Varje gång en elektrisk ström ändrar sin frekvens eller riktning, genererar den elektromagnetiska vågor - svängningar av elektriska och magnetiska kraftfält i rymden. Ett exempel är den föränderliga strömmen i antennen på en radiosändare, som skapar ringar av radiovågor som fortplantar sig i rymden.

Energin hos en elektromagnetisk våg beror på dess längd - avståndet mellan två intilliggande "toppar". Ju kortare våglängd, desto högre energi. I fallande ordning efter längd delas elektromagnetiska vågor in i radiovågor, infraröd strålning, synligt ljus, ultraviolett, röntgenstrålning och gammastrålning. Gammastrålningens våglängd når inte ens hundra miljarddels meter, medan radiovågor kan ha en längd mätt i kilometer.

Elektromagnetiska vågor fortplantas i rymden med ljusets hastighet, och kraftlinjerna för deras elektriska och magnetiska fält är belägna i rät vinkel mot varandra och mot vågens rörelseriktning.

Elektromagnetiska vågor stråla ut i gradvis vidgare cirklar från sändarantennen på en tvåvägsradiostation, på samma sätt som vågor gör när en sten faller i en damm. Den elektriska växelströmmen i antennen skapar vågor som består av elektriska och magnetiska fält.

Elektromagnetisk vågkrets

En elektromagnetisk våg färdas i en rak linje, och dess elektriska och magnetiska fält är vinkelräta mot energiflödet.

Refraktion av elektromagnetiska vågor

Precis som ljus bryts alla elektromagnetiska vågor när de kommer in i materia i någon annan vinkel än räta vinklar.

Reflektion av elektromagnetiska vågor

Om elektromagnetiska vågor faller på en metallparabolisk yta fokuseras de på en punkt.

Uppkomsten av elektromagnetiska vågor

det falska mönstret av elektromagnetiska vågor som utgår från en sändarantenn uppstår från en enda oscillation av elektrisk ström. När ström flyter upp genom antennen riktas det elektriska fältet (röda linjer) uppifrån och ned och magnetfältet (gröna linjer) riktas moturs. Om strömmen ändrar riktning händer samma sak med de elektriska och magnetiska fälten.

Vladimir regionalt
industriell - kommersiell
lyceum

abstrakt

Elektromagnetiska vågor

Avslutad:
elev 11 "B" klass
Lvov Mikhail
Kontrollerade:

Vladimir 2001

Planen

1. Inledning ………………………………………………………… 3

2. Begreppet en våg och dess egenskaper………………………………… 4

3. Elektromagnetiska vågor……………………………………………… 5

4. Experimentellt bevis på existens
elektromagnetiska vågor………………………………………………………………6

5. Fluxtäthet för elektromagnetisk strålning…………. 7

6. Uppfinning av radio………………………………………………….… 9

7. Egenskaper hos elektromagnetiska vågor…………………………………10

8. Modulering och detektion……………………………………… 10

9. Typer av radiovågor och deras fördelning………………………… 13

Introduktion

Vågprocesser är extremt utbredda i naturen. Det finns två typer av vågor i naturen: mekaniska och elektromagnetiska. Mekaniska vågor utbreder sig i materia: gas, vätska eller fast. Elektromagnetiska vågor kräver inget ämne för att spridas, vilket inkluderar radiovågor och ljus. Ett elektromagnetiskt fält kan existera i ett vakuum, det vill säga i ett utrymme som inte innehåller atomer. Trots den betydande skillnaden mellan elektromagnetiska vågor och mekaniska vågor, beter sig elektromagnetiska vågor på samma sätt som mekaniska vågor under deras utbredning. Men precis som svängningar beskrivs alla typer av vågor kvantitativt av samma eller nästan identiska lagar. I mitt arbete kommer jag att försöka överväga orsakerna till förekomsten av elektromagnetiska vågor, deras egenskaper och tillämpning i våra liv.

Begreppet en våg och dess egenskaper

Vinka kallas vibrationer som fortplantar sig i rymden över tid.

Den viktigaste egenskapen hos en våg är dess hastighet. Vågor av vilken natur som helst sprider sig inte genom rymden omedelbart. Deras hastighet är begränsad.

När en mekanisk våg utbreder sig överförs rörelse från en del av kroppen till en annan. Förknippat med överföring av rörelse är överföring av energi. Den huvudsakliga egenskapen för alla vågor, oavsett deras natur, är att de överför anergi utan att överföra materia. Energin kommer från en källa som exciterar vibrationer i början av en sladd, snöre etc. och sprider sig tillsammans med vågen. Energi flödar kontinuerligt genom alla tvärsnitt. Denna energi består av den kinetiska energin för rörelse av sektioner av sladden och den potentiella energin för dess elastiska deformation. Den gradvisa minskningen av svängningarnas amplitud när vågen utbreder sig är associerad med omvandlingen av en del av den mekaniska energin till intern energi.

Om du får änden av en sträckt gummisnöre att vibrera harmoniskt med en viss frekvens v, så kommer dessa vibrationer att börja fortplanta sig längs sladden. Vibrationer i valfri sektion av sladden uppträder med samma frekvens och amplitud som vibrationerna i änden av sladden. Men endast dessa svängningar är fasförskjutna i förhållande till varandra. Sådana vågor kallas enfärgad.

Om fasförskjutningen mellan svängningarna i två punkter på sladden är lika med 2n, så svänger dessa punkter exakt likadant: trots allt, cos(2lvt+2l) = =сos2пvt. Sådana svängningar kallas i fas(förekommer i samma faser).

Avståndet mellan punkter närmast varandra som svänger i samma faser kallas våglängden.

Samband mellan våglängd λ, frekvens v och våghastighet c. Under en svängningsperiod utbreder sig vågen över ett avstånd λ. Därför bestäms dess hastighet av formeln

Sedan perioden T och frekvensen v är relaterade till förhållandet T = 1 / v

Vågens hastighet är lika med produkten av våglängden och oscillationsfrekvensen.

Elektromagnetiska vågor

Låt oss nu gå vidare till att överväga elektromagnetiska vågor direkt.

De grundläggande naturlagarna kan avslöja mycket mer än vad som finns i de fakta som de härrör från. En av dessa är elektromagnetismens lagar upptäckt av Maxwell.

Bland de otaliga, mycket intressanta och viktiga konsekvenser som härrör från Maxwells lagar för det elektromagnetiska fältet, förtjänar en särskild uppmärksamhet. Detta är slutsatsen att elektromagnetisk interaktion utbreder sig med en begränsad hastighet.

Enligt teorin om kortdistansverkan ändrar en laddning det elektriska fältet nära den. Detta elektriska växelfält genererar ett växelmagnetiskt fält i närliggande områden i rymden. Ett växelmagnetiskt fält genererar i sin tur ett växlande elektriskt fält osv.

Laddningens rörelse orsakar alltså en "burst" av det elektromagnetiska fältet, som sprider sig och täcker allt större områden i det omgivande rummet.

Maxwell bevisade matematiskt att fortplantningshastigheten för denna process är lika med ljusets hastighet i vakuum.

