Definicija elektromagnetnih valova. Uticaj decimetarskih talasa. Skala elektromagnetnog zračenja

Elektromagnetski talasi je proces širenja naizmjeničnog elektromagnetnog polja u svemiru. Teoretski, postojanje elektromagnetnih talasa je predvideo engleski naučnik Maksvel 1865. godine, a prvi ih je eksperimentalno dobio nemački naučnik Herc 1888. godine.

Iz Maxwellove teorije slijede formule koje opisuju oscilacije vektora i. Ravni monokromatski elektromagnetski talas koji se širi duž ose x, opisan je jednadžbama

Evo E I H- trenutne vrijednosti, i E m i H m - vrijednosti amplitude jakosti električnog i magnetskog polja, ω - kružna frekvencija, k- talasni broj. Vektori i osciliraju sa istom frekvencijom i fazom, međusobno su okomiti i, osim toga, okomiti na vektor - brzinu širenja talasa (slika 3.7). Odnosno, elektromagnetski talasi su poprečni.

U vakuumu, elektromagnetski talasi putuju velikom brzinom. U mediju sa dielektričnom konstantom ε i magnetnu permeabilnost µ brzina širenja elektromagnetnog talasa jednaka je:

Frekvencija elektromagnetnih oscilacija, kao i talasna dužina, u principu mogu biti bilo šta. Klasifikacija talasa po frekvenciji (ili talasnoj dužini) naziva se skala elektromagnetnih talasa. Elektromagnetski valovi se dijele na nekoliko vrsta.

Radio talasi imaju talasnu dužinu od 10 3 do 10 -4 m.

Svetlosni talasi uključuju:

rendgensko zračenje - .

Svjetlosni valovi su elektromagnetski valovi koji uključuju infracrveni, vidljivi i ultraljubičasti dio spektra. Talasne dužine svjetlosti u vakuumu koje odgovaraju primarnim bojama vidljivog spektra prikazane su u donjoj tabeli. Talasna dužina je data u nanometrima.

Table

Svetlosni talasi imaju ista svojstva kao i elektromagnetski talasi.

1. Svetlosni talasi su poprečni.

2. Vektori i osciliraju u svjetlosnom valu.

Iskustvo pokazuje da su sve vrste uticaja (fiziološke, fotohemijske, fotoelektrične itd.) uzrokovane oscilacijama električnog vektora. On je zvao vektor svetlosti .

Amplituda vektora svjetlosti E m se često označava slovom A a umjesto jednačine (3.30) koristi se jednačina (3.24).

3. Brzina svjetlosti u vakuumu.

Brzina svjetlosnog vala u mediju određena je formulom (3.29). Ali za prozirne medije (staklo, voda) to je uobičajeno.

Za svjetlosne valove uvodi se koncept apsolutnog indeksa prelamanja.

Apsolutni indeks loma je omjer brzine svjetlosti u vakuumu i brzine svjetlosti u datom mediju

Iz (3.29), uzimajući u obzir činjenicu da za transparentne medije možemo napisati jednakost.

Za vakum ε = 1 i n= 1. Za bilo koje fizičko okruženje n> 1. Na primjer, za vodu n= 1,33, za staklo. Medij sa većim indeksom prelamanja naziva se optički gušći. Omjer apsolutnih indeksa prelamanja naziva se relativni indeks loma:

4. Frekvencija svetlosnih talasa je veoma visoka. Na primjer, za crveno svjetlo s talasnom dužinom.

Kada svjetlost prelazi iz jednog medija u drugi, frekvencija svjetlosti se ne mijenja, ali se mijenjaju brzina i valna dužina.

Za vakuum - ; za okoliš - , onda

.

Dakle, talasna dužina svetlosti u medijumu jednaka je odnosu talasne dužine svetlosti u vakuumu i indeksa prelamanja

5. Zato što je frekvencija svetlosnih talasa veoma visoka , tada oko posmatrača ne razlikuje pojedinačne vibracije, već percipira prosječne tokove energije. Ovo uvodi koncept intenziteta.

