Elektromagnit to'lqinlar nima? Elektromagnit to'lqin - bu elektromagnit maydonning kosmosda tarqalish jarayoni.

Elektromagnit to'lqinlar ko'p yillik munozaralar va minglab tajribalar natijasidir. Hozirgi jamiyatni aylantira oladigan tabiiy kuchlarning mavjudligini isbotlash. Bu oddiy haqiqatning haqiqiy qabul qilinishi - biz yashayotgan dunyo haqida juda kam narsa bilamiz.

Fizika nafaqat hayotning, balki dunyoning kelib chiqishi haqidagi savollarga javob berishga qodir bo'lgan tabiat fanlari orasida malikadir. U olimlarga elektr va magnit maydonlarini o'rganish imkoniyatini beradi, ularning o'zaro ta'siri EMW (elektromagnit to'lqinlar) hosil qiladi.

Elektromagnit to'lqin nima

Yaqinda mamlakatimiz ekranlarida "Oqimlar urushi" (2018) filmi paydo bo'ldi, unda fantastika bilan ikki buyuk olim Edison va Tesla o'rtasidagi tortishuv haqida hikoya qilinadi. Bir foyda isbotlashga harakat qildi to'g'ridan-to'g'ri oqim, ikkinchisi - o'zgaruvchidan. Bu uzoq davom etgan jang faqat yigirma birinchi asrning yettinchi yilida tugadi.

"Jang" ning boshida nisbiylik nazariyasi ustida ishlaydigan boshqa bir olim elektr va magnitlanishni o'xshash hodisalar deb ta'riflagan.

O'n to'qqizinchi asrning o'ttizinchi yilida fizik Ingliz kelib chiqishi Faraday bu hodisani kashf etdi elektromagnit induksiya va elektr va magnit maydonlarining birligi atamasini kiritdi. U, shuningdek, bu sohada harakat yorug'lik tezligi bilan cheklangan, deb da'vo qildi.

Biroz vaqt o'tgach, ingliz olimi Maksvellning nazariyasi elektr magnit ta'sirga olib keladi va magnitlanish paydo bo'lishini aytdi. elektr maydoni. Bu maydonlarning ikkalasi ham fazoda va vaqt ichida harakat qilganligi sababli, ular tebranishlarni, ya'ni elektromagnit to'lqinlarni hosil qiladi.

Oddiy qilib aytganda, elektromagnit to'lqin - bu elektr tokining fazoviy buzilishi magnit maydon.

Eksperimental ravishda EMW mavjudligini nemis olimi Gerts isbotladi.

Elektromagnit to'lqinlar, ularning xossalari va xususiyatlari

Elektromagnit to'lqinlar quyidagi omillar bilan tavsiflanadi:

uzunlik (etarlicha keng diapazon);
chastota;
intensivlik (yoki tebranish amplitudasi);
energiya miqdori.

Barcha elektromagnit nurlanishning asosiy xususiyati to'lqin uzunligining kattaligi (vakuumda), odatda ko'rinadigan yorug'lik spektri uchun nanometrlarda belgilanadi.

Har bir nanometr mikrometrning mingdan bir qismini ifodalaydi va ikkita ketma-ket cho'qqilar (cho'qqilar) orasidagi masofa bilan o'lchanadi.

To'lqinning mos keladigan nurlanish chastotasi sinusoidal tebranishlar soni va to'lqin uzunligiga teskari proportsionaldir.

Chastota odatda Gertsda o'lchanadi. Shunday qilib, uzunroq to'lqin uzunliklari nurlanishning past chastotasiga, qisqaroq to'lqin uzunligi esa yuqori chastotaga to'g'ri keladi.

To'lqinlarning asosiy xususiyatlari:

sinishi;
aks ettirish;
singdirish;
aralashuv.

elektromagnit to'lqin tezligi

Elektromagnit to'lqinning haqiqiy tarqalish tezligi muhitga ega bo'lgan materialga, uning optik zichligiga va bosim kabi omil mavjudligiga bog'liq.

Bundan tashqari, turli materiallar atomlarning "qadoqlash" zichligi har xil bo'lsa, ular qanchalik yaqin joylashgan bo'lsa, masofa qanchalik kichik bo'lsa va tezlik shunchalik yuqori bo'ladi. Natijada, elektromagnit to'lqinning tezligi u o'tadigan materialga bog'liq.

Xuddi shunday tajribalar adron kollayderida ham o'tkaziladi, bu erda asosiy ta'sir vositasi zaryadlangan zarrachadir. ni o'rganish elektromagnit hodisalar u erda kvant darajasida, yorug'lik mayda zarrachalarga - fotonlarga parchalanganda sodir bo'ladi. Lekin kvant fizikasi alohida masala.

Nisbiylik nazariyasiga ko'ra, to'lqin tarqalishining eng yuqori tezligi yorug'lik tezligidan oshmasligi kerak. O'z asarlarida tezlik chegarasining cheksizligi Maksvell tomonidan tasvirlangan va buni yangi maydon - efir mavjudligi bilan izohlagan. Zamonaviy rasmiy fan hali bunday munosabatlarni o'rganmagan.

Elektromagnit nurlanish va uning turlari

Elektromagnit nurlanish elektromagnit to'lqinlardan iborat bo'lib, ular yorug'lik tezligida (vakuumda sekundiga 300 km) tarqaladigan elektr va magnit maydonlarning tebranishlari sifatida kuzatiladi.