Föreställ dig att en elektrisk laddning inte bara har skiftat från en punkt till en annan, utan sätts i snabba svängningar längs en viss rät linje. Då kommer det elektriska fältet i laddningens omedelbara närhet att börja förändras med jämna mellanrum. Perioden för dessa förändringar kommer uppenbarligen att vara lika med perioden för laddningssvängningar. Ett växlande elektriskt fält kommer att generera ett periodiskt föränderligt magnetfält, och det senare kommer i sin tur att orsaka uppkomsten av ett växelande elektriskt fält på ett större avstånd från laddningen, etc.

Vid varje punkt i rymden förändras elektriska och magnetiska fält periodiskt i tiden. Ju längre en punkt ligger från laddningen, desto senare når fältsvängningarna den. Följaktligen, på olika avstånd från laddningen, uppstår svängningar med olika faser.

Riktningarna för de oscillerande vektorerna för elektrisk fältstyrka och magnetfältsinduktion är vinkelräta mot riktningen för vågutbredning.

En elektromagnetisk våg är tvärgående.

Elektromagnetiska vågor emitteras av oscillerande laddningar. Det är viktigt att rörelsehastigheten för sådana laddningar ändras med tiden, d.v.s. att de rör sig med acceleration. Närvaron av acceleration är huvudvillkoret för emission av elektromagnetiska vågor. Det elektromagnetiska fältet sänds ut på ett märkbart sätt, inte bara när laddningen svänger, utan också under alla snabba förändringar i dess hastighet. Ju större acceleration med vilken laddningen rör sig, desto större intensitet har den emitterade vågen.

Maxwell var djupt övertygad om verkligheten av elektromagnetiska vågor. Men han levde inte för att se deras experimentella upptäckt. Bara 10 år efter hans död erhölls elektromagnetiska vågor experimentellt av Hertz.

Experimentellt bevis på existens

elektromagnetiska vågor

Elektromagnetiska vågor är inte synliga, till skillnad från mekaniska vågor, men hur upptäcktes de då? För att svara på denna fråga, överväga experimenten med Hertz.

En elektromagnetisk våg bildas på grund av den ömsesidiga kopplingen av alternerande elektriska och magnetiska fält. Att ändra ett fält gör att ett annat visas. Som bekant, ju snabbare den magnetiska induktionen förändras över tiden, desto större blir intensiteten av det resulterande elektriska fältet. Och i sin tur, ju snabbare den elektriska fältstyrkan ändras, desto större blir den magnetiska induktionen.

För att generera intensiva elektromagnetiska vågor är det nödvändigt att skapa elektromagnetiska oscillationer med tillräckligt hög frekvens.

Högfrekventa svängningar kan erhållas med en oscillerande krets. Svängningsfrekvensen är 1/ √ LC. Härifrån kan man se att ju mindre induktans och kapacitans kretsen har, desto större blir den.

För att producera elektromagnetiska vågor använde G. Hertz en enkel anordning, nu kallad en Hertz-vibrator.

Denna enhet är en öppen oscillerande krets.

Du kan flytta till en öppen krets från en sluten krets om du gradvis flyttar isär kondensatorplattorna, minskar deras yta och samtidigt minskar antalet varv i spolen. I slutändan blir det bara en rak tråd. Detta är en öppen oscillerande krets. Kapacitansen och induktansen för Hertz-vibratorn är små. Därför är oscillationsfrekvensen mycket hög.

I en öppen krets är laddningarna inte koncentrerade i ändarna, utan fördelas över hela ledaren. Strömmen vid ett givet ögonblick i alla sektioner av ledaren är riktade i samma riktning, men strömstyrkan är inte densamma i olika sektioner av ledaren. I ändarna är den noll, och i mitten når den ett maximum (i vanliga växelströmskretsar är strömstyrkan i alla sektioner vid ett givet ögonblick i tiden densamma.) Det elektromagnetiska fältet täcker också hela utrymmet nära kretsen .

Hertz tog emot elektromagnetiska vågor genom att excitera en serie pulser av snabbt växelström i en vibrator som använder en högspänningskälla. Oscillationer av elektriska laddningar i en vibrator skapar en elektromagnetisk våg. Endast svängningarna i vibratorn utförs inte av en laddad partikel, utan av ett stort antal elektroner som rör sig samtidigt. I en elektromagnetisk våg är vektorerna E och B vinkelräta mot varandra. Vektor E ligger i planet som passerar genom vibratorn, och vektor B är vinkelrät mot detta plan. Vågorna emitteras med maximal intensitet i riktningen vinkelrät mot vibratoraxeln. Ingen strålning förekommer längs axeln.

Elektromagnetiska vågor registrerades av Hertz med hjälp av en mottagande vibrator (resonator), som är samma enhet som den emitterande vibratorn. Under påverkan av ett växlande elektriskt fält av en elektromagnetisk våg exciteras strömsvängningar i den mottagande vibratorn. Om den mottagande vibratorns naturliga frekvens sammanfaller med den elektromagnetiska vågens frekvens, observeras resonans. Oscillationer i resonatorn uppstår med stor amplitud när den är placerad parallellt med den utstrålande vibratorn. Hertz upptäckte dessa vibrationer genom att observera gnistor i ett mycket litet gap mellan ledarna i den mottagande vibratorn. Hertz tog inte bara emot elektromagnetiska vågor, utan upptäckte också att de beter sig som andra typer av vågor.

Genom att beräkna den naturliga frekvensen för vibratorns elektromagnetiska svängningar. Hertz kunde bestämma hastigheten för en elektromagnetisk våg med formeln c = λ v . Det visade sig vara ungefär lika med ljusets hastighet: c = 300 000 km/s. Hertz experiment bekräftade på ett briljant sätt Maxwells förutsägelser.

Elektromagnetisk strålningsflödestäthet

Låt oss nu gå vidare till att överväga egenskaperna och egenskaperna hos elektromagnetiska vågor. En av egenskaperna hos elektromagnetiska vågor är tätheten av elektromagnetisk strålning.

Betrakta en yta av area S genom vilken elektromagnetiska vågor överför energi.

Fluxtätheten för elektromagnetisk strålning I är förhållandet mellan den elektromagnetiska energin W som passerar under tiden t genom en yta med area S vinkelrät mot strålarna till produkten av area S och tiden t.

Strålningsflödestätheten i SI uttrycks i watt per kvadratmeter (W/m2). Denna mängd kallas ibland för vågintensitet.

Efter en serie transformationer får vi att I = w c.

d.v.s. strålningsflödestätheten är lika med produkten av den elektromagnetiska energidensiteten och hastigheten för dess utbredning.

Vi har mer än en gång stött på idealiseringen av verkliga källor till acceptans inom fysiken: en materiell punkt, en ideal gas, etc. Här kommer vi att möta en annan.

En strålkälla anses punktliknande om dess dimensioner är mycket mindre än det avstånd vid vilket dess effekt bedöms. Dessutom antas det att en sådan källa skickar elektromagnetiska vågor i alla riktningar med samma intensitet.

Låt oss överväga beroendet av strålningsflödestätheten på avståndet till källan.