Intenzitet je omjer prosječne energije koju prenosi val prema vremenskom periodu i površini mjesta okomito na smjer širenja vala:

Pošto je energija talasa proporcionalna kvadratu amplitude (vidi formulu (3.25)), intenzitet je proporcionalan prosečnoj vrednosti kvadrata amplitude

Karakteristika intenziteta svjetlosti, uzimajući u obzir njegovu sposobnost da izazove vizualne senzacije, je svjetlosni tok - F .

6. Talasna priroda svjetlosti manifestuje se, na primjer, u pojavama kao što su interferencija i difrakcija.

Poglavlje 1

OSNOVNI PARAMETRI ELEKTROMAGNETSKIH TALASA

Šta je elektromagnetski talas može se lako ilustrovati sledećim primerom. Ako bacite kamenčić na površinu vode, na površini će se formirati valovi koji se šire u krug. Oni se kreću od izvora svog nastanka (poremećaja) određenom brzinom širenja. Za elektromagnetne talase, smetnje su električna i magnetska polja koja se kreću u prostoru. Elektromagnetno polje koje se mijenja tokom vremena nužno uzrokuje pojavu naizmjeničnog magnetnog polja, i obrnuto. Ova polja su međusobno povezana.

Glavni izvor spektra elektromagnetnih talasa je Sunčeva zvezda. Dio spektra elektromagnetnih valova vidljiv je ljudskom oku. Ovaj spektar se nalazi u opsegu od 380...780 nm (slika 1.1). U vidljivom spektru, oko različito osjeća svjetlost. Elektromagnetne vibracije različitih talasnih dužina izazivaju osećaj svetlosti različitih boja.

Dio spektra elektromagnetnih valova koristi se za radiotelevizijske i komunikacijske svrhe. Izvor elektromagnetnih valova je žica (antena) u kojoj osciliraju električni naboji. Proces formiranja polja, koji je započeo u blizini žice, postepeno, tačku po tačku, pokriva čitav prostor. Što je veća frekvencija naizmjenične struje koja prolazi kroz žicu i stvara električno ili magnetsko polje, to su radio valovi određene dužine koje stvara žica intenzivniji.

Elektromagnetski talasi imaju sledeće glavne karakteristike.

1. Talasna dužina lv, je najkraća udaljenost između dvije tačke u prostoru na kojoj se faza harmonijskog elektromagnetnog talasa mijenja za 360°. Faza je stanje (faza) periodičnog procesa (slika 1.2).

Zemaljsko televizijsko emitovanje koristi metarske (MB) i decimetarske talase (UHF), dok satelitsko emitovanje koristi centimetrske talase (CM). Kako se SM frekvencijski opseg popuni, milimetarski talasni opseg (Ka-opseg) će se savladati.

2. Period talasnih oscilacija T- vrijeme tokom kojeg dolazi do jedne potpune promjene jačine polja, tj. vrijeme tokom kojeg tačka radio talasa, koja ima neku fiksnu fazu, putuje putanjom jednaku talasnoj dužini lv.

3. Frekvencija oscilacija elektromagnetnog polja F(broj oscilacija polja u sekundi) određuje se formulom

Jedinica mjerenja frekvencije je herc (Hz), frekvencija na kojoj se javlja jedna oscilacija u sekundi. U satelitskom emitovanju treba se suočiti sa vrlo visokim frekvencijama elektromagnetnih oscilacija mjerenih u gigahercima.

Za satelitsko direktno televizijsko emitovanje (SNTV) preko veze Svemir-Zemlja koriste se niski opseg C-opsega i dio Ku opsega (10,7...12,75 GGi). Gornji dio ovih opsega se koristi za prijenos informacija duž linije Zemlja – Svemir (Tabela 1.1).