EM nurlanish materiya bilan o'zaro ta'sirlashganda, chastota o'zgarishi bilan uning xatti-harakati sifat jihatidan o'zgaradi. Nima uchun u quyidagilarga aylantirildi:

Radio emissiyasi. Radiochastotalarda va mikroto'lqinli chastotalarda em-radiatsiya asosan umumiy zaryadlar to'plami shaklida materiya bilan o'zaro ta'sir qiladi, ular taqsimlanadi. katta raqam ta'sirlangan atomlar.
Infraqizil nurlanish. Past chastotali radio va mikroto'lqinli nurlanishdan farqli o'laroq, infraqizil emitent odatda alohida molekulalarda mavjud bo'lgan dipollar bilan o'zaro ta'sir qiladi, ular tebranish paytida uchlarida o'zgaradi. kimyoviy bog'lanish atom darajasida.
Ko'rinadigan yorug'lik emissiyasi. Ko'rinadigan diapazonda chastota ortishi bilan fotonlar ba'zi bir molekulalarning bog'langan tuzilishini o'zgartirish uchun etarli energiyaga ega.
Ultraviyole nurlanish. Chastotasi ortib bormoqda. Hozirgi vaqtda ultrabinafsha fotonlarda (uch voltdan ortiq) molekulalarning aloqalariga ikki marta ta'sir qilish, ularni kimyoviy jihatdan doimiy ravishda qayta tashkil etish uchun etarli energiya mavjud.
Ionlashtiruvchi nurlanish. Eng yuqori chastotalarda va eng kichik to'lqin uzunligida. Ushbu nurlarning materiya tomonidan yutilishi butun gamma spektriga ta'sir qiladi. Eng mashhur effekt - bu radiatsiya.

Elektromagnit to'lqinlarning manbai nima

Dunyo, hamma narsaning kelib chiqishi haqidagi yosh nazariyaga ko'ra, impuls tufayli paydo bo'lgan. U katta portlash deb atalgan ulkan energiyani chiqardi. Koinot tarixida birinchi em-to'lqin shunday paydo bo'ldi.

Hozirgi vaqtda buzilishlarning paydo bo'lish manbalariga quyidagilar kiradi:

emv sun'iy vibratorni chiqaradi;
atom guruhlari yoki molekula qismlarining tebranish natijasi;
ta'siri bo'lsa tashqi qobiq moddalar (atom-molekulyar darajada);
yorug'likka o'xshash effekt;
yadroviy parchalanish davrida;
elektron sekinlashishi natijasida.

Elektromagnit nurlanishning ko'lami va qo'llanilishi

Radiatsiya shkalasi deganda 3·10 6 ÷10 -2 dan 10 -9 ÷ 10 -14 gacha bo'lgan to'lqin chastotasining keng diapazoni tushuniladi.

Elektromagnit spektrning har bir qismi bizning kundalik hayotimizda keng qo'llanilishiga ega:

Kichik uzunlikdagi to'lqinlar (mikroto'lqinlar). Ushbu elektr to'lqinlari sun'iy yo'ldosh signali sifatida ishlatiladi, chunki ular yer atmosferasini chetlab o'tishga qodir. Bundan tashqari, oshxonada isitish va pishirish uchun biroz rivojlangan versiya ishlatiladi - bu mikroto'lqinli pech. Tayyorgarlik printsipi oddiy - harakat ostida mikroto'lqinli radiatsiya suv molekulalari so'riladi va tezlashadi, bu esa idishning isishiga olib keladi.
Uzoq tebranishlar radiotexnologiyalarda (radioto'lqinlar) qo'llaniladi. Ularning chastotasi bulutlar va atmosfera o'tishiga imkon bermaydi, buning natijasida FM radio va televidenie biz uchun mavjud.
Infraqizil buzilish to'g'ridan-to'g'ri issiqlik bilan bog'liq. Uni ko'rish deyarli mumkin emas. Mashinada televizoringiz, musiqa markazingiz yoki radioingizning masofadan boshqarish pultidagi nurni maxsus jihozlarsiz sezishga harakat qiling. Bunday to'lqinlarni o'qiy oladigan qurilmalar mamlakatlar qo'shinlarida qo'llaniladi (tungi ko'rish qurilmasi). Oshxonadagi induksion pechlarda ham.
Ultraviyole ham issiqlik bilan bog'liq. Bunday nurlanishning eng kuchli tabiiy "generatori" quyoshdir. Ultrabinafsha nurlanish ta'siri tufayli odamning terisida sarg'ish paydo bo'ladi. Tibbiyotda bu turdagi to'lqin asboblarni dezinfeksiya qilish, mikroblarni o'ldirish va.
Gamma nurlari - bu yuqori chastotali qisqa to'lqinli buzilishlar to'plangan nurlanishning eng kuchli turi. Elektromagnit spektrning bu qismidagi energiya nurlarga ko'proq kirish kuchini beradi. Qo'llanilishi mumkin yadro fizikasi- tinch, yadroviy qurollar - jangovar foydalanish.

Elektromagnit to'lqinlarning inson salomatligiga ta'siri

Emvning odamlarga ta'sirini o'lchash olimlarning mas'uliyati hisoblanadi. Ammo ionlashtiruvchi nurlanishning intensivligini baholash uchun mutaxassis bo'lish shart emas - bu onkologiya kabi jiddiy kasalliklarga olib keladigan inson DNKsi darajasida o'zgarishlarni keltirib chiqaradi.

Chernobil fojiasining zararli ta'siri tabiat uchun eng xavfli deb hisoblanishi ajablanarli emas. Bir vaqtlar go'zal hududning bir necha kvadrat kilometrlari butunlay istisno zonasiga aylandi. Asr oxirigacha Chernobil AESdagi portlash radionuklidlarning yarim yemirilish davri tugamaguncha xavfli hisoblanadi.