Energin som bärs av elektromagnetiska vågor fördelas över en större och större yta över tiden. Därför minskar energin som överförs genom en enhetsarea per tidsenhet, dvs. strålningsflödestätheten, med avståndet från källan. Du kan ta reda på beroendet av strålningsflödestätheten på avståndet till källan genom att placera en punktkälla i mitten av en sfär med en radie R. sfärens yta S= 4 n R^2. Om vi ​​antar att källan avger energi W i alla riktningar under tiden t

Strålningsflödestätheten från en punktkälla minskar i omvänd proportion till kvadraten på avståndet till källan.

Tänk nu på beroendet av strålningsflödestätheten på frekvensen. Som bekant sker emissionen av elektromagnetiska vågor under den accelererade rörelsen av laddade partiklar. Den elektriska fältstyrkan och magnetiska induktionen av en elektromagnetisk våg är proportionell mot accelerationen A utstrålande partiklar. Accelerationen under harmoniska vibrationer är proportionell mot kvadraten på frekvensen. Därför är den elektriska fältstyrkan och den magnetiska induktionen proportionella mot kvadraten på frekvensen

Energitätheten för det elektriska fältet är proportionell mot kvadraten på fältstyrkan. Magnetfältets energi är proportionell mot kvadraten på den magnetiska induktionen. Den totala energitätheten för det elektromagnetiska fältet är lika med summan av energitätheten för de elektriska och magnetiska fälten. Därför är strålningsflödestätheten proportionell mot: (E^2+B^2). Härifrån får vi att I är proportionell mot w^4.

Strålningsflödestätheten är proportionell mot frekvensens fjärde potens.

Radions uppfinning

Hertz experiment intresserade fysiker runt om i världen. Forskare började leta efter sätt att förbättra sändaren och mottagaren av elektromagnetiska vågor. I Ryssland var Alexander Stepanovich Popov, lärare i officerskurser i Kronstadt, en av de första som studerade elektromagnetiska vågor.

A. S. Popov använde en koherer som en del som direkt "känner av" elektromagnetiska vågor. Denna enhet är ett glasrör med två elektroder. Röret innehåller små metallspån. Driften av enheten är baserad på effekten av elektriska urladdningar på metallpulver. Under normala förhållanden har koheraren hög motståndskraft eftersom sågspånet har dålig kontakt med varandra. Den ankommande elektromagnetiska vågen skapar en högfrekvent växelström i koherern. De minsta gnistorna hoppar mellan sågspånet, som sintrar sågspånet. Som ett resultat sjunker sammanhängarens motstånd kraftigt (i A.S. Popovs experiment från 100 000 till 1000-500 Ohm, dvs. 100-200 gånger). Du kan återställa enheten till högt motstånd igen genom att skaka den. För att säkerställa den automatiska mottagningen som krävs för trådlös kommunikation, använde A. S. Popov en klocka för att skaka coherer efter att ha tagit emot signalen. Den elektriska klockkretsen stängdes med ett känsligt relä när den elektromagnetiska vågen anlände. När vågen togs emot slutade driften av klockan omedelbart, eftersom klockhammaren träffade inte bara klockkoppen utan också sammanhängaren. Med den sista skakningen av koherern var apparaten redo att ta emot en ny våg.

För att öka enhetens känslighet jordade A. S. Popov en av kohererterminalerna och kopplade den andra till en högt upphöjd tråd, vilket skapade den första mottagningsantennen för trådlös kommunikation. Jordning förvandlar den ledande ytan av jorden till en del av en öppen oscillerande krets, vilket ökar mottagningsområdet.

Även om moderna radiomottagare har mycket liten likhet med A. S. Popovs mottagare, är de grundläggande principerna för deras funktion desamma som i hans enhet. En modern mottagare har också en antenn där den inkommande vågen producerar mycket svaga elektromagnetiska svängningar. Som i A. S. Popovs mottagare används inte energin för dessa svängningar direkt för mottagning. Svaga signaler styr bara energikällorna som driver efterföljande kretsar. Nuförtiden utförs sådan kontroll med hjälp av halvledaranordningar.

Den 7 maj 1895, vid ett möte i det ryska fysisk-kemiska sällskapet i St. Petersburg, demonstrerade A. S. Popov driften av sin apparat, som i själva verket var världens första radiomottagare. Den 7 maj blev radions födelsedag.

Egenskaper hos elektromagnetiska vågor

Moderna radiotekniska enheter gör det möjligt att utföra mycket visuella experiment för att observera egenskaperna hos elektromagnetiska vågor. I det här fallet är det bäst att använda centimetervågor. Dessa vågor emitteras av en speciell ultrahögfrekvent (mikrovågs)generator. Generatorns elektriska svängningar moduleras av ljudfrekvens. Den mottagna signalen, efter detektering, skickas till högtalaren.

Jag kommer inte att beskriva genomförandet av alla experiment, utan kommer att fokusera på de viktigaste.

1. Dielektrikum kan absorbera elektromagnetiska vågor.

2. Vissa ämnen (till exempel metall) kan absorbera elektromagnetiska vågor.

3. Elektromagnetiska vågor kan ändra sin riktning vid den dielektriska gränsen.

4. Elektromagnetiska vågor är tvärgående vågor. Detta betyder att vektorerna E och B för vågens elektromagnetiska fält är vinkelräta mot riktningen för dess utbredning.

Modulering och detektion

Det har gått en tid sedan Popovs uppfinning av radio, då man ville överföra tal och musik istället för telegrafsignaler bestående av korta och långa signaler. Det var så radiotelefonkommunikation uppfanns. Låt oss överväga de grundläggande principerna för hur en sådan anslutning fungerar.

I radiotelefonkommunikation omvandlas lufttrycksfluktuationer i en ljudvåg av en mikrofon till elektriska vibrationer av samma form. Det verkar som om dessa vibrationer förstärks och matas in i en antenn, kommer det att vara möjligt att överföra tal och musik över ett avstånd med hjälp av elektromagnetiska vågor. Men i verkligheten är denna metod för överföring inte genomförbar. Faktum är att ljudvibrationerna för den nya frekvensen är relativt långsamma vibrationer, och elektromagnetiska vågor med låga (ljud) frekvenser sänds nästan inte ut alls. För att övervinna detta hinder utvecklades modulering och detektering kommer att diskuteras i detalj.

Modulation. För att utföra radiotelefonkommunikation är det nödvändigt att använda högfrekventa svängningar som sänds ut intensivt av antennen. Odämpade övertonssvängningar med hög frekvens alstras av en generator, till exempel en transistorgenerator.

För att överföra ljud ändras dessa högfrekventa vibrationer, eller som man säger, modulerade, med hjälp av lågfrekventa (ljud) elektriska vibrationer. Det är till exempel möjligt att ändra amplituden för högfrekventa svängningar med ljudfrekvensen. Denna metod kallas amplitudmodulering.

en graf över svängningar av en hög frekvens, som kallas bärvågsfrekvensen;

b) en graf över ljudfrekvensoscillationer, dvs moduleringsoscillationer;

c) graf över amplitudmodulerade svängningar.

Utan modulering kan vi i bästa fall styra om stationen fungerar eller är tyst. Utan modulering finns det ingen telegraf-, telefon- eller tv-sändning.

