktiv koppling

Baserat på magnetiska ströfält av induktans. Observeras mellan objekt som har induktans. Dess tillämpning är ganska begränsad på grund av kortdistansåtgärder.

Aktuell anslutning

På grund av spridningsströmmarna i ett ledande medium kan en viss interaktion uppstå. Om strömmar passerar genom terminalerna (ett par kontakter), så kan samma strömmar detekteras på ett avsevärt avstånd från kontakterna. Detta är vad som kallas effekten av strömspridning.

Tesla-anslutning

Den berömda fysikern Nikola Tesla uppfann kommunikation med hjälp av vågor på en ledande yta. Om på någon plats i planet laddningsbärarens densitet störs, kommer dessa bärare att börja röra sig, vilket kommer att tendera att återställa jämvikten. Eftersom bärarna har en tröghetskaraktär har återhämtningen en vågkaraktär.

Elektromagnetisk anslutning

Strålningen från elektromagnetiska vågor kännetecknas av en enorm verkan på lång räckvidd, eftersom deras amplitud är omvänt proportionell mot avståndet till källan. Det är denna metod för trådlös kommunikation som används mest. Men vad är elektromagnetiska vågor? Först måste du göra en kort avvikelse i historien om deras upptäckt.

Hur "uppstod" elektromagnetiska vågor?

Allt började 1829, när den amerikanske fysikern Henry upptäckte störningar i elektriska urladdningar i experiment med Leyden-burkar. 1832 föreslog fysikern Faraday förekomsten av en sådan process som elektromagnetiska vågor. Maxwell skapade sina berömda ekvationer av elektromagnetism 1865. I slutet av artonhundratalet gjordes många framgångsrika försök att skapa trådlös kommunikation med hjälp av elektrostatisk och elektromagnetisk induktion. Den berömda uppfinnaren Edison kom med ett system som tillät passagerare järnväg skicka och ta emot telegram medan tåget rör sig. År 1888 bevisade G. Hertz otvetydigt att elektromagnetiska vågor uppträder med hjälp av en anordning som kallas vibrator. Hertz genomförde ett experiment på överföringen av en elektromagnetisk signal över ett avstånd. År 1890 uppfann den franske ingenjören och fysikern Branly en anordning för att registrera elektromagnetisk strålning. Därefter kallades denna enhet "radioledaren" (koherer). 1891-1893 beskrev Nikola Tesla de grundläggande principerna för implementering av signalöverföring över långa avstånd och patenterade en mastantenn, som var en källa till elektromagnetiska vågor. Ytterligare meriter i studiet av vågor och den tekniska implementeringen av deras produktion och tillämpning tillhör sådana kända fysiker och uppfinnare som Popov, Marconi, de Maur, Lodge, Mirhead och många andra.

Begreppet "elektromagnetisk våg"

En elektromagnetisk våg är ett fenomen som fortplantar sig i rymden med en viss ändlig hastighet och är ett alternerande elektriskt och magnetiskt fält. Eftersom magnetiska och elektriska fält är oupplösligt förbundna med varandra, bildar de ett elektromagnetiskt fält. Man kan också säga att en elektromagnetisk våg är en störning av fältet och under dess utbredning omvandlas energin som magnetfältet har till det elektriska fältets energi och vice versa, enligt Maxwells elektrodynamik. Utåt liknar detta utbredningen av vilken annan våg som helst i något annat medium, men det finns också betydande skillnader.

Vad är skillnaden mellan elektromagnetiska vågor och andra?

Energin från elektromagnetiska vågor fortplantar sig i ett ganska obegripligt medium. För att jämföra dessa vågor och alla andra, är det nödvändigt att förstå vilket fortplantningsmedium i fråga. Det antas att det intraatomära utrymmet är fyllt med elektrisk eter - ett specifikt medium, som är ett absolut dielektrikum. Alla vågor under utbredning visar övergången av kinetisk energi till potentiell energi och vice versa. Samtidigt har dessa energier förskjutit maximum i tid och rum i förhållande till varandra med en fjärdedel full period vågor. I detta fall är den genomsnittliga vågenergin, som är summan av potentialen och rörelseenergiär en konstant. Men med elektromagnetiska vågor är situationen annorlunda. Energierna från både magnetfälten och elektriska fält når sina maximala värden samtidigt.

Hur genereras en elektromagnetisk våg?

Frågan om en elektromagnetisk våg är ett elektriskt fält (eter). Det rörliga fältet är strukturerat och består av energin från dess rörelse och den elektriska energin från själva fältet. Så potentiell energi vågor associerade med kinetik och i-fas. Naturen hos en elektromagnetisk våg är ett periodiskt elektriskt fält som är i ett tillstånd framåtrörelse i rymden och rör sig med ljusets hastighet.

Förskjutningsströmmar

Det finns ett annat sätt att förklara vad elektromagnetiska vågor är. Det antas att förskjutningsströmmar uppstår i etern under rörelsen av inhomogena elektriska fält. De uppstår naturligtvis bara för en stationär utomstående observatör. I det ögonblick då en sådan parameter som den elektriska fältstyrkan når sitt maximum, kommer förskjutningsströmmen vid en given punkt i rymden att stanna. Följaktligen, vid ett minimum av spänning, erhålls den omvända bilden. Detta tillvägagångssätt förtydligar vågnaturen elektromagnetisk strålning, eftersom energin i det elektriska fältet förskjuts med en fjärdedel av perioden med avseende på förskjutningsströmmarna. Då kan vi säga att den elektriska störningen, eller snarare störningens energi, omvandlas till förskjutningsströmmens energi och vice versa och fortplantar sig vågmässigt i ett dielektriskt medium.