Ba'zi turdagi emv (radio, infraqizil, ultrabinafsha) insonga juda ko'p zarar etkazmaydi va faqat noqulaylik tug'diradi. Axir, erning magnit maydoni biz tomonidan deyarli sezilmaydi, lekin emv Uyali telefon sabab bo'lishi mumkin bosh og'rig'i(asab tizimiga ta'siri).

Sog'lig'ingizni elektromagnitizmdan himoya qilish uchun siz shunchaki oqilona ehtiyot choralarini qo'llashingiz kerak. Yuzlab soat kompyuter o'yinini o'ynash o'rniga, sayrga chiqing.

1864 yilda Jeyms Klerk Maksvell kosmosda elektromagnit to'lqinlarning mavjudligi ehtimolini bashorat qildi. U bu bayonotni elektr va magnitlanish bo'yicha o'sha vaqtga qadar ma'lum bo'lgan barcha eksperimental ma'lumotlarni tahlil qilish natijasida kelib chiqadigan xulosalar asosida ilgari surdi.

Maksvell elektr va elektrodinamika qonunlarini bog'lash orqali matematik jihatdan birlashtirdi magnit hodisalari, va shunday xulosaga keldikki, vaqt o'tishi bilan o'zgaruvchan elektr va magnit maydonlar bir-birini keltirib chiqaradi.

Dastlab, u magnit va o'rtasidagi munosabatni ta'kidladi elektr hodisalari simmetrik emas va "vorteks" atamasini kiritdi elektr maydoni”, Faraday tomonidan kashf etilgan elektromagnit induksiya hodisasining o'ziga xos, haqiqatan ham yangi izohini taklif qiladi: "magnit maydondagi har bir o'zgarish atrofdagi bo'shliqda yopiq elektr maydonining paydo bo'lishiga olib keladi. kuch chiziqlari».

Fair, Maksvellning so'zlariga ko'ra, "o'zgaruvchan elektr maydoni atrofdagi kosmosda magnit maydonni keltirib chiqaradi" degan qarama-qarshi fikr edi, ammo bu bayonot dastlab faqat gipoteza bo'lib qoldi.

Maksvell magnit va elektr maydonlarining oʻzaro oʻzgarish qonuniyatlarini izchil tavsiflovchi matematik tenglamalar tizimini yozdi, bu tenglamalar keyinchalik elektrodinamikaning asosiy tenglamalariga aylandi va ularni yozgan buyuk olim sharafiga “Maksvell tenglamalari” nomi bilan mashhur boʻldi. . Maksvellning yozma tenglamalarga asoslangan gipotezasi fan va texnika uchun bir qancha muhim xulosalarga ega edi, ular quyida keltirilgan.

Elektromagnit to'lqinlar haqiqatan ham mavjud

Kosmosda ko'ndalang elektromagnit to'lqinlar mavjud bo'lishi mumkin, ular vaqt o'tishi bilan tarqaladi. To'lqinlarning ko'ndalang bo'lganligi magnit induksiya B va elektr maydon kuchi E vektorlarining o'zaro perpendikulyar bo'lishi va ikkalasi ham elektromagnit to'lqinning tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar tekislikda yotishidan dalolat beradi.

Elektromagnit to'lqinlarning moddada tarqalish tezligi chekli bo'lib, u elektr va magnit xususiyatlari to'lqin tarqaladigan material. Bunday holda, sinusoidal to'lqinning uzunligi l ma'lum bir aniq munosabat bilan y tezligi bilan bog'liq l = y / f va maydon tebranishlarining chastotasi f ga bog'liq. Elektromagnit to'lqinning vakuumdagi tezligi c asosiy fizik konstantalardan biri - vakuumdagi yorug'lik tezligi.

Maksvell elektromagnit to'lqinning tarqalish tezligining cheksizligini e'lon qilganligi sababli, bu uning gipotezasi va o'sha paytda qabul qilingan uzoq masofalar nazariyasi o'rtasida ziddiyat tug'dirdi, unga ko'ra to'lqinlarning tarqalish tezligi cheksiz bo'lishi kerak edi. Shuning uchun Maksvell nazariyasi qisqa masofali harakat nazariyasi deb ataldi.

Elektromagnit to'lqinda elektr va magnit maydonlarning bir-biriga aylanishi bir vaqtning o'zida sodir bo'ladi, shuning uchun magnit energiyaning hajmli zichligi va elektr energiyasi bir-biriga teng. Shu sababli, elektr maydon kuchi va magnit maydon induksiyasi modullari fazoning har bir nuqtasida quyidagi munosabat bilan o'zaro bog'langan degan fikr haqiqatdir:

elektromagnit to'lqin uni taqsimlash jarayonida oqim hosil qiladi elektromagnit energiya, va agar biz to'lqin tarqalish yo'nalishiga perpendikulyar tekislikdagi maydonni hisobga olsak, u holda qisqa vaqt ichida ma'lum miqdordagi elektromagnit energiya u orqali harakatlanadi. Elektromagnit energiya oqimining zichligi - bu elektromagnit to'lqin tomonidan vaqt birligida birlik maydonining sirtidan o'tadigan energiya miqdori. Tezlik qiymatlarini, shuningdek, magnit va elektr energiyasini almashtirib, biz oqim zichligi uchun E va B miqdorlari bo'yicha ifodani olishimiz mumkin.