Amplitudmodulering av högfrekventa oscillationer uppnås genom speciell verkan på generatorn av kontinuerliga svängningar. I synnerhet kan modulering åstadkommas genom att ändra spänningen som genereras av källan på den oscillerande kretsen. Ju högre spänning generatorkretsen har, desto mer energi flödar från källan in i kretsen per period. Detta leder till en ökning av amplituden av svängningar i kretsen. När spänningen minskar, minskar också energin som kommer in i kretsen. Därför minskar amplituden av svängningar i kretsen.

I den enklaste anordningen för att implementera amplitudmodulering är en extra källa för lågfrekvent växelspänning kopplad i serie med en konstant spänningskälla. Denna källa kan till exempel vara sekundärlindningen av en transformator om ljudfrekvensström flyter genom dess primärlindning. Som ett resultat kommer amplituden av svängningar i generatorns oscillerande krets att förändras med tiden med förändringar i spänningen på transistorn. Detta innebär att högfrekventa oscillationer moduleras i amplitud av en lågfrekvent signal.

Förutom amplitudmodulering används i vissa fall frekvensmodulering - ändring av oscillationsfrekvensen i enlighet med styrsignalen. Dess fördel är dess större motstånd mot störningar.

Upptäckt. I mottagaren separeras lågfrekventa oscillationer från modulerade högfrekventa svängningar. Denna signalomvandlingsprocess kallas detektion.

Signalen som erhålls som ett resultat av detektering motsvarar ljudsignalen som verkade på sändarmikrofonen. När de väl har förstärkts kan lågfrekventa vibrationer omvandlas till ljud.

Den modulerade högfrekventa signalen som tas emot av mottagaren, även efter förstärkning, kan inte direkt orsaka vibrationer i membranet på en telefon eller ett högtalarhorn med en ljudfrekvens. Det kan bara orsaka högfrekventa vibrationer som inte uppfattas av våra öron. Därför är det i mottagaren först nödvändigt att isolera en ljudfrekvenssignal från högfrekventa modulerade oscillationer.

Detektering utförs av en enhet som innehåller ett element med envägsledningsförmåga - en detektor. Ett sådant element kan vara ett elektronrör (vakuumdiod) eller en halvledardiod.

Låt oss överväga driften av en halvledardetektor. Låt denna enhet anslutas i serie med en källa för modulerade svängningar och en last. Strömmen i kretsen kommer att flyta övervägande i en riktning.

En pulserande ström kommer att flyta i kretsen. Denna krusningsström utjämnas med hjälp av ett filter. Det enklaste filtret är en kondensator ansluten till lasten.

Filtret fungerar så här. I de ögonblick då dioden passerar ström passerar en del av den genom lasten och den andra delen förgrenar sig in i kondensatorn och laddar den. Strömfläkt minskar rippelströmmen som passerar genom lasten. Men i intervallet mellan pulserna, när dioden är stängd, urladdas kondensatorn delvis genom belastningen.

Därför, i intervallet mellan pulserna, flyter strömmen genom lasten i samma riktning. Varje ny puls laddar kondensatorn. Som ett resultat flyter en ljudfrekvensström genom belastningen, vars vågform nästan exakt återger formen på den lågfrekventa signalen vid sändningsstationen.

Typer av radiovågor och deras fördelning

Vi har redan undersökt de grundläggande egenskaperna hos elektromagnetiska vågor, deras tillämpning i radio och bildandet av radiovågor. Låt oss nu bekanta oss med typerna av radiovågor och deras utbredning.

Jordytans form och fysiska egenskaper, liksom atmosfärens tillstånd, påverkar i hög grad utbredningen av radiovågor.

Lager av joniserad gas i de övre delarna av atmosfären på en höjd av 100-300 km över jordens yta har ett särskilt betydande inflytande på utbredningen av radiovågor. Dessa lager kallas jonosfären. Jonisering av luften i de övre lagren av atmosfären orsakas av elektromagnetisk strålning från solen och flödet av laddade partiklar som sänds ut av den.

Genom att leda elektrisk ström reflekterar jonosfären radiovågor med våglängder > 10 m, som en vanlig metallplatta. Men jonosfärens förmåga att reflektera och absorbera radiovågor varierar avsevärt beroende på tid på dygnet och årstider.

Stabil radiokommunikation mellan avlägsna punkter på jordens yta bortom siktlinjen är möjlig på grund av reflektion av vågor från jonosfären och radiovågornas förmåga att böja sig runt den konvexa jordytan. Denna böjning är mer uttalad ju längre våglängden är. Därför är radiokommunikation över långa avstånd på grund av att vågorna böjer sig runt jorden endast möjlig med våglängder som avsevärt överstiger 100 m ( medellånga och långa vågor)

Korta vågor(våglängdsområde från 10 till 100 m) sprider sig över långa avstånd endast på grund av flera reflektioner från jonosfären och jordens yta. Det är med hjälp av korta vågor som radiokommunikation kan utföras på valfritt avstånd mellan radiostationer på jorden.

Ultrakorta radiovågor (λ <10 м) проникают сквозь ионосферу и почти не огибают поверхность Земли. Поэтому они используются для радиосвязи между пунктами в пределах прямой видимости, а также для связи с космическими кораб­лями.

Låt oss nu titta på en annan tillämpning av radiovågor. Det här är radar.

Detektering och exakt lokalisering av objekt med hjälp av radiovågor kallas radar. Radarinstallation - radar(eller radar) - består av sändande och mottagande delar. Radar använder ultrahögfrekventa elektriska svängningar. En kraftfull mikrovågsgenerator är ansluten till en antenn som avger en starkt riktad våg. Den skarpa riktningen av strålningen erhålls på grund av tillsatsen av vågor. Antennen är utformad på ett sådant sätt att vågorna som skickas av var och en av vibratorerna, när de läggs till, ömsesidigt förstärker varandra endast i en given riktning. I andra riktningar, när vågor läggs till, uppstår deras fullständiga eller partiella ömsesidiga annullering.

Den reflekterade vågen fångas upp av samma emitterande antenn eller en annan, också starkt riktad mottagningsantenn.

För att bestämma avståndet till målet används ett pulserande strålningsläge. Sändaren avger vågor i korta skurar. Varaktigheten av varje puls är miljondelar av en sekund, och intervallet mellan pulserna är ungefär 1000 gånger längre. Under pauser tas reflekterade vågor emot.

Avståndet bestäms genom att mäta den totala färdtiden för radiovågor till målet och tillbaka. Eftersom hastigheten för radiovågor c = 3*10 8 m/s i atmosfären är nästan konstant, så är R = ct/2.

Ett katodstrålerör används för att registrera de sända och reflekterade signalerna.

Radiovågor används inte bara för att överföra ljud, utan också för att överföra bilder (tv).

Principen för att överföra bilder över ett avstånd är följande. Vid sändningsstationen omvandlas bilden till en sekvens av elektriska signaler. Dessa signaler moduleras sedan av oscillationer som genereras av en högfrekvensgenerator. En modulerad elektromagnetisk våg bär information över långa avstånd. Den omvända omvandlingen utförs vid mottagaren. Högfrekvensmodulerade oscillationer detekteras och den resulterande signalen omvandlas till en synlig bild. För att överföra rörelse använder de bioprincipen: lite olika bilder av ett rörligt föremål (ramar) sänds dussintals gånger per sekund (i vår tv 50 gånger).