4. Brzina talasa WITH - brzina uzastopnog širenja talasa iz izvora energije (antene).

Brzina širenja radio talasa u slobodnom prostoru (vakumu) je konstantna i jednaka je brzini svetlosti C = 300.000 km/s. Uprkos tako velikoj brzini, elektromagnetski talas putuje duž linije Zemlja - Svemir - Zemlja u vremenu od 0,24 s. Na Zemlji, radio i televizijski programi mogu se primati gotovo trenutno bilo gdje. Kada se širi u stvarnom prostoru, na primjer u zraku, brzina radio valova ovisi o svojstvima medija; obično je manja WITH na vrijednost indeksa prelamanja medija.

Frekvencija elektromagnetnih talasa F, brzina njihovog širenja C i talasna dužina l povezani su relacijom

lv=C/F, i od tada F=1/T tada je lv=S*T.

Zamjenom vrijednosti brzine C = 300 000 km/s u posljednju formulu, dobijamo

lv(m)=3*10^8/F(m/s*1/Hz)

Za visoke frekvencije, talasna dužina elektromagnetne oscilacije može se odrediti formulom lv(m)=300/F(MHz) Poznavajući talasnu dužinu elektromagnetne oscilacije, frekvencija se određuje po formuli F(MHz)=300/lv (m)

5. Polarizacija radio talasa. Električna i magnetska komponenta elektromagnetnog polja su respektivno okarakterisane vektorima E i N, koji pokazuju vrijednost jačine polja i njihov smjer. Polarizacija je orijentacija vektora električnog polja E talasi u odnosu na površinu zemlje (slika 1.2).

Vrsta polarizacije radio talasa određena je orijentacijom (pozicijom) predajne antene u odnosu na površinu zemlje. I zemaljska i satelitska televizija koriste linearnu polarizaciju, odnosno horizontalnu N i vertikalni V (slika 1.3).

Radio valovi s horizontalnim vektorom električnog polja nazivaju se horizontalno polariziranim, a oni s vertikalnim električnim poljem vertikalno polariziranim. Ravan polarizacije ovih talasa je vertikalna, a vektor N(vidi sliku 1.2) je u horizontalnoj ravni.

Ako je odašiljačka antena postavljena vodoravno iznad površine zemlje, tada će i linije električnog polja biti smještene horizontalno. U ovom slučaju, polje će inducirati najveću elektromotornu silu (EMF) u horizontali

Slika 1.4. Kružna polarizacija radio talasa:

LZ- lijevo; RZ- u pravu

zonski locirana prijemna antena. Stoga, kada N polarizacije radio talasa, prijemna antena mora biti orijentisana horizontalno. U ovom slučaju, teoretski neće biti prijema radio talasa na vertikalno postavljenoj anteni, jer je emf indukovana u anteni nula. Suprotno tome, kada je predajna antena u vertikalnom položaju, prijemna antena također mora biti postavljena okomito, što će joj omogućiti da dobije najveći EMF.

U televizijskom emitovanju sa veštačkih Zemljinih satelita (AES), pored linearnih polarizacija, široko se koristi i kružna polarizacija. To je, začudo, zbog pretrpanog prostora u eteru, jer postoji veliki broj komunikacijskih satelita i satelita za direktno (uživo) televizijsko emitiranje u orbiti.

Često u tablicama satelitskih parametara daju skraćenu oznaku za vrstu kružne polarizacije - L i R. Kružna polarizacija radio talasa je stvorena, na primjer, konusnom spiralom na dovodu odašiljačke antene. U zavisnosti od smera namotavanja spirale, kružna polarizacija je leva ili desna (slika 1.4).

U skladu s tim, polarizator mora biti instaliran u feed antene zemaljske satelitske televizije, koja reagira na kružnu polarizaciju radio valova koje emituje antena za odašiljanje satelita.