To'lqin energiyasining tarqalish yo'nalishi to'lqin tarqalish tezligining yo'nalishiga to'g'ri kelganligi sababli, elektromagnit to'lqinda tarqaladigan energiya oqimi to'lqinning tarqalish tezligi bilan bir xil yo'naltirilgan vektor yordamida aniqlanishi mumkin. Ushbu vektor "Poynting vektori" deb ataladi - sharafiga ingliz fizigi Genri Poynting, 1884 yilda elektromagnit maydonning energiya oqimining tarqalishi nazariyasini ishlab chiqdi. To'lqin energiyasi oqimining zichligi Vt / kv.m da o'lchanadi.

Elektr maydoni moddaga ta'sir qilganda, unda kichik oqimlar paydo bo'ladi, bu elektr zaryadlangan zarrachalarning tartibli harakatidir. Elektromagnit to'lqinning magnit maydonidagi bu oqimlar moddaga chuqur yo'naltirilgan Amper kuchining ta'siriga duchor bo'ladi. Amperning kuchi va natijada bosim hosil qiladi.

Bu hodisa keyinchalik, 1900 yilda rus fizigi Pyotr Nikolaevich Lebedev tomonidan tekshirildi va eksperimental tarzda tasdiqlandi, uning eksperimental ishi Maksvellning elektromagnetizm nazariyasini tasdiqlash va kelajakda uni qabul qilish va tasdiqlash uchun juda muhim edi.

Elektromagnit to'lqinning bosim o'tkazishi elektromagnit maydonda mexanik impuls mavjudligini aniqlashga imkon beradi, uni elektromagnit energiyaning hajmli zichligi va vakuumda to'lqin tarqalish tezligi bo'yicha birlik hajm uchun ifodalash mumkin:

Impuls massa harakati bilan bog'liq bo'lganligi sababli, elektromagnit massa kabi tushunchani kiritish mumkin va keyin birlik hajm uchun bu nisbat (SRTga muvofiq) tabiatning universal qonuni xarakterini oladi va shunday bo'ladi. materiya shaklidan qat'i nazar, har qanday moddiy jismlar uchun amal qiladi. Va elektromagnit maydon keyinchalik moddiy jismga o'xshaydi - uning energiyasi W, massa m, impuls p va cheklangan tarqalish tezligi v. Ya'ni, elektromagnit maydon tabiatda haqiqatda mavjud bo'lgan materiya shakllaridan biridir.

Birinchi marta 1888 yilda Geynrix Gerts Maksvellning elektromagnit nazariyasini eksperimental ravishda tasdiqladi. U elektromagnit to‘lqinlarning haqiqatligini empirik tarzda isbotladi va ularning turli muhitlarda sinishi va yutilishi, shuningdek, to‘lqinlarning metall yuzalardan aks etishi kabi xususiyatlarini o‘rgandi.

Gerts to'lqin uzunligini o'lchadi va elektromagnit to'lqinning tarqalish tezligi yorug'lik tezligiga teng ekanligini ko'rsatdi. Gertsning eksperimental ishi Maksvellning elektromagnit nazariyasini tan olish yo'lidagi so'nggi qadam bo'ldi. Etti yil o'tgach, 1895 yilda rus fizigi Aleksandr Stepanovich Popov simsiz aloqa yaratish uchun elektromagnit to'lqinlardan foydalangan.

DC zanjirlarida zaryadlar doimiy tezlikda harakat qiladi va bu holda elektromagnit to'lqinlar kosmosga tarqalmaydi. Radiatsiya sodir bo'lishi uchun o'zgaruvchan toklar, ya'ni o'z yo'nalishini tezda o'zgartiradigan oqimlar qo'zg'atiladigan antennadan foydalanish kerak.

Eng oddiy shaklda elektr dipol elektromagnit to'lqinlarni chiqarish uchun javob beradi. kichik o'lcham, uning dipol momenti vaqt o'tishi bilan tez o'zgaradi. Aynan shunday dipol bo'lib, bugungi kunda "gerts dipol" deb nomlanadi, uning o'lchami u chiqaradigan to'lqin uzunligidan bir necha baravar kichikdir.

Gerts dipoli tomonidan chiqarilganda, maksimal oqim elektromagnit energiya dipol o'qiga perpendikulyar bo'lgan tekislikka tushadi. Dipol o'qi bo'ylab elektromagnit energiya chiqarilmaydi. Gertsning eng muhim tajribalarida elementar dipollar elektromagnit to'lqinlarni chiqarish va qabul qilish uchun ishlatilgan va elektromagnit to'lqinlarning mavjudligi isbotlangan.

M. Faraday maydon tushunchasini kiritdi:

tinch holatda zaryad atrofidagi elektrostatik maydon

harakatlanuvchi zaryadlar (oqim) atrofida magnit maydon mavjud.

1830 yilda M. Faraday elektromagnit induksiya hodisasini kashf etdi: magnit maydon o'zgarganda, vorteksli elektr maydoni paydo bo'ladi.

2.7-rasm - Vorteks elektr maydoni

qayerda,
- elektr maydon kuchi vektori,
- magnit induksiya vektori.

O'zgaruvchan magnit maydon vorteks elektr maydonini hosil qiladi.

1862 yilda D.K. Maksvell gipotezani ilgari surdi: elektr maydoni o'zgarganda, vorteks magnit maydoni paydo bo'ladi.

Yagona elektromagnit maydon g'oyasi paydo bo'ldi.

2.8-rasm - Birlashtirilgan elektromagnit maydon.

O'zgaruvchan elektr maydoni vorteks magnit maydonini hosil qiladi.

