Az elektromágneses hullámok meghatározása. A deciméteres hullámok hatása. Elektromágneses sugárzás skála

Elektromágneses hullámok egy váltakozó elektromágneses tér terjedésének folyamata a térben. Elméletileg az elektromágneses hullámok létezését Maxwell angol tudós jósolta meg 1865-ben, és először Hertz német tudós szerezte meg kísérletileg 1888-ban.

Maxwell elméletéből kövessünk olyan képleteket, amelyek leírják a vektorok és a oszcillációit. A tengely mentén terjedő sík monokromatikus elektromágneses hullám x, az egyenletek írják le

Itt EÉs H- pillanatnyi értékek, és E m és H m - az elektromos és mágneses térerősség amplitúdóértékei, ω - körkörös frekvencia, k- hullámszám. Vektorok és oszcillálnak azonos frekvenciával és fázissal, egymásra merőlegesek, és emellett merőlegesek a vektorra - a hullámterjedés sebessége (3.7. ábra). Vagyis az elektromágneses hullámok keresztirányúak.

Vákuumban az elektromágneses hullámok sebességgel terjednek. Dielektromos állandójú közegben ε és a mágneses permeabilitás µ Az elektromágneses hullám terjedési sebessége egyenlő:

Az elektromágneses rezgések frekvenciája, valamint a hullámhossz elvileg bármi lehet. A hullámok frekvencia (vagy hullámhossz) szerinti osztályozását elektromágneses hullámskálának nevezzük. Az elektromágneses hullámokat több típusra osztják.

Rádióhullámok hullámhosszuk 10 3 és 10 -4 m között van.

Fényhullámok tartalmazza:

Röntgensugárzás - .

A fényhullámok elektromágneses hullámok, amelyek magukban foglalják a spektrum infravörös, látható és ultraibolya részeit. A látható spektrum elsődleges színeinek megfelelő vákuumban lévő fény hullámhosszait az alábbi táblázat mutatja. A hullámhossz nanométerben van megadva.

asztal

A fényhullámok tulajdonságai megegyeznek az elektromágneses hullámokkal.

1. A fényhullámok keresztirányúak.

2. A és a vektorok fényhullámban oszcillálnak.

A tapasztalatok azt mutatják, hogy minden típusú hatást (fiziológiai, fotokémiai, fotoelektromos stb.) az elektromos vektor rezgései okoznak. Neveztetik fény vektor .

A fényvektor amplitúdója E m-t gyakran betűvel jelölik Aés a (3.30) egyenlet helyett a (3.24) egyenletet használjuk.

3. Fénysebesség vákuumban.

A fényhullám sebességét közegben a (3.29) képlet határozza meg. Átlátszó hordozóknál (üveg, víz) viszont ez a szokásos.

A fényhullámok esetében bevezetik az abszolút törésmutató fogalmát.

Abszolút törésmutató a vákuumban lévő fénysebesség és az adott közegben lévő fénysebesség aránya

A (3.29)-ből, figyelembe véve azt a tényt, hogy transzparens médiára írhatjuk az egyenlőséget.

Vákuumhoz ε = 1 és n= 1. Bármilyen fizikai környezethez n> 1. Például vízhez n= 1,33, üvegnél. A nagyobb törésmutatójú közeget optikailag sűrűbbnek nevezzük. Az abszolút törésmutatók arányát ún relatív törésmutató:

4. A fényhullámok frekvenciája nagyon magas. Például hullámhosszú vörös fényre.

Amikor a fény egyik közegből a másikba kerül, a fény frekvenciája nem változik, de a sebesség és a hullámhossz változik.

Vákuumhoz - ; környezetre - , akkor

.

Ezért a fény hullámhossza a közegben egyenlő a vákuumban lévő fény hullámhosszának a törésmutatóhoz viszonyított arányával

5. Mivel a fényhullámok frekvenciája nagyon magas , akkor a megfigyelő szeme nem különbözteti meg az egyes rezgéseket, hanem átlagos energiaáramlásokat észlel. Ez bevezeti az intenzitás fogalmát.