Razmotrimo pitanja modulacije visokofrekventnih oscilacija i njihovog spektra kada se prenose sa satelita. Preporučljivo je to učiniti u poređenju sa zemaljskim radiodifuznim sistemima.

Razmak između frekvencija nosioca slike i zvuka je 6,5 MHz, ostatak donjeg bočnog pojasa (lijevo od nosača slike) je 1,25 MHz, a širina audio kanala je 0,5 MHz

(Sl. 1.5). Uzimajući ovo u obzir, pretpostavlja se da je ukupna širina televizijskog kanala 8,0 MHz (prema D i K standardima usvojenim u zemljama ZND).

Predajna televizijska stanica ima dva predajnika. Jedan od njih prenosi električne signale slike, a drugi prenosi zvuk na različitim frekvencijama nosioca. Promjena nekog parametra visokofrekventne oscilacije nosioca (snaga, frekvencija, faza itd.) pod utjecajem niskofrekventnih oscilacija naziva se modulacija. Koriste se dvije glavne vrste modulacije: amplitudna modulacija (AM) i frekvencijska modulacija (FM). Na televiziji se signali slike prenose iz AM, a zvuk sa FM. Nakon modulacije, električne vibracije se pojačavaju u snazi, zatim ulaze u predajnu antenu i ona se emituju u svemir (eter) u obliku radio talasa.

U zemaljskom televizijskom emitiranju, iz više razloga, nemoguće je koristiti FM za prijenos signala slike. Na SM-u ima mnogo više prostora u zraku i takva prilika postoji. Kao rezultat toga, satelitski kanal (transponder) zauzima frekvencijski opseg od 27 MHz.

Prednosti frekvencijske modulacije signala podnosača:

manja osjetljivost na smetnje i šum u odnosu na AM, niska osjetljivost na nelinearnost dinamičkih karakteristika kanala za prijenos signala, kao i stabilnost prijenosa na velikim udaljenostima. Ove karakteristike se objašnjavaju konstantnošću nivoa signala u kanalima prenosa, mogućnošću sprovođenja frekvencijske korekcije prednaglaska, što povoljno utiče na odnos signal-šum, zahvaljujući čemu FM može značajno da smanji snaga predajnika pri prijenosu informacija na istoj udaljenosti. Na primjer, zemaljski sistemi emitiranja koriste predajnike koji su 5 puta snažniji za prijenos slikovnih signala na istoj televizijskoj stanici nego za prijenos audio signala.

Elektromagnetski talasi su širenje elektromagnetnih polja u prostoru i vremenu.

Kao što je gore navedeno, postojanje elektromagnetnih talasa teorijski je predvidio veliki engleski fizičar J. Maxwell 1864. godine. Analizirao je sve tada poznate zakone elektrodinamike i pokušao ih primijeniti na električna i magnetna polja koja se mijenjaju u vremenu. On je u fiziku uveo koncept vrtložnog električnog polja i predložio novo tumačenje zakona elektromagnetne indukcije, koje je otkrio Faraday 1831. godine: svaka promjena magnetnog polja stvara vrtložno električno polje u okolnom prostoru, linije sile koji su zatvoreni.

On je pretpostavio postojanje inverznog procesa: električno polje koje se mijenja u vremenu stvara magnetsko polje u okolnom prostoru. Maksvel je prvi opisao dinamiku novog oblika materije - elektromagnetnog polja i izveo sistem jednačina (Maxwellove jednačine) povezujući karakteristike elektromagnetnog polja sa njegovim izvorima - električnim naelektrisanjem i strujama. U elektromagnetnom talasu dolazi do međusobne transformacije električnog i magnetnog polja. Slika 2 a, b ilustruje međusobnu transformaciju električnog i magnetnog polja.