Elektromagnit maydon- bu materiyaning maxsus shakli - elektr va magnit maydonlarining kombinatsiyasi. O'zgaruvchan elektr va magnit maydonlar bir vaqtning o'zida mavjud bo'lib, bitta elektromagnit maydon hosil qiladi. Bu material:

U dam olish va harakatlanuvchi zaryadlarda harakatda namoyon bo'ladi;

U yuqori, lekin cheklangan tezlikda tarqaladi;

U bizning xohishimiz va xohishimizdan mustaqil ravishda mavjud.

Zaryadlash tezligida, nol, faqat elektr maydoni mavjud. Doimiy zaryad tezligida elektromagnit maydon hosil bo'ladi.

Zaryadning tezlashtirilgan harakati bilan kosmosda cheklangan tezlik bilan tarqaladigan elektromagnit to'lqin chiqariladi. .

Elektromagnit to'lqinlar g'oyasini ishlab chiqish Maksvellga tegishli, ammo Faraday ularning mavjudligi haqida allaqachon bilar edi, garchi u asarni nashr etishdan qo'rqsa ham (u o'limidan 100 yildan ko'proq vaqt o'tgach o'qilgan).

Elektromagnit to'lqinning paydo bo'lishining asosiy sharti elektr zaryadlarining tezlashtirilgan harakatidir.

Elektromagnit to'lqin nima, quyidagi misolni tasavvur qilish oson. Agar siz suv yuzasiga tosh tashlasangiz, u holda sirtda aylana bo'ylab tarqaladigan to'lqinlar hosil bo'ladi. Ular o'zlarining paydo bo'lish manbasidan (bezovtalanish) ma'lum bir tarqalish tezligi bilan harakat qilishadi. Elektromagnit to'lqinlar uchun buzilishlar kosmosda harakatlanadigan elektr va magnit maydonlardir. Vaqt bo'yicha o'zgaruvchan elektromagnit maydon, albatta, o'zgaruvchan magnit maydonni keltirib chiqaradi va aksincha. Bu maydonlar o'zaro bog'langan.

Elektromagnit to'lqinlar spektrining asosiy manbai Quyosh yulduzidir. Elektromagnit to'lqinlar spektrining bir qismi inson ko'zini ko'radi. Bu spektr 380...780 nm ichida yotadi (2.1-rasm). Ko'rinadigan spektrda ko'z yorug'likni boshqacha qabul qiladi. Turli to'lqin uzunliklariga ega bo'lgan elektromagnit tebranishlar turli rangdagi yorug'lik hissini keltirib chiqaradi.

2.9-rasm - Elektromagnit to'lqinlar spektri

Elektromagnit to'lqinlar spektrining bir qismi radio va televidenie eshittirishlari va aloqalari uchun ishlatiladi. Elektromagnit to'lqinlarning manbai - tebranish sodir bo'lgan sim (antenna). elektr zaryadlari. Sim yaqinida boshlangan maydonlarni shakllantirish jarayoni asta-sekin, nuqtama-nuqta, butun makonni egallaydi. Chastota qanchalik baland o'zgaruvchan tok simdan o'tib, elektr yoki magnit maydon hosil qilsa, sim tomonidan yaratilgan ma'lum uzunlikdagi radio to'lqinlar qanchalik kuchliroq bo'ladi.

Radio(lot. radio - nurlar chiqaradi, chiqaradi ← radius - nur) - signal tashuvchisi sifatida kosmosda erkin tarqaladigan radio to'lqinlar qo'llaniladigan simsiz aloqa turi.

radio to'lqinlar(radiodan...), toʻlqin uzunligi > 500 mkm boʻlgan elektromagnit toʻlqinlar (chastota)< 6×10 12 Гц).

Radioto'lqinlar vaqt o'tishi bilan o'zgarib turadigan elektr va magnit maydonlardir. Erkin fazoda radioto'lqinlarning tarqalish tezligi 300 000 km/s. Bunga asoslanib, siz radio to'lqinining uzunligini (m) aniqlashingiz mumkin.

l=300/f, bu erda f - chastota (MGts)

Telefon orqali suhbat davomida hosil bo‘lgan havoning tovush tebranishlari mikrofon yordamida abonent uskunasiga simlar orqali uzatiladigan tovush chastotasining elektr tebranishlariga aylantiriladi. U yerda, liniyaning boshqa uchida, telefonning emitenti yordamida ular abonent tomonidan tovush sifatida qabul qilinadigan havo tebranishlariga aylanadi. Telefoniyada aloqa vositasi simlar, radioeshittirishda radioto'lqinlardir.

Har qanday radiostansiya uzatuvchisining "yuragi" generatordir - ma'lum bir radiostansiya uchun yuqori, ammo qat'iy doimiy chastotali tebranishlarni hosil qiluvchi qurilma. Kerakli quvvatga qadar kuchaytirilgan ushbu radiochastota tebranishlari antennaga kiradi va atrofdagi kosmosda aynan bir xil chastotali elektromagnit tebranishlarni - radio to'lqinlarni qo'zg'atadi. Radio to'lqinlarini radiostansiya antennasidan olib tashlash tezligi yorug'lik tezligiga teng: 300 000 km / s, bu havodagi tovush tarqalishidan deyarli million marta tezroq. Bu shuni anglatadiki, agar Moskva radioeshittirish stantsiyasida ma'lum bir vaqtda uzatuvchi yoqilgan bo'lsa, uning radio to'lqinlari Vladivostokga 1/30 sekunddan kamroq vaqt ichida etib boradi va bu vaqt ichida ovoz faqat 10-gacha tarqalishga ulgurardi. 11 m.