Rambilden omvandlas med hjälp av ett sändande vakuumelektronrör - ett ikonoskop - till en serie elektriska signaler. Förutom ikonoskopet finns det andra sändarenheter. Inuti ikonoskopet finns en mosaikskärm på vilken en bild av objektet projiceras med hjälp av ett optiskt system. Varje mosaikcell är laddad, och dess laddning beror på intensiteten av ljuset som faller in på cellen. Denna laddning ändras när en elektronstråle som genereras av en elektronpistol träffar cellen. Elektronstrålen träffar sekventiellt alla element i först en rad i mosaiken, sedan en annan linje, etc. (625 linjer totalt).

Strömmen i motståndet beror på hur mycket cellladdningen förändras. R. Därför ändras spänningen över motståndet i proportion till förändringen i belysning längs ramens linjer.

Samma signal tas emot i TV-mottagaren efter detektering. Detta videosignal Den omvandlas till en synlig bild på skärmen på det mottagande vakuumelektronröret - kinescope.

TV-radiosignaler kan endast sändas inom ultrakorta (meter) vågor.

Bibliografi.

1. Myakishev G.Ya. , Bukhovtsev B.B. Fysik - 11. M. 1993.

2. Telesnin R.V., Yakovlev V.F. Fysik kurs. Elektricitet. M. 1970

3. Yavorsky B.M., Pinsky A.A. Fysikens grunder. vol. 2. M. 1981

Allmänna begrepp om elektromagnetiska vågor

I dagens lektion kommer vi att överväga ett sådant nödvändigt ämne som elektromagnetiska vågor. Och detta ämne är viktigt, om så bara för att hela vårt moderna liv är kopplat till tv, radiosändningar och mobil kommunikation. Därför är det värt att betona att allt detta utförs på grund av elektromagnetiska vågor.

Låt oss nu gå vidare till en mer detaljerad övervägande av frågan relaterad till elektromagnetiska vågor och först och främst kommer vi att uttala definitionen av sådana vågor.

Som du redan vet är en våg en störning som fortplantar sig i rymden, det vill säga om någon störning har inträffat någonstans och den sprider sig i alla riktningar, då kan vi säga att spridningen av denna störning inte är något annat än ett vågfenomen.

Elektromagnetiska vågor är elektromagnetiska svängningar som utbreder sig i rymden med en ändlig hastighet, vilket beror på mediets egenskaper. Med andra ord kan vi säga att en elektromagnetisk våg är ett elektromagnetiskt fält eller elektromagnetisk störning som fortplantar sig i rymden.

Låt oss börja vår diskussion med det faktum att teorin om elektromagnetiska vågor i det elektromagnetiska fältet först skapades av den engelske vetenskapsmannen James Maxwell. Det mest intressanta och nyfikna med detta arbete är att det visar sig att elektriska och magnetiska fält, som ni vet, och eftersom de har bevisats existera tillsammans. Men det visar sig att de kan existera helt i frånvaro av något ämne. Denna mycket viktiga slutsats gjordes i verk av James Clerk Maxwell.

Det visar sig att ett elektromagnetiskt fält kan existera även där det inte finns något ämne. Vi sa till dig att ljudvågor bara finns där det finns ett medium. Det vill säga att vibrationerna som uppstår med partiklar har förmågan att överföras endast där det finns partiklar som har förmågan att överföra denna störning.

Men när det gäller det elektromagnetiska fältet kan det finnas där det inte finns något ämne och det inte finns några partiklar. Och så, det elektromagnetiska fältet existerar i ett vakuum, vilket betyder att om vi skapar vissa förhållanden och kan, så att säga, skapa en allmän elektromagnetisk störning i rymden, så har denna störning följaktligen förmågan att spridas i alla riktningar. Och det är precis vad vi kommer att ha en elektromagnetisk våg.

Den första personen som kunde sända ut en elektromagnetisk våg och ta emot en elektromagnetisk våg var den tyske vetenskapsmannen Heinrich Hertz. Han var den första att skapa en sådan installation för strålning och mottagning av elektromagnetiska vågor.

Det första vi måste säga här är att för att avge en elektromagnetisk våg behöver vi naturligtvis en ganska snabbt rörlig elektrisk laddning. Vi måste skapa en enhet där det kommer att finnas en mycket snabbt rörlig eller accelererad rörlig elektrisk laddning.

Heinrich Hertz, med hjälp av sina experiment, bevisade att för att få en kraftfull och ganska märkbar elektromagnetisk våg måste en rörlig elektrisk laddning svänga med en mycket hög frekvens, det vill säga i storleksordningen flera tiotusentals hertz. Det bör också betonas att om en sådan svängning inträffar vid laddningen, kommer ett växlande elektromagnetiskt fält att genereras runt den och spridas i alla riktningar. Det vill säga, detta kommer att vara en elektromagnetisk våg.

Egenskaper hos elektromagnetiska vågor

Det är också nödvändigt att notera det faktum att en elektromagnetisk våg, naturligtvis, har vissa egenskaper, och dessa egenskaper indikerades exakt i Maxwells verk.

Det bör också noteras att egenskaperna hos elektromagnetiska vågor har vissa skillnader och beror också mycket på dess längd. Beroende på egenskaper och våglängd delas elektromagnetiska vågor in i intervall. De har en ganska godtycklig skala, eftersom intilliggande områden tenderar att överlappa varandra.

Det är också bra att veta att vissa områden har gemensamma egenskaper. Dessa egenskaper inkluderar:

Penetreringsförmåga;
hög utbredningshastighet i materia;
påverkan på människokroppen, både positiv och negativ, etc.

Typerna av elektromagnetiska vågor inkluderar radiovågor, ultravioletta och infraröda intervall, synligt ljus, såväl som röntgenstrålar, gammastrålning och andra.

Låt oss nu noggrant titta på tabellen nedan och studera mer i detalj hur elektromagnetiska vågor kan klassificeras, vilka typer av strålning det finns, strålningskällor, såväl som deras frekvens:

Intressanta fakta om elektromagnetiska vågor

Det kommer förmodligen inte att vara en hemlighet för någon att rymden som omger oss är genomsyrad av elektromagnetisk strålning. Sådan strålning förknippas inte bara med telefon- och radioantenner, utan också med kropparna runt omkring oss, jorden, solen och stjärnorna. Beroende på oscillationsfrekvensen kan elektromagnetiska vågor ha olika namn, men deras väsen är liknande. Sådana elektromagnetiska vågor inkluderar radiovågor, infraröd strålning, synligt ljus, röntgenstrålar såväl som biofältstrålar.

En sådan gränslös energikälla som ett elektromagnetiskt fält orsakar fluktuationer i de elektriska laddningarna hos atomer och molekyler. Det följer av detta att vid oscillering rör sig laddningen med acceleration och avger samtidigt elektromagnetiska vågor.

Inverkan av elektromagnetiska vågor på människors hälsa

Under många år har forskare varit oroliga över problemet med elektromagnetiska fälts inverkan på människors, djurs och växters hälsa och ägnar därför mycket tid åt forskning och studier av detta problem.

Förmodligen har var och en av er varit på diskotek och märkt att under påverkan av ultravioletta lampor började ljusa kläder att glöda. Denna typ av strålning utgör ingen fara för levande organismer.