Intenzitás a hullám által átvitt átlagos energia aránya az időtartamhoz és a hullám terjedési irányára merőleges terület területéhez:

Mivel a hullámenergia arányos az amplitúdó négyzetével (lásd a (3.25) képletet), az intenzitás arányos az amplitúdó négyzetének átlagos értékével

A fényintenzitás jellemzője, figyelembe véve annak vizuális érzetet keltő képességét, az fényáram - F .

6. A fény hullámtermészete megnyilvánul például olyan jelenségekben, mint az interferencia és a diffrakció.

1. fejezet

AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK ALAPVETŐ PARAMÉTEREI

Az elektromágneses hullám egyszerűen szemléltethető a következő példával. Ha egy kavicsot dob ​​a víz felszínére, hullámok képződnek a felszínen, körkörösen szétterülve. Eredetük (zavarásuk) forrásától bizonyos terjedési sebességgel mozognak. Az elektromágneses hullámok esetében a zavarok a térben mozgó elektromos és mágneses mezők. Az elektromágneses tér, amely idővel változik, szükségszerűen váltakozó mágneses tér megjelenését idézi elő, és fordítva. Ezek a mezők kölcsönösen összefüggenek.

Az elektromágneses hullámok spektrumának fő forrása a Napcsillag. Az elektromágneses hullámok spektrumának egy része az emberi szem számára látható. Ez a spektrum a 380...780 nm tartományba esik (1.1. ábra). A látható spektrumban a szem másképp érzékeli a fényt. A különböző hullámhosszú elektromágneses rezgések különböző színű fényérzetet okoznak.

Az elektromágneses hullámspektrum egy részét rádiótelevíziós és kommunikációs célokra használják. Az elektromágneses hullámok forrása egy vezeték (antenna), amelyben elektromos töltések oszcillálnak. A terepképződés folyamata, amely a vezeték közelében kezdődött, fokozatosan, pontról pontra lefedi az egész teret. Minél nagyobb a vezetéken áthaladó, elektromos vagy mágneses teret létrehozó váltakozó áram frekvenciája, annál intenzívebbek a vezeték által keltett adott hosszúságú rádióhullámok.

Az elektromágneses hullámok a következő fő jellemzőkkel rendelkeznek.

1. Hullámhossz lв, a tér két olyan pontja közötti legrövidebb távolság, amelynél a harmonikus elektromágneses hullám fázisa 360°-kal változik. A fázis egy periodikus folyamat állapota (szakasza) (1.2. ábra).

A földi televíziós műsorszórás méteres (MB) és deciméteres (UHF), míg a műholdas műsorszórás centiméteres hullámokat (CM) használ. Ahogy az SM frekvenciatartomány megtelik, a milliméteres hullámtartomány (Ka-sáv) elsajátításra kerül.

2. Hullám rezgési periódus T- az az idő, ameddig a térerősségben egy teljes változás következik be, vagyis az az idő, amely alatt a rádióhullám valamely fix fázisú pontja az lв hullámhosszal megegyező utat tesz meg.

3. Az elektromágneses tér rezgésének gyakorisága F(a mező oszcillációinak száma másodpercenként) a képlet határozza meg

A frekvencia mértékegysége a hertz (Hz), az a frekvencia, amelyen másodpercenként egy rezgés lép fel. A műholdas műsorszórásban nagyon magas gigahertzben mért elektromágneses rezgések frekvenciájával kell számolni.

Műholdas közvetlen televíziós műsorszóráshoz (SNTV) az űr-föld kapcsolaton keresztül a C-sáv alsó sávját és a Ku sáv egy részét (10,7...12,75 GGi) használják. Ezeknek a tartományoknak a felső része a Föld - Űr vonal mentén történő információtovábbításra szolgál (1.1. táblázat).