Radioto'lqinlar nafaqat havoda, balki yo'q joylarda, masalan, kosmosda ham tarqaladi. Bunda ular bir-biridan farq qiladi tovush to'lqinlari, buning uchun havo yoki boshqa zich muhit, masalan, suv juda zarur.

elektromagnit to'lqin kosmosda tarqaladigan elektromagnit maydon (vektorlarning tebranishlari
). Zaryad yaqinida elektr va magnit maydonlar p/2 fazali siljish bilan o'zgaradi.

2.10-rasm - Birlashtirilgan elektromagnit maydon.

Zaryaddan katta masofada elektr va magnit maydonlar fazada o'zgaradi.

2.11-rasm - Elektr va magnit maydonlarning fazadagi o'zgarishi.

Elektromagnit to'lqin ko'ndalang. Elektromagnit to'lqin tezligining yo'nalishi vektor gimlet dastagini aylantirganda o'ng vintning harakat yo'nalishiga to'g'ri keladi. vektorga .

2.12-rasm - Elektromagnit to'lqin.

Bundan tashqari, elektromagnit to'lqinda, munosabat
, bu erda c - yorug'likning vakuumdagi tezligi.

Maksvell elektromagnit to'lqinlarning energiyasi va tezligini nazariy jihatdan hisoblab chiqdi.

Shunday qilib, to'lqin energiyasi chastotaning to'rtinchi kuchiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Bu shuni anglatadiki, to'lqinni osonroq tuzatish uchun uning yuqori chastotali bo'lishi kerak.

Elektromagnit toʻlqinlar G. Gerts (1887) tomonidan kashf etilgan.

Yopiq tebranish davri elektromagnit to'lqinlarni chiqarmaydi: kondansatörning elektr maydonining barcha energiyasi bobinning magnit maydonining energiyasiga aylanadi. Tebranish chastotasi tebranish davrining parametrlari bilan belgilanadi:
.

2.13-rasm - tebranish sxemasi.

Chastotani oshirish uchun L va C ni kamaytirish kerak, ya'ni. lasanni tekis simga aylantiring va, kabi
, plitalarning maydonini kamaytiring va ularni maksimal masofaga yoying. Bu shuni ko'rsatadiki, biz to'g'ridan-to'g'ri o'tkazgichni olamiz.

Bunday qurilma Gertz vibratori deb ataladi. O'rtasi kesiladi va yuqori chastotali transformatorga ulanadi. Kichik sferik o'tkazgichlar o'rnatilgan simlarning uchlari o'rtasida elektromagnit to'lqinning manbai bo'lgan elektr uchqun otilib chiqadi. To'lqin shunday tarqaladiki, elektr maydon kuchligi vektori o'tkazgich joylashgan tekislikda tebranadi.

2.14-rasm - Gerts vibratori.

Agar bir xil o'tkazgich (antenna) emitentga parallel ravishda joylashtirilsa, undagi zaryadlar tebranadi va o'tkazgichlar orasidan zaif uchqunlar sakrab chiqadi.

Gerts elektromagnit to'lqinlarni eksperimental ravishda kashf etdi va ularning tezligini o'lchadi, bu Maksvell tomonidan hisoblangan tezlikka to'g'ri keldi va c=3 ga teng. 10 8 m/s.

O'zgaruvchan elektr maydoni o'zgaruvchan magnit maydonni hosil qiladi, bu esa o'z navbatida o'zgaruvchan elektr maydonini hosil qiladi, ya'ni maydonlardan birini qo'zg'atuvchi antenna yagona elektromagnit maydonning paydo bo'lishiga olib keladi. Bu maydonning eng muhim xususiyati shundaki, u elektromagnit to'lqinlar shaklida tarqaladi.

Yo'qotishsiz muhitda elektromagnit to'lqinlarning tarqalish tezligi muhitning nisbatan dielektrik va magnit o'tkazuvchanligiga bog'liq. Havo uchun muhitning magnit o'tkazuvchanligi birga teng, shuning uchun bu holda elektromagnit to'lqinlarning tarqalish tezligi yorug'lik tezligiga teng.

Antenna yuqori chastotali generator tomonidan quvvatlanadigan vertikal sim bo'lishi mumkin. Generator o'tkazgichdagi erkin elektronlarning harakatini tezlashtirish uchun energiya sarflaydi va bu energiya o'zgaruvchan elektromagnit maydonga, ya'ni elektromagnit to'lqinlarga aylanadi. Jeneratör oqimining chastotasi qanchalik baland bo'lsa, elektromagnit maydon tezroq o'zgaradi va to'lqin shifo kuchliroq bo'ladi.

Antenna simiga ikkala elektr maydoni ham ulangan, uning kuch chiziqlari musbat zaryad bilan boshlanadi va manfiy zaryadlarda tugaydi, shuningdek, magnit maydon, uning chiziqlari sim oqimi atrofida yopiladi. Tebranish davri qanchalik qisqa bo'lsa, bog'langan maydonlar energiyasining simga (ya'ni generatorga) qaytishi uchun kamroq vaqt qoladi va u elektromagnit to'lqinlar shaklida yanada tarqaladigan erkin maydonlarga o'tadi. Elektromagnit to'lqinlarning samarali nurlanishi to'lqin uzunligi va nurlanish simining uzunligining mutanosibligi sharoitida sodir bo'ladi.

Shunday qilib, buni aniqlash mumkin radio to'lqini- bu emitent va kanal hosil qiluvchi qurilmalar bilan bog'liq bo'lmagan, tebranish chastotasi 10 -3 dan 10 12 Gts gacha bo'lgan to'lqin shaklida kosmosda erkin tarqaladigan elektromagnit maydon.