Men när du besöker ett solarium eller använder ultravioletta lampor för medicinska ändamål är det nödvändigt att använda ögonskydd, eftersom sådan exponering kan orsaka kortsiktig synförlust.

Dessutom, när du använder ultravioletta bakteriedödande lampor, som används för att desinficera lokaler, måste du vara extremt försiktig och när du använder dem måste du lämna rummet, eftersom de negativt påverkar mänsklig hud, såväl som växter, vilket orsakar bladbrännskador.

Men förutom strålkällorna och olika apparater runt omkring oss har människokroppen också sina egna elektriska och magnetiska fält. Men du bör också veta att i människokroppen, under hela dess liv, tenderar elektromagnetiska fält att ständigt förändras.

För att bestämma det elektromagnetiska fältet hos en person används en sådan exakt enhet som en encefalograf. Med den här enheten kan du noggrant mäta en persons elektromagnetiska fält och bestämma dess aktivitet i hjärnbarken. Tack vare tillkomsten av en sådan enhet som encefalografen blev det möjligt att diagnostisera olika sjukdomar även i ett tidigt skede.

Elektromagnetiska vågor (vars tabell kommer att ges nedan) är störningar av magnetiska och elektriska fält fördelade i rymden. Det finns flera typer av dem. Fysiken studerar dessa störningar. Elektromagnetiska vågor bildas på grund av att ett växlande elektriskt fält genererar ett magnetiskt fält, som i sin tur genererar ett elektriskt.

Forskningens historia

De första teorierna, som kan anses vara de äldsta versionerna av hypoteser om elektromagnetiska vågor, går åtminstone tillbaka till Huygens tid. Under den perioden nådde antagandena en uttalad kvantitativ utveckling. Huygens släppte 1678 en slags "skiss" av teorin - "Treatise on Light". 1690 publicerade han ett annat anmärkningsvärt verk. Den beskrev den kvalitativa teorin om reflektion och brytning i den form som den fortfarande presenteras i skolböcker idag (“Electromagnetic Waves”, 9:e klass).

Samtidigt formulerades Huygens princip. Med dess hjälp blev det möjligt att studera vågfrontens rörelse. Denna princip utvecklades sedan i Fresnels verk. Huygens-Fresnel-principen var av särskild betydelse i teorin om diffraktion och vågteorin om ljus.

På 1660-1670-talet gjorde Hooke och Newton stora experimentella och teoretiska bidrag till forskningen. Vem upptäckte elektromagnetiska vågor? Vem utförde experimenten för att bevisa deras existens? Vilka typer av elektromagnetiska vågor finns det? Mer om detta senare.

Maxwells motivering

Innan vi pratar om vem som upptäckte elektromagnetiska vågor, bör det sägas att den första vetenskapsmannen som allmänt förutspådde deras existens var Faraday. Han lade fram sin hypotes 1832. Maxwell arbetade därefter med konstruktionen av teorin. År 1865 avslutade han detta arbete. Som ett resultat formulerade Maxwell teorin strikt matematiskt, vilket motiverade förekomsten av fenomenen i fråga. Han bestämde också utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor, som sammanföll med det då använda värdet för ljusets hastighet. Detta i sin tur gjorde det möjligt för honom att underbygga hypotesen att ljus är en av de typer av strålning som övervägs.

Experimentell upptäckt

Maxwells teori bekräftades i Hertz experiment 1888. Det ska här sägas att den tyske fysikern genomförde sina experiment för att motbevisa teorin, trots dess matematiska motivering. Men tack vare sina experiment blev Hertz den första att praktiskt taget upptäcka elektromagnetiska vågor. Dessutom, under sina experiment, identifierade forskaren strålningens egenskaper och egenskaper.

Hertz erhöll elektromagnetiska oscillationer och vågor genom att excitera en serie pulser av ett snabbt varierande flöde i en vibrator med hjälp av en högspänningskälla. Högfrekventa strömmar kan detekteras med hjälp av en krets. Ju högre kapacitans och induktans, desto högre blir oscillationsfrekvensen. Men samtidigt garanterar inte en hög frekvens ett intensivt flöde. För att utföra sina experiment använde Hertz en ganska enkel enhet, som idag kallas "Hertz-vibratorn." Enheten är en oscillerande krets av öppen typ.

Schematisk över Hertz experiment

Registrering av strålning utfördes med hjälp av en mottagande vibrator. Denna enhet hade samma design som den emitterande enheten. Under påverkan av en elektromagnetisk våg av ett elektriskt växelfält exciterades en strömsvängning i den mottagande enheten. Om i denna enhet dess naturliga frekvens och frekvensen av flödet sammanföll, uppträdde resonans. Som ett resultat uppstod störningar i den mottagande anordningen med större amplitud. Forskaren upptäckte dem genom att observera gnistor mellan ledarna i ett litet gap.

Således blev Hertz först med att upptäcka elektromagnetiska vågor och bevisa deras förmåga att reflekteras väl från ledare. Han underbyggde praktiskt taget bildandet av stående strålning. Dessutom bestämde Hertz hastigheten för utbredning av elektromagnetiska vågor i luft.

Studie av egenskaper

Elektromagnetiska vågor sprider sig i nästan alla medier. I ett utrymme fyllt med materia kan strålning i vissa fall fördelas ganska bra. Men samtidigt ändrar de sitt beteende något.

Elektromagnetiska vågor i vakuum detekteras utan dämpning. De är fördelade över vilket avstånd som helst, oavsett hur stort det är. De viktigaste egenskaperna hos vågor inkluderar polarisering, frekvens och längd. Egenskaperna beskrivs inom ramen för elektrodynamiken. Men mer specifika grenar av fysiken behandlar egenskaperna hos strålning i vissa områden av spektrumet. Dessa inkluderar till exempel optik.

Studiet av hård elektromagnetisk strålning vid kortvågsspektraländen utförs av högenergisektionen. Med hänsyn till moderna idéer upphör dynamiken att vara en självständig disciplin och kombineras med en teori.

Teorier som används i studiet av egenskaper

Idag finns det olika metoder som underlättar modellering och studier av svängningars manifestationer och egenskaper. Kvantelektrodynamik anses vara den mest grundläggande av de testade och genomförda teorierna. Därifrån blir det genom vissa förenklingar möjligt att erhålla de metoder som listas nedan, som används flitigt inom olika områden.

Beskrivningen av relativt lågfrekvent strålning i en makroskopisk miljö utförs med hjälp av klassisk elektrodynamik. Den är baserad på Maxwells ekvationer. Det finns dock förenklingar i ansökningar. Optisk studie använder optik. Vågteorin används i fall där vissa delar av det optiska systemet är nära våglängdernas storlek. Kvantoptik används när processerna för spridning och absorption av fotoner är betydande.

Geometrisk optisk teori är ett begränsningsfall där våglängden kan ignoreras. Det finns också flera tillämpade och grundläggande avsnitt. Dessa inkluderar till exempel astrofysik, biologin för visuell perception och fotosyntes och fotokemi. Hur klassificeras elektromagnetiska vågor? En tabell som tydligt visar fördelningen i grupper presenteras nedan.