4. Hullámsebesség VAL VEL - energiaforrásból (antennából) származó egymást követő hullámterjedés sebessége.

A rádióhullámok terjedési sebessége a szabad térben (vákuum) állandó és megegyezik a fény sebességével C = 300 000 km/s. Ilyen nagy sebesség ellenére az elektromágneses hullám a Föld - Űr - Föld vonal mentén halad 0,24 s alatt. A földön a rádió- és televízióadások szinte azonnal foghatók bárhol. A valós térben, például levegőben terjedő rádióhullám sebessége a közeg tulajdonságaitól függ, általában kisebb VAL VEL a közeg törésmutatójának értékén.

Az elektromágneses hullámok F frekvenciája, terjedésének sebessége C és az l hullámhossz összefüggésben áll egymással.

lв=C/F, és mivel F=1/T majd lв=С*T.

Az utolsó képletbe behelyettesítve a C = 300 000 km/s sebességértéket, azt kapjuk

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

Nagy frekvenciák esetén az elektromágneses rezgés hullámhossza a következő képlettel határozható meg: lv(m)=300/F(MHz) Az elektromágneses oszcilláció hullámhosszának ismeretében a frekvencia az F(MHz)=300/lv képlettel határozható meg. (m)

5. A rádióhullámok polarizációja. Az elektromágneses tér elektromos és mágneses komponenseit a vektorok jellemzik E és N, amelyek a térerősségek értékét és azok irányát mutatják. A polarizáció az elektromos térvektor orientációja E hullámok a föld felszínéhez képest (1.2. ábra).

A rádióhullámok polarizációjának típusát az adóantennának a föld felszínéhez viszonyított tájolása (pozíciója) határozza meg. A földi és a műholdas televízió is lineáris polarizációt, azaz vízszintes polarizációt használ Nés függőleges V (1.3. ábra).

A vízszintes elektromos térvektorral rendelkező rádióhullámokat vízszintesen polarizáltnak, a függőleges elektromos mezővel rendelkezőket pedig függőlegesen polarizáltnak nevezzük. Ez utóbbi hullámok polarizációs síkja függőleges, a vektor pedig N(lásd 1.2. ábra) vízszintes síkban van.

Ha az adóantennát vízszintesen a föld felszíne fölé szerelik, akkor az elektromos térerővonalak is vízszintesen helyezkednek el. Ebben az esetben a mező a legnagyobb elektromotoros erőt (EMF) indukálja a vízszintesben

1.4. ábra. A rádióhullámok cirkuláris polarizációja:

LZ- bal; RZ- jobb

zónában elhelyezett vevőantenna. Ezért mikor N rádióhullámok polarizációja esetén a vevőantennát vízszintesen kell elhelyezni. Ebben az esetben elméletileg nem lesz rádióhullámok vétele egy függőlegesen elhelyezett antennán, mivel az antennában indukált emf nulla. Ezzel szemben, amikor az adóantenna függőleges helyzetben van, a vevőantennát is függőlegesen kell elhelyezni, ami lehetővé teszi a legmagasabb EMF elérését.

A mesterséges földi műholdakról (AES) származó televíziós műsorszórásban a lineáris polarizáció mellett a körkörös polarizációt is széles körben alkalmazzák. Ez furcsa módon a zsúfolt térnek köszönhető, mivel nagyszámú kommunikációs műhold és műhold található a közvetlen (élő) televíziós sugárzáshoz a pályán.

A műholdparaméter-táblázatokban gyakran rövidített jelölést adnak a körkörös polarizáció típusára - L és R. A rádióhullámok körkörös polarizációját például egy adóantenna betáplálásán kúpos spirál hozza létre. A spirál tekercselési irányától függően a körkörös polarizáció bal vagy jobb (1.4. ábra).

Ennek megfelelően a földi műholdas televíziós antenna betáplálásába polarizátort kell beépíteni, amely reagál a műhold adóantennája által kibocsátott rádióhullámok körkörös polarizációjára.