Antennadagi elektronlarning tebranishlari davriy o'zgaruvchan EMF manbai tomonidan yaratilgan. T. Agar bir lahzada antennadagi maydon maksimal qiymatga ega bo'lsa, u bir muncha vaqt o'tgach bir xil qiymatga ega bo'ladi T. Bu vaqt ichida antennada dastlabki daqiqada mavjud bo'lgan elektromagnit maydon uzoqqa siljiydi

l = yT (1)

Maydon bir xil qiymatga ega bo'lgan fazodagi ikkita nuqta orasidagi minimal masofa deyiladi to'lqin uzunligi.(1) dan kelib chiqqan holda, to'lqin uzunligi λ uning tarqalish tezligiga va antennadagi elektronlarning tebranish davriga bog'liq. Chunki chastota joriy f = 1 / T, keyin to'lqin uzunligi λ = υ / f .

Radioaloqa quyidagi asosiy qismlarni o'z ichiga oladi:

Transmitter

Qabul qiluvchi

Radioto'lqinlar tarqaladigan muhit.

Transmitter va qabul qilgich radio aloqasining boshqariladigan elementlari hisoblanadi, chunki uzatuvchi quvvatini oshirish, yanada samarali antennani ulash va qabul qilgichning sezgirligini oshirish mumkin. Vositachi radio aloqaning boshqarilmaydigan elementidir.

Radioaloqa liniyasi va simli liniyalar o'rtasidagi farq shundaki, simli liniyalar boshqariladigan elementlar bo'lgan (siz ularning elektr parametrlarini o'zgartirishingiz mumkin) birlashtiruvchi aloqa sifatida simlar yoki kabellardan foydalanadi.

Elektromagnit to'lqinlar, fizikaga ko'ra, eng sirli hisoblanadi. Ularda energiya aslida hech qayerga yo'qoladi, yo'q joydan paydo bo'ladi. Hamma fanda boshqa shunga o'xshash ob'ekt yo'q. Bu mo''jizaviy o'zgarishlar qanday sodir bo'ladi?

Maksvell elektrodinamiği

Hammasi 1865 yilda olim Maksvell Faraday ishiga tayanib, elektromagnit maydon tenglamasini yaratganligidan boshlandi. Maksvellning o'zi uning tenglamalari efirdagi to'lqinlarning burilish va kuchlanishini tasvirlaganiga ishongan. Yigirma uch yil o'tgach, Gerts muhitda shunday tebranishlarni eksperimental tarzda yaratdi va ularni nafaqat elektrodinamika tenglamalari bilan moslashtirishga, balki bu buzilishlarning tarqalishini tartibga soluvchi qonuniyatlarni olishga ham muvaffaq bo'ldi. Elektromagnit xarakterga ega bo'lgan har qanday buzilishlarni Gerts to'lqinlari deb e'lon qilish uchun qiziq tendentsiya paydo bo'ldi. Biroq, bu nurlanishlar energiya uzatishni amalga oshirishning yagona usuli emas.

Simsiz ulanish

Bugungi kunga qadar variantlari Bunday simsiz aloqani amalga oshirish quyidagilarni o'z ichiga oladi:

Kapasitiv deb ham ataladigan elektrostatik birikma;

induksiya;

oqim;

Tesla aloqasi, ya'ni elektron zichlik to'lqinlarining o'tkazuvchan yuzalar bo'ylab ulanishi;

Elektromagnit to'lqinlar deb ataladigan eng keng tarqalgan tashuvchilarning eng keng doirasi - ultra past chastotalardan gamma nurlanishgacha.

Ushbu turdagi ulanishlarni batafsilroq ko'rib chiqishga arziydi.

Elektrostatik bog'lanish

Ikki dipol kosmosdagi bog'langan elektr kuchlari bo'lib, bu Kulon qonunining natijasidir. Elektromagnit to'lqinlardan berilgan tur aloqa dipollarni bir xil chiziqda joylashganida ulash qobiliyati bilan ajralib turadi. Masofa ortib borishi bilan ulanishning kuchi susayadi va turli shovqinlarning kuchli ta'siri ham kuzatiladi.

induktiv birikma

Induktivlikning magnit adashgan maydonlariga asoslangan. Induktivlikka ega bo'lgan jismlar orasida kuzatiladi. Qisqa masofali harakatlar tufayli uning qo'llanilishi juda cheklangan.

Joriy ulanish

O'tkazuvchi muhitda oqimlarning yoyilishi tufayli ma'lum bir o'zaro ta'sir sodir bo'lishi mumkin. Agar oqimlar terminallar (bir juft kontaktlar) orqali o'tkazilsa, u holda xuddi shu oqimlar kontaktlardan ancha uzoqda aniqlanishi mumkin. Bu oqim tarqalishining ta'siri deb ataladi.

Tesla aloqasi

Mashhur fizik Nikola Tesla o'tkazuvchan sirtdagi to'lqinlar yordamida aloqani ixtiro qildi. Agar samolyotning biron bir joyida zaryad tashuvchining zichligi buzilgan bo'lsa, u holda bu tashuvchilar harakatlana boshlaydi, bu esa muvozanatni tiklashga moyil bo'ladi. Tashuvchilar inertial xususiyatga ega bo'lganligi sababli, tiklanish to'lqin xarakteriga ega.

Elektromagnit ulanish

Elektromagnit to'lqinlarning nurlanishi juda katta uzoq masofali ta'siri bilan ajralib turadi, chunki ularning amplitudasi manbagacha bo'lgan masofaga teskari proportsionaldir. Aynan shu simsiz aloqa usuli eng keng tarqalgan. Ammo elektromagnit to'lqinlar nima? Avval siz ularning kashfiyot tarixiga qisqacha to'xtalib o'tishingiz kerak.