Klassificering

Det finns frekvensområden för elektromagnetiska vågor. Det finns inga skarpa övergångar mellan dem, ibland överlappar de varandra. Gränserna mellan dem är ganska godtyckliga. På grund av att flödet fördelas kontinuerligt är frekvensen strikt relaterad till längden. Nedan visas intervallen för elektromagnetiska vågor.

Ultrakort strålning brukar delas in i mikrometer (submillimeter), millimeter, centimeter, decimeter, meter. Om den elektromagnetiska strålningen är mindre än en meter, kallas det vanligtvis en ultrahögfrekvent oscillation (mikrovåg).

Typer av elektromagnetiska vågor

Ovan är intervallen för elektromagnetiska vågor. Vilka typer av strömmar finns det? I gruppen ingår gamma- och röntgenstrålar. Det bör sägas att både ultraviolett och till och med synligt ljus är kapabla att jonisera atomer. Gränserna inom vilka gamma- och röntgenflöden finns bestäms mycket villkorligt. Som en allmän riktlinje accepteras gränserna 20 eV - 0,1 MeV. Gammaflöden i snäv bemärkelse emitteras av kärnan, röntgenflöden sänds ut av elektronatomskalet i processen att slå ut elektroner från lågt belägna banor. Denna klassificering är dock inte tillämplig på hård strålning som genereras utan deltagande av kärnor och atomer.

Röntgenflöden bildas när laddade snabba partiklar (protoner, elektroner och andra) saktar ner och som ett resultat av processer som sker inuti atomära elektronskal. Gammaoscillationer uppstår som ett resultat av processer inuti atomkärnorna och under omvandlingen av elementarpartiklar.

Radioströmmar

På grund av längdernas stora värde kan dessa vågor övervägas utan att ta hänsyn till mediets atomistiska struktur. Som ett undantag verkar endast de kortaste flödena, som ligger intill det infraröda området av spektrumet. I radioområdet uppträder kvantegenskaperna hos vibrationer ganska svagt. Ändå måste de beaktas, till exempel vid analys av molekylär tid och frekvensstandarder under kylning av utrustning till en temperatur på flera kelvin.

Kvantegenskaper beaktas också vid beskrivning av generatorer och förstärkare i millimeter- och centimeterintervallen. Radioströmmen bildas under rörelsen av växelström genom ledare med motsvarande frekvens. Och en passerande elektromagnetisk våg i rymden exciterar motsvarande. Denna egenskap används vid design av antenner inom radioteknik.

Synliga trådar

Ultraviolett och infraröd synlig strålning utgör, i ordets breda bemärkelse, den så kallade optiska delen av spektrumet. Valet av detta område bestäms inte bara av närheten till motsvarande zoner, utan också av likheten mellan de instrument som används i forskningen och utvecklade främst under studiet av synligt ljus. Dessa inkluderar i synnerhet speglar och linser för fokusering av strålning, diffraktionsgitter, prismor och andra.

Frekvenserna för optiska vågor är jämförbara med de för molekyler och atomer, och deras längder är jämförbara med intermolekylära avstånd och molekylstorlekar. Därför blir fenomen som orsakas av materiens atomstruktur betydelsefulla i detta område. Av samma anledning har ljus, tillsammans med vågegenskaper, även kvantegenskaper.

Uppkomsten av optiska flöden

Den mest kända källan är solen. Stjärnans yta (fotosfären) har en temperatur på 6000° Kelvin och avger starkt vitt ljus. Det högsta värdet på det kontinuerliga spektrumet ligger i den "gröna" zonen - 550 nm. Det är också här den maximala synkänsligheten finns. Oscillationer i det optiska området uppstår när kroppar värms upp. Infraröda flöden kallas därför också för termiska flöden.

Ju mer kroppen värms upp, desto högre frekvens där maximalt av spektrumet finns. Med en viss ökning av temperaturen observeras glödlampa (glöd i det synliga området). I det här fallet visas rött först, sedan gult och så vidare. Skapandet och registreringen av optiska flöden kan förekomma i biologiska och kemiska reaktioner, varav en används inom fotografering. För de flesta varelser som lever på jorden fungerar fotosyntesen som en energikälla. Denna biologiska reaktion sker i växter under påverkan av optisk solstrålning.

Egenskaper hos elektromagnetiska vågor

Mediets och källans egenskaper påverkar flödenas egenskaper. Detta fastställer i synnerhet fältens tidsberoende, vilket bestämmer typen av flöde. Till exempel, när avståndet från vibratorn ändras (när det ökar) blir krökningsradien större. Som ett resultat bildas en plan elektromagnetisk våg. Interaktion med ämnet sker också på olika sätt.

Processerna för absorption och emission av flöden kan som regel beskrivas med hjälp av klassiska elektrodynamiska relationer. För vågor i det optiska området och för hårda strålar bör deras kvantnatur beaktas ännu mer.

Streama källor

Trots den fysiska skillnaden, överallt - i ett radioaktivt ämne, en tv-sändare, en glödlampa - exciteras elektromagnetiska vågor av elektriska laddningar som rör sig med acceleration. Det finns två huvudtyper av källor: mikroskopiska och makroskopiska. I den första sker en abrupt övergång av laddade partiklar från en till en annan nivå inuti molekyler eller atomer.

Mikroskopiska källor avger röntgen, gamma, ultraviolett, infraröd, synlig och i vissa fall långvågig strålning. Ett exempel på det senare är linjen i vätespektret, som motsvarar en våglängd på 21 cm. Detta fenomen är av särskild betydelse inom radioastronomi.

Makroskopiska källor är sändare där fria elektroner från ledare utför periodiska synkrona svängningar. I system av denna kategori genereras flöden från millimeterskala till de längsta (i kraftledningar).

Struktur och styrka av flöden

Accelererade och periodiskt växlande strömmar påverkar varandra med vissa krafter. Riktningen och deras storlek beror på sådana faktorer som storleken och konfigurationen av området där strömmarna och laddningarna finns, deras relativa riktning och storlek. De elektriska egenskaperna hos ett visst medium, såväl som förändringar i koncentrationen av laddningar och fördelningen av källströmmar, har också en betydande inverkan.

På grund av problemformuleringens allmänna komplexitet är det omöjligt att presentera kraftlagen i form av en enda formel. Strukturen, som kallas det elektromagnetiska fältet och vid behov betraktas som ett matematiskt objekt, bestäms av fördelningen av laddningar och strömmar. Den skapas i sin tur av en given källa med hänsyn till randvillkor. Förhållandena bestäms av formen på interaktionszonen och materialets egenskaper. Om vi ​​talar om obegränsat utrymme, kompletteras dessa omständigheter. Strålningsvillkoret fungerar som ett särskilt tilläggsvillkor i sådana fall. På grund av det garanteras "riktigheten" av fältbeteendet i oändligheten.

Studiens kronologi

Lomonosov förutser i några av sina bestämmelser individuella postulat av teorin om det elektromagnetiska fältet: den "roterande" (roterande) rörelsen av partiklar, den "oscillerande" (våg)teorin om ljus, dess likhet med elektricitetens natur, etc. Infraröd flöden upptäcktes år 1800 av Herschel (engelsk vetenskapsman), och året därpå, 1801, beskrev Ritter ultraviolett. Strålning med kortare räckvidd än ultraviolett upptäcktes av Roentgen 1895, den 8 november. Därefter fick den namnet röntgen.