Tekintsük a nagyfrekvenciás oszcillációk és spektruma modulációjának kérdéseit műholdakról sugározva. Ezt a földi sugárzású rendszerekkel összehasonlítva célszerű megtenni.

A kép és az audio vivőfrekvenciák közötti távolság 6,5 MHz, az alsó oldalsáv fennmaradó része (a képhordozótól balra) 1,25 MHz, az audiocsatorna szélessége 0,5 MHz

(1.5. ábra). Ezt figyelembe véve a televíziós csatorna teljes szélességét 8,0 MHz-nek feltételezzük (a FÁK-országokban elfogadott D és K szabványok szerint).

Egy adó televíziónak két adója van. Az egyik elektromos képjeleket, a másik pedig hangot ad át különböző vivőfrekvenciákon. A vivő nagyfrekvenciás oszcillációjának valamely paraméterében (teljesítmény, frekvencia, fázis stb.) kisfrekvenciás rezgések hatására bekövetkező változást modulációnak nevezzük. A modulációnak két fő típusát alkalmazzák: amplitúdómodulációt (AM) és frekvenciamodulációt (FM). A televízióban a képjeleket AM, a hangot pedig az FM-ről továbbítják. A moduláció után az elektromos rezgések teljesítményben felerősödnek, majd az adóantennába jutva rádióhullámok formájában az űrbe (éterbe) bocsátják ki.

A földfelszíni televíziós műsorszórásban számos ok miatt lehetetlen az FM-et képjelek továbbítására használni. Az SM-en sokkal több hely van a levegőben, és van ilyen lehetőség. Ennek eredményeként a műholdas csatorna (transzponder) 27 MHz-es frekvenciasávot foglal el.

Az alvivő jel frekvenciamodulációjának előnyei:

alacsonyabb interferencia- és zajérzékenység az AM-hez képest, alacsony érzékenység a jelátviteli csatornák dinamikus jellemzőinek nemlinearitása iránt, valamint az átvitel stabilitása nagy távolságokon. Ezeket a jellemzőket az átviteli csatornák jelszintjének állandósága, az előhangsúlyok frekvenciakorrekciójának lehetőségével magyarázzák, ami jótékony hatással van a jel-zaj viszonyra, aminek köszönhetően az FM jelentősen csökkentheti a jel-zaj viszonyt. az adóteljesítményt, ha információt továbbít azonos távolságra. Például a földi sugárzású rendszerek olyan adókat használnak, amelyek 5-ször nagyobb teljesítményűek a képjelek továbbítására ugyanazon a televízióállomáson, mint az audiojelek továbbítására.

Az elektromágneses hullámok az elektromágneses mezők térben és időben történő terjedése.

Mint fentebb megjegyeztük, az elektromágneses hullámok létezését elméletileg a nagy angol fizikus, J. Maxwell jósolta meg 1864-ben. Elemezte az elektrodinamika minden akkor ismert törvényét, és kísérletet tett ezek alkalmazására időben változó elektromos és mágneses mezőkre. Bevezette a fizikába az örvény elektromos tér fogalmát, és az elektromágneses indukció törvényének új értelmezését javasolta, amelyet Faraday fedezett fel 1831-ben: a mágneses tér bármilyen változása örvényes elektromos teret hoz létre a környező térben, az erővonalak amelyek zárva vannak.

Inverz folyamat létezését feltételezte: az időben változó elektromos tér mágneses teret hoz létre a környező térben. Maxwell volt az első, aki leírta az anyag új formájának - az elektromágneses mezőnek a dinamikáját, és levezetett egy egyenletrendszert (Maxwell-egyenletek), amely összekapcsolja az elektromágneses mező jellemzőit annak forrásaival - elektromos töltésekkel és áramokkal. Az elektromágneses hullámban az elektromos és a mágneses mezők kölcsönös átalakulása következik be. A 2. a, b ábra az elektromos és mágneses mezők kölcsönös átalakulását szemlélteti.