Slika 2 - Međusobna transformacija električnog i magnetskog polja: a) Zakon elektromagnetne indukcije u Maxwellovoj interpretaciji; b) Maxwellova hipoteza. Promjenjivo električno polje stvara magnetno polje

Podela elektromagnetnog polja na električno i magnetno zavisi od izbora referentnog sistema. Zaista, oko naboja koji miruju u istom referentnom okviru postoji samo električno polje; međutim, ta ista naelektrisanja će se kretati u odnosu na drugi referentni sistem i generisati u ovom referentnom sistemu, pored električnog, i magnetno polje. Tako je Maxwellova teorija povezala električne i magnetske fenomene.

Ako se naizmjenično električno ili magnetsko polje pobuđuje uz pomoć oscilirajućih naboja, tada se u okolnom prostoru pojavljuje niz međusobnih transformacija električnih i magnetskih polja, šireći se od točke do točke. Oba ova polja su vrtložna, a vektori i nalaze se u međusobno okomitim ravninama. Proces širenja elektromagnetnog polja šematski je prikazan na slici 3. Ovaj proces, koji je periodičan u vremenu i prostoru, je elektromagnetski talas.

Slika 3 - Proces širenja elektromagnetnog polja

Ova hipoteza je bila samo teorijska pretpostavka koja nije imala eksperimentalnu potvrdu, ali je na njenoj osnovi Maksvel uspeo da zapiše konzistentan sistem jednačina koje opisuju međusobne transformacije električnog i magnetnog polja, odnosno sistem jednačina elektromagnetnog polja.

Dakle, iz Maxwellove teorije slijedi niz važnih zaključaka - osnovnih svojstava elektromagnetnih valova.

Postoje elektromagnetski talasi, tj. elektromagnetno polje koje se širi u prostoru i vremenu.

U prirodi, električni i magnetski fenomeni djeluju kao dvije strane jednog procesa.

Elektromagnetni talasi se emituju oscilirajućim naelektrisanjem. Prisustvo ubrzanja je glavni uslov za emisiju elektromagnetnih talasa, tj.

• - svaka promjena magnetnog polja stvara vrtložno električno polje u okolnom prostoru (slika 2a).
• - svaka promjena električnog polja pobuđuje vrtložno magnetsko polje u okolnom prostoru, čije se indukcijske linije nalaze u ravni okomitoj na linije intenziteta naizmjeničnog električnog polja i pokrivaju ih (slika 2b).

Indukcijske linije nastalog magnetnog polja formiraju "desni vijak" sa vektorom. Elektromagnetski talasi su poprečni - vektori i okomiti jedni na druge i leže u ravni okomitoj na pravac prostiranja talasa (slika 4).

Slika 4 - Poprečni elektromagnetski talasi

Periodične promjene u električnom polju (vektor napetosti E) stvaraju promjenjivo magnetsko polje (indukcijski vektor B), koje zauzvrat stvara promjenjivo električno polje. Oscilacije vektora E i B se javljaju u međusobno okomitim ravninama i okomito na liniju širenja talasa (vektor brzine) i u bilo kojoj tački su u fazi. Linije električnog i magnetskog polja u elektromagnetnom talasu su zatvorene. Takva polja se nazivaju vrtložna polja.

Elektromagnetski valovi se šire u materiji konačnom brzinom, što je još jednom potvrdilo valjanost teorije interakcije kratkog dometa.

Maksvelov zaključak o konačnoj brzini širenja elektromagnetnih talasa bio je u suprotnosti sa tada prihvaćenom teorijom dejstva dugog dometa, u kojoj se pretpostavljalo da je brzina širenja električnog i magnetnog polja beskonačno velika. Stoga se Maxwellova teorija naziva teorijom djelovanja kratkog dometa.

Takvi talasi se mogu širiti ne samo u gasovima, tečnostima i čvrstim materijama, već iu vakuumu.

Brzina elektromagnetnih talasa u vakuumu je c=300.000 km/s. Brzina širenja elektromagnetnih talasa u vakuumu jedna je od osnovnih fizičkih konstanti.