Elektromagnit to'lqinlar qanday "paydo bo'ldi"?

Hammasi 1829-yilda, amerikalik fizik Genri Leyden idishlari bilan o‘tkazgan tajribalarida elektr razryadlarida buzilishlarni aniqlagandan keyin boshlangan. 1832 yilda fizik Faraday elektromagnit to'lqinlar kabi jarayonning mavjudligini taklif qildi. Maksvell 1865 yilda o'zining mashhur elektromagnetizm tenglamalarini yaratdi. O'n to'qqizinchi asrning oxirida elektrostatik va yordamida simsiz aloqa yaratish uchun ko'plab muvaffaqiyatli urinishlar bo'ldi elektromagnit induksiya. Mashhur ixtirochi Edison yo'lovchilarga ruxsat beruvchi tizimni o'ylab topdi temir yo'l poyezd harakatlanayotganda telegramma jo‘natish va qabul qilish. 1888 yilda G. Gerts elektromagnit to'lqinlar vibrator deb ataladigan asbob yordamida paydo bo'lishini aniq isbotladi. Hertz elektromagnit signalni masofaga uzatish bo'yicha tajriba o'tkazdi. 1890 yilda fransuz muhandisi va fizigi Branli elektromagnit nurlanishni qayd qiluvchi qurilma ixtiro qildi. Keyinchalik, bu qurilma "radio o'tkazgich" (koherer) deb nomlangan. 1891-1893 yillarda Nikola Tesla uzoq masofalarga signal uzatishni amalga oshirishning asosiy tamoyillarini tasvirlab berdi va elektromagnit to'lqinlar manbai bo'lgan mast antennasini patentladi. To'lqinlarni o'rganish va ularni ishlab chiqarish va qo'llashni texnik jihatdan amalga oshirishdagi keyingi xizmatlari Popov, Markoni, de Maur, Lodj, Mirxed va boshqalar kabi mashhur fizik va ixtirochilarga tegishli.

"Elektromagnit to'lqin" tushunchasi

Elektromagnit to'lqin fazoda ma'lum bir chekli tezlik bilan tarqaladigan va o'zgaruvchan elektr va magnit maydon bo'lgan hodisadir. Magnit va elektr maydonlari bir-biri bilan uzviy bog'liq bo'lganligi sababli ular elektromagnit maydon hosil qiladi. Yana shuni aytish mumkinki, elektromagnit to'lqin maydonning tebranishi bo'lib, uning tarqalishi jarayonida magnit maydon ega bo'lgan energiya Maksvell elektrodinamikasiga ko'ra elektr maydon energiyasiga aylanadi va aksincha. Tashqi tomondan, bu har qanday boshqa muhitda boshqa har qanday to'lqinning tarqalishiga o'xshaydi, ammo sezilarli farqlar ham mavjud.

Elektromagnit to'lqinlar va boshqalar o'rtasidagi farq nima?

Elektromagnit to'lqinlarning energiyasi juda tushunarsiz muhitda tarqaladi. Ushbu va boshqa to'lqinlarni solishtirish uchun qanday tarqalish muhitini tushunish kerak savol ostida. Atom ichidagi bo'shliq elektr efir - mutlaq dielektrik bo'lgan o'ziga xos muhit bilan to'ldirilgan deb taxmin qilinadi. Tarqalish paytidagi barcha to'lqinlar kinetik energiyaning potentsial energiyaga o'tishini va aksincha. Shu bilan birga, bu energiyalar bir-biriga nisbatan vaqt va makon bo'yicha maksimalni to'rtdan biriga o'zgartirdi to'liq davr to'lqinlar. Bu holda, o'rtacha to'lqin energiyasi, potentsial yig'indisi bo'lgan va kinetik energiya doimiy hisoblanadi. Ammo elektromagnit to'lqinlar bilan vaziyat boshqacha. Magnit va elektr maydonlarining energiyalari bir vaqtning o'zida maksimal qiymatlarga etadi.

Elektromagnit to'lqin qanday hosil bo'ladi?

Elektromagnit to'lqinning moddasi elektr maydoni (efir). Harakatlanuvchi maydon tuzilgan bo'lib, uning harakati energiyasidan va maydonning elektr energiyasidan iborat. Shunung uchun potentsial energiya kinetik va in-faza bilan bog'liq to'lqinlar. Elektromagnit to'lqinning tabiati - bu holatda bo'lgan davriy elektr maydoni oldinga harakat kosmosda va bilan harakat qilish yorug'lik tezligi.

Siqilish oqimlari

Elektromagnit to'lqinlar nima ekanligini tushuntirishning yana bir usuli bor. Efirda bir jinsli bo'lmagan elektr maydonlari harakati paytida siljish oqimlari paydo bo'ladi deb taxmin qilinadi. Ular, albatta, faqat statsionar tashqi kuzatuvchi uchun paydo bo'ladi. Elektr maydonining kuchi kabi parametr maksimal darajaga etganda, kosmosning ma'lum bir nuqtasida siljish oqimi to'xtaydi. Shunga ko'ra, minimal kuchlanishda teskari rasm olinadi. Ushbu yondashuv to'lqin tabiatini aniqlaydi elektromagnit nurlanish, chunki elektr maydonining energiyasi siljish oqimlariga nisbatan davrning to'rtdan bir qismiga siljiydi. Shunda biz aytishimiz mumkinki, elektr buzilish, to'g'rirog'i, buzilish energiyasi, siljish oqimining energiyasiga aylanadi va aksincha, dielektrik muhitda to'lqinli tarzda tarqaladi.