2. ábra - Elektromos és mágneses mezők kölcsönös átalakulása: a) Az elektromágneses indukció törvénye Maxwell értelmezésében; b) Maxwell hipotézise. A változó elektromos tér mágneses teret hoz létre

Az elektromágneses tér elektromos és mágneses térre osztása a referenciarendszer megválasztásától függ. Valójában a nyugalmi töltések körül ugyanabban a vonatkoztatási rendszerben csak elektromos tér van; azonban ugyanezek a töltések egy másik referenciarendszerhez képest elmozdulnak, és ebben a referenciarendszerben az elektromos mellett mágneses teret is generálnak. Így Maxwell elmélete összekapcsolta az elektromos és a mágneses jelenségeket.

Ha oszcilláló töltések segítségével váltakozó elektromos vagy mágneses teret gerjesztünk, akkor a környező térben elektromos és mágneses mezők kölcsönös átalakulásának sorozata jelenik meg, amely pontról pontra terjed. Mindkét mező örvény, a vektorok pedig egymásra merőleges síkban helyezkednek el. Az elektromágneses tér terjedésének folyamatát a 3. ábra mutatja vázlatosan. Ez a folyamat, amely időben és térben periodikus, elektromágneses hullám.

3. ábra - Az elektromágneses tér terjedésének folyamata

Ez a hipotézis csak elméleti feltevés volt, amelynek nem volt kísérleti megerősítése, de ennek alapján Maxwell fel tudott írni egy konzisztens egyenletrendszert, amely leírja az elektromos és mágneses mezők kölcsönös átalakulását, azaz az elektromágneses tér egyenletrendszerét.

Tehát számos fontos következtetés következik Maxwell elméletéből - az elektromágneses hullámok alapvető tulajdonságairól.

Vannak elektromágneses hullámok, pl. térben és időben terjedő elektromágneses tér.

A természetben az elektromos és mágneses jelenségek egyetlen folyamat két oldalaként működnek.

Az elektromágneses hullámokat oszcilláló töltések bocsátják ki. A gyorsulás jelenléte az elektromágneses hullámok kibocsátásának fő feltétele, azaz.

• - a mágneses tér bármilyen változása örvény elektromos teret hoz létre a környező térben (2a. ábra).
• - az elektromos tér bármely változása a környező térben örvény mágneses teret gerjeszt, melynek indukciós vonalai a váltakozó elektromos tér intenzitásvonalaira merőleges síkban helyezkednek el és lefedik azokat (2b. ábra).

A kialakuló mágneses tér indukciós vonalai „jobboldali csavart” alkotnak a vektorral. Az elektromágneses hullámok keresztirányúak - vektorok és egymásra merőlegesek, és a hullám terjedési irányára merőleges síkban fekszenek (4. ábra).

4. ábra - Keresztirányú elektromágneses hullámok

Az elektromos tér időszakos változásai (E feszültségvektor) változó mágneses teret (B indukciós vektort) generálnak, amely viszont változó elektromos mezőt generál. Az E és B vektorok rezgései egymásra merőleges síkban és a hullámterjedési vonalra (sebességvektor) merőlegesen fordulnak elő, és bármely ponton fázisban vannak. Az elektromágneses hullámban az elektromos és mágneses erővonalak zártak. Az ilyen mezőket örvénymezőknek nevezzük.

Az elektromágneses hullámok véges sebességgel terjednek az anyagban, és ez ismét megerősítette a rövid hatótávolságú kölcsönhatás elméletének érvényességét.

Maxwell következtetése az elektromágneses hullámok véges terjedési sebességéről ellentmondott a nagy hatótávolságú hatás akkoriban elfogadott elméletének, amelyben az elektromos és mágneses terek terjedési sebességét végtelenül nagynak feltételezték. Ezért Maxwell elméletét a rövid távú cselekvés elméletének nevezik.

Az ilyen hullámok nemcsak gázokban, folyadékokban és szilárd anyagokban terjedhetnek, hanem vákuumban is.

Az elektromágneses hullámok sebessége vákuumban c=300 000 km/s. Az elektromágneses hullámok terjedési sebessége vákuumban az egyik alapvető fizikai állandó.