Širenje elektromagnetnog talasa u dielektriku je kontinuirana apsorpcija i reemisija elektromagnetske energije od strane elektrona i jona supstance koja vrši prisilne oscilacije u naizmeničnom električnom polju talasa. U ovom slučaju, brzina valova u dielektriku se smanjuje.

Elektromagnetski talasi nose energiju. Kada se talasi šire, nastaje tok elektromagnetne energije. Ako odaberemo lokaciju S (slika 4), orijentisanu okomito na pravac prostiranja talasa, tada će za kratko vreme Dt energija DWem teći kroz lokaciju, jednaka

DWem = (mi + wm)xSDt.

Prilikom prelaska iz jednog medija u drugi, frekvencija vala se ne mijenja.

Materija može apsorbovati elektromagnetne talase. To je zbog rezonantne apsorpcije energije nabijenim česticama materije. Ako je prirodna frekvencija oscilacije dielektričnih čestica vrlo različita od frekvencije elektromagnetnog vala, apsorpcija se javlja slabo, a medij postaje transparentan za elektromagnetski val.

Kada udari u granicu između dva medija, dio vala se reflektira, a dio prelazi u drugi medij, prelamajući se. Ako je drugi medij metal, tada val koji se prenosi u drugi medij brzo slabi, a većina energije (posebno niskofrekventnih oscilacija) se reflektira u prvi medij (metali su neprozirni za elektromagnetne valove).

Šireći se u medijumu, elektromagnetski talasi, kao i svaki drugi talas, mogu doživeti prelamanje i refleksiju na granici između medija, disperzije, apsorpcije, interferencije; Pri širenju u nehomogenim sredinama uočava se difrakcija talasa, rasejanje talasa i druge pojave.

Iz Maxwellove teorije slijedi da elektromagnetski valovi moraju vršiti pritisak na tijelo koje apsorbira ili reflektira. Pritisak elektromagnetnog zračenja objašnjava se činjenicom da pod utjecajem električnog polja vala u tvari nastaju slabe struje, odnosno uređeno kretanje nabijenih čestica. Na ove struje djeluje amperova sila iz magnetskog polja vala, usmjerena u debljinu tvari. Ova sila stvara rezultujući pritisak. Obično je pritisak elektromagnetnog zračenja zanemarljiv. Na primjer, pritisak sunčevog zračenja koje dolazi na Zemlju na apsolutno apsorbirajuću površinu je približno 5 μPa.

Prve eksperimente za određivanje pritiska zračenja na reflektirajuća i apsorbirajuća tijela, koji su potvrdili zaključak Maxwellove teorije, izveo je izvanredni fizičar Moskovskog univerziteta P.N. Lebedev 1900. Otkriće tako malog efekta zahtijevalo je njegovu izuzetnu domišljatost i vještinu u postavljanju i izvođenju eksperimenta. Godine 1900. mogao je izmjeriti lagani pritisak na čvrsta tijela, a 1910. na plinove. Glavni dio P.I. uređaja Lebedev je koristio svjetlosne diskove prečnika 5 mm obješene na elastičnu nit (slika 5) unutar evakuirane posude za mjerenje svjetlosnog pritiska.

Slika 5 - Eksperiment P.I. Lebedeva

Diskovi su bili napravljeni od raznih metala i mogli su se zamijeniti tokom eksperimenata. Svjetlost iz jakog električnog luka bila je usmjerena na diskove. Kao rezultat izlaganja diskova svjetlosti, konac se uvrnuo i diskovi su se skretali. Rezultati eksperimenata P.I. Lebedev su bili u potpunosti dosljedni Maxwellovoj elektromagnetskoj teoriji i bili su od velike važnosti za njeno odobrenje.