Inverkan av elektromagnetiska vågor har studerats av många forskare. Den första att utforska möjligheterna med flöden och omfattningen av deras tillämpning var dock Narkevich-Iodko (vitrysk forskare). Han studerade flödens egenskaper i förhållande till praktisk medicin. Gammastrålning upptäcktes av Paul Willard 1900. Under samma period genomförde Planck teoretiska studier av den svarta kroppens egenskaper. I processen att studera upptäckte han processens kvanta natur. Hans arbete markerade början av utvecklingen. Därefter publicerades flera verk av Planck och Einstein. Deras forskning ledde till bildandet av ett sådant koncept som fotonen. Detta i sin tur lade grunden för skapandet av kvantteorin om elektromagnetiska flöden. Dess utveckling fortsatte i verk av ledande vetenskapliga personer från 1900-talet.

Ytterligare forskning och arbete kring kvantteorin om elektromagnetisk strålning och dess interaktion med materia ledde slutligen till bildandet av kvantelektrodynamik i den form den existerar i idag. Bland de framstående vetenskapsmän som studerat denna fråga bör man förutom Einstein och Planck nämna Bohr, Bose, Dirac, de Broglie, Heisenberg, Tomonaga, Schwinger, Feynman.

Slutsats

Fysikens betydelse i den moderna världen är ganska stor. Nästan allt som används i mänskligt liv idag dök upp tack vare den praktiska användningen av forskning från stora vetenskapsmän. Upptäckten av elektromagnetiska vågor och deras studie, i synnerhet, ledde till skapandet av konventionella, och därefter mobiltelefoner, radiosändare. Den praktiska tillämpningen av sådana teoretiska kunskaper är av särskild betydelse inom området medicin, industri och teknik.

Denna utbredda användning beror på vetenskapens kvantitativa natur. Alla fysikaliska experiment är baserade på mätningar, jämförelse av egenskaperna hos de fenomen som studeras med befintliga standarder. Det är för detta ändamål som ett komplex av mätinstrument och enheter har utvecklats inom disciplinen. Ett antal mönster är gemensamma för alla befintliga materialsystem. Till exempel betraktas lagarna för bevarande av energi som allmänna fysiska lagar.

Vetenskapen som helhet kallas i många fall fundamental. Detta beror först och främst på det faktum att andra discipliner ger beskrivningar, som i sin tur lyder fysikens lagar. I kemi studeras alltså atomer, ämnen som bildas av dem och transformationer. Men de kemiska egenskaperna hos kroppar bestäms av de fysikaliska egenskaperna hos molekyler och atomer. Dessa egenskaper beskriver sådana grenar av fysiken som elektromagnetism, termodynamik och andra.

Elektromagnetisk strålning existerar exakt så länge som vårt universum har levt. Det spelade en nyckelroll i utvecklingen av livet på jorden. I själva verket är denna störning tillståndet för ett elektromagnetiskt fält fördelat i rymden.

Egenskaper för elektromagnetisk strålning

Varje elektromagnetisk våg beskrivs med hjälp av tre egenskaper.

1. Frekvens.

2. Polarisering.

Polarisering– ett av de viktigaste vågattributen. Beskriver den tvärgående anisotropin hos elektromagnetiska vågor. Strålning anses vara polariserad när alla vågoscillationer sker i samma plan.

Detta fenomen används aktivt i praktiken. Till exempel på biografer när man visar 3D-filmer.

Med hjälp av polarisering separerar IMAX-glasögon bilden som är avsedd för olika ögon.

Frekvens– antalet vågtoppar som passerar observatören (i detta fall detektorn) på en sekund. Det mäts i hertz.

Våglängd– ett specifikt avstånd mellan de närmaste punkterna för elektromagnetisk strålning, vars svängningar sker i samma fas.

Elektromagnetisk strålning kan spridas i nästan vilket medium som helst: från tät materia till vakuum.

Utbredningshastigheten i vakuum är 300 tusen km per sekund.

För en intressant video om naturen och egenskaperna hos EM-vågor, se videon nedan:

Typer av elektromagnetiska vågor

All elektromagnetisk strålning delas efter frekvens.

1. Radiovågor. Det finns kort, ultrakort, extra lång, lång, medium.

Längden på radiovågor sträcker sig från 10 km till 1 mm och från 30 kHz till 300 GHz.

Deras källor kan vara både mänsklig aktivitet och olika naturliga atmosfäriska fenomen.

2. . Våglängden sträcker sig från 1 mm till 780 nm och kan nå upp till 429 THz. Infraröd strålning kallas även för termisk strålning. Grunden för allt liv på vår planet.

3. Synligt ljus. Längd 400 - 760/780 nm. Följaktligen fluktuerar den mellan 790-385 THz. Detta inkluderar hela spektrumet av strålning som kan ses av det mänskliga ögat.

4. . Våglängden är kortare än den för infraröd strålning.

Kan nå upp till 10 nm. sådana vågor är mycket stora - cirka 3x10^16 Hz.

5. Röntgen. vågorna är 6x10^19 Hz, och längden är cirka 10 nm - 5 pm.

6. Gammavågor. Detta inkluderar all strålning som är större än röntgenstrålar, och längden är kortare. Källan till sådana elektromagnetiska vågor är kosmiska, nukleära processer.

Tillämpningsområde

Någonstans sedan slutet av 1800-talet har alla mänskliga framsteg förknippats med praktisk användning av elektromagnetiska vågor.

Det första som är värt att nämna är radiokommunikation. Det gav människor möjlighet att kommunicera, även om de var långt ifrån varandra.

Satellitsändningar och telekommunikation är en vidareutveckling av primitiv radiokommunikation.

Det är dessa teknologier som har format informationsbilden av det moderna samhället.

Källor till elektromagnetisk strålning bör betraktas både stora industrianläggningar och olika kraftledningar.

Elektromagnetiska vågor används aktivt i militära angelägenheter (radar, komplexa elektriska apparater). Dessutom kunde medicin inte klara sig utan deras användning. Infraröd strålning kan användas för att behandla många sjukdomar.

Röntgenstrålar hjälper till att fastställa skador på en persons inre vävnader.

Lasrar används för att utföra ett antal operationer som kräver exakt precision.

Betydelsen av elektromagnetisk strålning i människans praktiska liv är svår att överskatta.

Sovjetisk video om det elektromagnetiska fältet:

Möjlig negativ påverkan på människor

Även om det är användbart kan starka källor till elektromagnetisk strålning orsaka symtom som:

Trötthet;

Huvudvärk;

Illamående.

Överdriven exponering för vissa typer av vågor orsakar skador på inre organ, centrala nervsystemet och hjärnan. Förändringar i det mänskliga psyket är möjliga.

En intressant video om effekten av EM-vågor på människor:

För att undvika sådana konsekvenser har nästan alla länder i världen standarder som styr elektromagnetisk säkerhet. Varje typ av strålning har sina egna regleringsdokument (hygieniska standarder, strålsäkerhetsstandarder). Effekten av elektromagnetiska vågor på människor har inte studerats fullt ut, så WHO rekommenderar att man minimerar exponeringen.