Az elektromágneses hullám terjedése dielektrikumban az elektromágneses energia folyamatos abszorpciója és újrakibocsátása egy anyag elektronjai és ionjai által, amely kényszerrezgéseket hajt végre a hullám váltakozó elektromos terében. Ebben az esetben a hullámsebesség a dielektrikumban csökken.

Az elektromágneses hullámok energiát hordoznak. Amikor a hullámok terjednek, elektromágneses energia áramlása keletkezik. Ha kiválasztunk egy S helyet (4. ábra), amely merőleges a hullámterjedés irányára, akkor rövid időn belül Dt a DWem energia áramlik át a helyszínen, egyenlő

DWem = (mi + wm)xSDt.

Amikor egyik közegből a másikba mozog, a hullám frekvenciája nem változik.

Az elektromágneses hullámokat az anyag elnyeli. Ennek oka az anyag töltött részecskéi általi rezonáns energiaelnyelés. Ha a dielektromos részecskék rezgésének természetes frekvenciája nagyon eltér az elektromágneses hullám frekvenciájától, akkor az abszorpció gyengén megy végbe, és a közeg átlátszóvá válik az elektromágneses hullám számára.

Amikor a két közeg közötti felületet érinti, a hullám egy része visszaverődik, egy része pedig átmegy a másik közegbe, megtörve. Ha a második közeg fém, akkor a második közegbe átvitt hullám gyorsan gyengül, és az energia nagy része (különösen az alacsony frekvenciájú rezgések) visszaverődik az első közegbe (a fémek átlátszatlanok az elektromágneses hullámokra).

A közegben terjedő elektromágneses hullámok, mint minden más hullám, törést és visszaverődést tapasztalhatnak a közegek közötti határfelületen, diszperziót, abszorpciót, interferenciát; Inhomogén közegben terjedéskor hullámdiffrakció, hullámszórás és egyéb jelenségek figyelhetők meg.

Maxwell elméletéből az következik, hogy az elektromágneses hullámoknak nyomást kell gyakorolniuk egy elnyelő vagy visszaverő testre. Az elektromágneses sugárzás nyomása azzal magyarázható, hogy a hullám elektromos mezőjének hatására az anyagban gyenge áramok keletkeznek, vagyis a töltött részecskék rendezett mozgása. Ezeket az áramokat a hullám mágneses mezőjéből az anyag vastagságába irányított Amper-erő befolyásolja. Ez az erő hozza létre a keletkező nyomást. Általában az elektromágneses sugárzás nyomása elhanyagolható. Például a Földre érkező napsugárzás nyomása egy abszolút elnyelő felületen megközelítőleg 5 μPa.

Az első kísérleteket a visszaverő és elnyelő testekre gyakorolt ​​sugárzási nyomás meghatározására, amelyek megerősítették Maxwell elméletének következtetését, a Moszkvai Egyetem kiváló fizikusa, P.N. Lebegyev 1900-ban. Egy ilyen csekély hatás felfedezéséhez rendkívüli találékonyságára és jártasságára volt szükség a kísérlet felállításában és lebonyolításában. 1900-ban szilárd anyagokon, 1910-ben gázokon mérhetett enyhe nyomást. A P.I. készülék fő része Lebedev 5 mm átmérőjű könnyű korongokat használt, amelyek rugalmas menetre voltak felfüggesztve (5. ábra) egy evakuált edényben a könnyű nyomás mérésére.

5. ábra - Kísérlet P.I. Lebedeva

A korongok különféle fémekből készültek, és a kísérletek során cserélhetők voltak. Erős elektromos ív fényét irányították a korongokra. A tárcsák fénynek való kitettsége következtében a menet megcsavarodott és a korongok elhajlottak. P.I. kísérleteinek eredményei. Lebegyev teljes mértékben összhangban volt Maxwell elektromágneses elméletével, és nagy jelentősége volt annak jóváhagyásában.