Postojanje pritiska elektromagnetnih talasa nam omogućava da zaključimo da elektromagnetno polje karakteriše mehanički impuls.Ovaj odnos između mase i energije elektromagnetnog polja u jediničnoj zapremini je univerzalni zakon prirode. Prema specijalnoj teoriji relativnosti, to vrijedi za sva tijela, bez obzira na njihovu prirodu i unutrašnju strukturu.

Pošto je pritisak svetlosnog talasa veoma mali, on ne igra značajnu ulogu u pojavama sa kojima se susrećemo u svakodnevnom životu. Ali u kosmičkim i mikroskopskim sistemima suprotnih razmjera, uloga ovog efekta naglo raste. Dakle, gravitaciono privlačenje vanjskih slojeva materije svake zvijezde prema centru je uravnoteženo silom, kojoj značajan doprinos daje pritisak svjetlosti koja dolazi iz dubine zvijezde prema van. U mikrokosmosu, pritisak svjetlosti se manifestira, na primjer, u fenomenu izlazne svjetlosti iz atoma. To doživljava pobuđeni atom kada emituje svjetlost.

Svjetlosni pritisak igra značajnu ulogu u astrofizičkim pojavama, posebno u formiranju kometnih repova, zvijezda, itd. Pritisak svjetlosti dostiže značajnu vrijednost na mjestima gdje je fokusirano zračenje snažnih kvantnih generatora svjetlosti (lasera). Dakle, pritisak fokusiranog laserskog zračenja na površinu tanke metalne ploče može dovesti do njenog sloma, odnosno do pojave rupe na ploči. Dakle, elektromagnetno polje ima sve karakteristike materijalnih tijela – energiju, konačnu brzinu širenja, impuls, masu. Ovo sugerira da je elektromagnetno polje jedan od oblika postojanja materije.

), opisujući elektromagnetno polje, teoretski je pokazao da elektromagnetno polje u vakuumu može postojati i u odsustvu izvora - naboja i struja. Polje bez izvora ima oblik talasa koji se šire konačnom brzinom, koja je u vakuumu jednaka brzini svetlosti: With= 299792458±1,2 m/s. Podudarnost brzine prostiranja elektromagnetnih talasa u vakuumu sa prethodno izmerenom brzinom svetlosti omogućila je Maksvelu da zaključi da je svetlost elektromagnetni talas. Sličan zaključak kasnije je bio osnova elektromagnetske teorije svjetlosti.

Godine 1888. teorija elektromagnetnih valova dobila je eksperimentalnu potvrdu u eksperimentima G. Hertza. Koristeći izvor visokog napona i vibratore (vidi Hertz vibrator), Hertz je bio u mogućnosti da izvede suptilne eksperimente da odredi brzinu širenja elektromagnetnog talasa i njegovu dužinu. Eksperimentalno je potvrđeno da je brzina prostiranja elektromagnetnog vala jednaka brzini svjetlosti, što je dokazalo elektromagnetnu prirodu svjetlosti.

Godine 1860-1865 jedan od najvećih fizičara 19. veka James Clerk Maxwell stvorio teoriju elektromagnetno polje. Prema Maxwellu, fenomen elektromagnetne indukcije se objašnjava na sljedeći način. Ako se u određenoj tački u prostoru magnetsko polje mijenja u vremenu, tada se i tamo formira električno polje. Ako u polju postoji zatvoreni provodnik, tada električno polje izaziva indukovanu struju u njemu. Iz Maxwellove teorije slijedi da je moguć i obrnuti proces. Ako se u određenom području prostora električno polje mijenja s vremenom, tada se i tamo formira magnetno polje.

Dakle, svaka promjena u magnetskom polju tokom vremena dovodi do promjenjivog električnog polja, a svaka promjena u električnom polju tokom vremena dovodi do promjenjivog magnetskog polja. Ova naizmjenična električna i magnetska polja koja generiraju jedno drugo formiraju jedno elektromagnetno polje.

Osobine elektromagnetnih talasa

Najvažniji rezultat koji slijedi iz teorije elektromagnetnog polja koju je formulirao Maxwell je predviđanje mogućnosti postojanja elektromagnetnih valova. Elektromagnetski talas- širenje elektromagnetnih polja u prostoru i vremenu.

Elektromagnetski valovi, za razliku od elastičnih (zvučnih) valova, mogu se širiti u vakuumu ili bilo kojoj drugoj tvari.

Elektromagnetski talasi u vakuumu šire se brzinom c=299 792 km/s, odnosno brzinom svjetlosti.

U materiji je brzina elektromagnetnog talasa manja nego u vakuumu. Odnos između talasne dužine, njene brzine, perioda i frekvencije oscilacija dobijen za mehaničke talase važi i za elektromagnetne talase:

Fluktuacije vektora napona E i vektor magnetne indukcije B nastaju u međusobno okomitim ravninama i okomito na pravac prostiranja talasa (vektor brzine).

Elektromagnetski talas prenosi energiju.

Opseg elektromagnetnih talasa

Oko nas je složen svijet elektromagnetnih talasa različitih frekvencija: zračenja kompjuterskih monitora, mobilnih telefona, mikrotalasnih pećnica, televizora itd. Trenutno su svi elektromagnetni talasi podeljeni po talasnoj dužini u šest glavnih opsega.

Radio talasi- to su elektromagnetski valovi (valne dužine od 10000 m do 0,005 m), koji se koriste za prijenos signala (informacija) na udaljenosti bez žica. U radio komunikacijama, radio talasi se stvaraju visokofrekventnim strujama koje teku u anteni.

Elektromagnetno zračenje talasne dužine od 0,005 m do 1 mikrona, tj. koji se nalaze između opsega radio talasa i opsega vidljive svetlosti nazivaju se infracrveno zračenje. Infracrveno zračenje emituje svako zagrejano telo. Izvori infracrvenog zračenja su peći, baterije i električne lampe sa žarnom niti. Pomoću posebnih uređaja infracrveno zračenje se može pretvoriti u vidljivu svjetlost i dobiti slike zagrijanih predmeta u potpunom mraku.

TO vidljivo svetlo uključuju zračenje talasne dužine od približno 770 nm do 380 nm, od crvene do ljubičaste. Značaj ovog dijela spektra elektromagnetnog zračenja u ljudskom životu je izuzetno velik, jer čovjek gotovo sve informacije o svijetu oko sebe prima kroz vid.

Elektromagnetno zračenje sa talasnom dužinom kraćom od ljubičaste, nevidljivo oku, naziva se ultraljubičasto zračenje. Može ubiti patogene bakterije.

rendgensko zračenje nevidljiv za oko. Prolazi bez značajnije apsorpcije kroz značajne slojeve supstance koja je neprozirna za vidljivu svjetlost, koja se koristi za dijagnosticiranje bolesti unutrašnjih organa.

Gama zračenje naziva se elektromagnetno zračenje koje emituju pobuđena jezgra i koje nastaje interakcijom elementarnih čestica.

Princip radio komunikacije

Kao izvor elektromagnetnih talasa koristi se oscilatorno kolo. Za efektivno zračenje, kolo je „otvoreno“, tj. stvoriti uslove da polje „odlazi“ u svemir. Ovaj uređaj se zove otvoreni oscilirajući krug - antena.

Radio komunikacija je prijenos informacija pomoću elektromagnetnih valova, čije su frekvencije u rasponu od do Hz.

radar (radar)

Uređaj koji prenosi ultrakratke talase i odmah ih prima. Zračenje se vrši kratkim impulsima. Impulsi se reflektuju od objekata, što omogućava da se nakon prijema i obrade signala utvrdi udaljenost do objekta.

Radar brzine radi na sličnom principu. Razmislite o tome kako radar detektuje brzinu automobila u pokretu.