Az elektromágneses hullámok nyomásának megléte arra enged következtetni, hogy az elektromágneses teret mechanikai impulzus jellemzi, ez az egységnyi térfogatú elektromágneses tér tömege és energiája közötti összefüggés egyetemes természettörvény. A speciális relativitáselmélet szerint minden testre igaz, természetüktől és belső felépítésüktől függetlenül.

Mivel a fényhullám nyomása nagyon kicsi, nem játszik jelentős szerepet azokban a jelenségekben, amelyekkel a mindennapi életben találkozunk. De ellentétes léptékű kozmikus és mikroszkopikus rendszerekben ennek a hatásnak a szerepe meredeken megnő. Így az egyes csillagok külső anyagrétegeinek középponthoz való gravitációs vonzását egy erő egyensúlyozza ki, amihez jelentős mértékben hozzájárul a csillag mélyéből kifelé érkező fénynyomás. A mikrokozmoszban a fénynyomás megnyilvánul például az atomból érkező fény jelenségében. Ezt egy gerjesztett atom tapasztalja meg, amikor fényt bocsát ki.

A fénynyomás jelentős szerepet játszik az asztrofizikai jelenségekben, különösen az üstökösfarok, csillagok stb. A fénynyomás jelentős értéket ér el azokon a helyeken, ahol a nagy teljesítményű kvantumfénygenerátorok (lézerek) sugárzása fókuszál. Így a fókuszált lézersugárzás nyomása egy vékony fémlemez felületén annak meghibásodásához, azaz lyuk megjelenéséhez vezethet a lemezen. Így az elektromágneses tér rendelkezik az anyagi testek összes jellemzőjével - energia, véges terjedési sebesség, lendület, tömeg. Ez arra utal, hogy az elektromágneses tér az anyag létezésének egyik formája.

), az elektromágneses teret leíró elméletileg kimutatta, hogy az elektromágneses tér vákuumban létezhet források – töltések és áramok – hiányában. A források nélküli mező véges sebességgel terjedő hullámok alakja, amely vákuumban egyenlő a fénysebességgel: Val vel= 299792458±1,2 m/s. Az elektromágneses hullámok vákuumban terjedési sebességének egybeesése a korábban mért fénysebességgel lehetővé tette Maxwellnek, hogy arra a következtetésre jutott, hogy a fény elektromágneses hullám. Hasonló következtetés képezte később a fény elektromágneses elméletének alapját.

1888-ban az elektromágneses hullámok elmélete kísérleti megerősítést kapott G. Hertz kísérletei során. Egy nagyfeszültségű forrás és vibrátorok (lásd Hertz vibrátor) segítségével a Hertz finom kísérleteket tudott végrehajtani egy elektromágneses hullám terjedési sebességének és hosszának meghatározására. Kísérletileg igazolták, hogy az elektromágneses hullám terjedési sebessége megegyezik a fény sebességével, ami igazolta a fény elektromágneses természetét.

1860-1865-ben század egyik legnagyobb fizikusa James Clerk Maxwell elméletet alkotott elektromágneses mező. Maxwell szerint az elektromágneses indukció jelensége a következőképpen magyarázható. Ha a tér egy bizonyos pontján a mágneses tér időben megváltozik, akkor ott is keletkezik elektromos tér. Ha a mezőben zárt vezető van, akkor az elektromos tér indukált áramot okoz benne. Maxwell elméletéből az következik, hogy a fordított folyamat is lehetséges. Ha a tér egy bizonyos tartományában az elektromos tér idővel változik, akkor ott is mágneses tér jön létre.

Így a mágneses tér bármely időbeli változása változó elektromos mezőt, az elektromos tér időbeli változása pedig változó mágneses teret eredményez. Ezek az egymást generáló váltakozó elektromos és mágneses mezők egyetlen elektromágneses mezőt alkotnak.

Az elektromágneses hullámok tulajdonságai

A Maxwell által megfogalmazott elektromágneses tér elméletből következő legfontosabb eredmény az elektromágneses hullámok létezésének lehetőségének előrejelzése volt. Elektromágneses hullám- elektromágneses terek terjedése térben és időben.

Az elektromágneses hullámok, ellentétben a rugalmas (hang)hullámokkal, terjedhetnek vákuumban vagy bármilyen más anyagban.

Az elektromágneses hullámok vákuumban nagy sebességgel terjednek c=299 792 km/s, vagyis fénysebességgel.

Anyagban az elektromágneses hullám sebessége kisebb, mint a vákuumban. A mechanikai hullámokra kapott hullámhossz, sebessége, periódusa és rezgési frekvenciája közötti összefüggés az elektromágneses hullámokra is igaz:

Feszültségvektor-ingadozások Eés mágneses indukciós vektor B egymásra merőleges síkban és a hullámterjedés irányára merőlegesen fordulnak elő (sebességvektor).

Az elektromágneses hullám energiát ad át.

Elektromágneses hullámtartomány

Körülöttünk a különféle frekvenciájú elektromágneses hullámok összetett világa: számítógép-monitorok, mobiltelefonok, mikrohullámú sütők, televíziók stb. sugárzása. Jelenleg minden elektromágneses hullám hullámhossz szerint hat fő tartományra van felosztva.

Rádióhullámok- ezek elektromágneses hullámok (10000 m-től 0,005 m-ig terjedő hullámhosszúságú), jelek (információk) vezeték nélküli távolságra történő továbbítására szolgálnak. A rádiókommunikációban a rádióhullámokat az antennában folyó nagyfrekvenciás áramok hozzák létre.

0,005 m és 1 mikron közötti hullámhosszú elektromágneses sugárzás, azaz. a rádióhullám-tartomány és a látható fény tartománya között elhelyezkedő ún infravörös sugárzás. Infravörös sugárzást bármely felhevült test bocsát ki. Az infravörös sugárzás forrásai a kályhák, akkumulátorok és elektromos izzólámpák. Speciális eszközök segítségével az infravörös sugárzás látható fénnyé alakítható, és a felhevült tárgyakról teljes sötétségben készíthetünk képeket.

NAK NEK látható fény 770 nm-től 380 nm-ig terjedő hullámhosszú sugárzást foglalnak magukban, a vöröstől a liláig. Az elektromágneses sugárzás spektrumának ezen részének jelentősége az emberi életben rendkívül nagy, mivel az ember szinte minden információt látás útján kap a körülötte lévő világról.

Az ibolyánál rövidebb hullámhosszú, szem számára láthatatlan elektromágneses sugárzást nevezzük ultraibolya sugárzás. Elpusztíthatja a patogén baktériumokat.

Röntgensugárzás szemnek láthatatlan. Jelentős abszorpció nélkül halad át a látható fény számára átlátszatlan anyag jelentős rétegein, amelyet a belső szervek betegségeinek diagnosztizálására használnak.

Gamma sugárzás gerjesztett atommagok által kibocsátott és elemi részecskék kölcsönhatásából származó elektromágneses sugárzásnak nevezzük.

A rádiókommunikáció elve

Az elektromágneses hullámok forrásaként oszcillációs áramkört használnak. A hatékony sugárzás érdekében az áramkör „nyitva van”, azaz. feltételeket teremteni ahhoz, hogy a mező „menjen” az űrbe. Ezt az eszközt nyitott oszcilláló áramkörnek nevezik - antenna.

Rádióösszeköttetés az információ továbbítása elektromágneses hullámok segítségével, amelyek frekvenciája a és Hz tartományba esik.

Radar (radar)

Ultrarövid hullámokat továbbító és azonnal fogadó készülék. A sugárzás rövid impulzusokban történik. Az impulzusok visszaverődnek a tárgyakról, így a jel vétele és feldolgozása után megállapítható a tárgy távolsága.

A sebességradar hasonló elven működik. Gondoljon bele, hogyan érzékeli a radar a mozgó autó sebességét.