În 1864, James Clerk Maxwell a prezis posibilitatea existenței undelor electromagnetice în spațiu. El a înaintat această afirmație pe baza concluziilor care decurg din analiza tuturor datelor experimentale cunoscute la acea vreme referitoare la electricitate și magnetism.

Maxwell a unificat matematic legile electrodinamicii, conectând fenomenele electrice și magnetice, și astfel a ajuns la concluzia că câmpurile electrice și magnetice care se modifică în timp dau naștere reciproc.

Inițial, el a subliniat faptul că relația dintre fenomenele magnetice și electrice nu este simetrică și a introdus termenul de „câmp electric vortex”, oferind o explicație proprie, cu adevărat nouă, pentru fenomenul de inducție electromagnetică descoperit de Faraday: „fiecare schimbare în câmpul magnetic duce la apariția unui spațiu înconjurător al unui câmp electric vortex având linii de forță închise.

Potrivit lui Maxwell, a fost afirmația inversă că „un câmp electric în schimbare dă naștere unui câmp magnetic în spațiul înconjurător”, dar această afirmație a rămas la început doar o ipoteză.

Maxwell a notat un sistem de ecuații matematice care a descris în mod consecvent legile transformărilor reciproce ale câmpurilor magnetice și electrice, aceste ecuații au devenit ulterior ecuațiile de bază ale electrodinamicii și au devenit cunoscute sub numele de „ecuațiile lui Maxwell” în onoarea marelui om de știință care le-a notat. . Ipoteza lui Maxwell, bazată pe ecuațiile scrise, a avut câteva concluzii extrem de importante pentru știință și tehnologie, care sunt prezentate mai jos.

Undele electromagnetice chiar există

În spațiu pot exista unde electromagnetice transversale, care se propagă în timp. Faptul că undele sunt transversale este indicat de faptul că vectorii inducției magnetice B și intensității câmpului electric E sunt reciproc perpendiculari și ambii se află într-un plan perpendicular pe direcția de propagare a undei electromagnetice.

Viteza de propagare a undelor electromagnetice într-o substanță este finită și este determinată de proprietățile electrice și magnetice ale substanței prin care se propagă unda. În acest caz, lungimea undei sinusoidale λ este legată de viteza υ printr-o anumită relație exactă λ = υ / f, și depinde de frecvența f a oscilațiilor câmpului. Viteza c a unei unde electromagnetice în vid este una dintre constantele fizice fundamentale - viteza luminii în vid.

Din moment ce Maxwell a declarat caracterul finit al vitezei de propagare a undelor electromagnetice, aceasta a creat o contradicție între ipoteza lui și teoria cu rază lungă acceptată la acea vreme, potrivit căreia viteza de propagare a undelor ar fi trebuit să fie infinită. Prin urmare, teoria lui Maxwell a fost numită teoria acțiunii cu rază scurtă de acțiune.

Într-o undă electromagnetică, transformarea câmpurilor electrice și magnetice unul în celălalt are loc simultan, prin urmare densitățile volumetrice ale energiei magnetice și ale energiei electrice sunt egale între ele. Prin urmare, afirmația este adevărată că modulele intensității câmpului electric și inducției câmpului magnetic sunt interconectate în fiecare punct din spațiu prin următoarea relație:

O undă electromagnetică în procesul de propagare creează un flux de energie electromagnetică, iar dacă luăm în considerare aria într-un plan perpendicular pe direcția de propagare a undei, atunci în scurt timp o anumită cantitate de energie electromagnetică se va deplasa prin ea. Densitatea fluxului de energie electromagnetică este cantitatea de energie transportată de o undă electromagnetică prin suprafața unei unități de suprafață pe unitatea de timp. Prin înlocuirea valorilor vitezei, precum și a energiei magnetice și electrice, putem obține o expresie pentru densitatea fluxului în termeni de mărimi E și B.

Deoarece direcția de propagare a energiei undei coincide cu direcția vitezei de propagare a undei, fluxul de energie care se propagă într-o undă electromagnetică poate fi specificat folosind un vector direcționat în același mod ca și viteza de propagare a undei. Acest vector este numit „vectorul Poynting” – în onoarea fizicianului britanic Henry Poynting, care a dezvoltat în 1884 teoria propagării fluxului de energie al câmpului electromagnetic. Densitatea fluxului de energie a valurilor este măsurată în W/mp.

Când un câmp electric acționează asupra unei substanțe, în ea apar curenți mici, care sunt o mișcare ordonată a particulelor încărcate electric. Acești curenți din câmpul magnetic al unei unde electromagnetice sunt supuși acțiunii forței Ampère, care este îndreptată adânc în substanță. Forța lui Ampere și generează ca rezultat presiune.

Acest fenomen a fost mai târziu, în 1900, investigat și confirmat experimental de către fizicianul rus Pyotr Nikolaevici Lebedev, a cărui activitate experimentală a fost foarte importantă pentru confirmarea teoriei electromagnetismului a lui Maxwell și acceptarea și aprobarea ei în viitor.

Faptul că o undă electromagnetică exercită presiune face posibilă aprecierea prezenței unui impuls mecanic într-un câmp electromagnetic, care poate fi exprimat pentru o unitate de volum în termeni de densitate volumetrică a energiei electromagnetice și viteza de propagare a undelor în vid:

Deoarece impulsul este asociat cu mișcarea masei, se poate introduce un astfel de concept precum masa electromagnetică, iar apoi pentru o unitate de volum acest raport (în conformitate cu SRT) va lua caracterul unei legi universale a naturii și va fi valabil pentru orice corpuri materiale, indiferent de forma materiei. Și câmpul electromagnetic este atunci asemănător unui corp material - are energie W, masă m, impuls p și o viteză de propagare finită v. Adică câmpul electromagnetic este una dintre formele materiei care există de fapt în natură.

Pentru prima dată în 1888, Heinrich Hertz a confirmat experimental teoria electromagnetică a lui Maxwell. El a dovedit empiric realitatea undelor electromagnetice și a studiat proprietățile lor, cum ar fi refracția și absorbția în diferite medii, precum și reflectarea undelor de pe suprafețele metalice.

Hertz a măsurat lungimea de undă și a arătat că viteza de propagare a undei electromagnetice este egală cu viteza luminii. Lucrarea experimentală a lui Hertz a fost ultimul pas către recunoașterea teoriei electromagnetice a lui Maxwell. Șapte ani mai târziu, în 1895, fizicianul rus Alexander Stepanovici Popov a folosit undele electromagnetice pentru a crea comunicații fără fir.

În circuitele de curent continuu, sarcinile se mișcă cu o viteză constantă, iar undele electromagnetice în acest caz nu sunt radiate în spațiu. Pentru ca radiația să aibă loc, este necesar să se folosească o antenă în care sunt excitați curenți alternativi, adică curenți care își schimbă rapid direcția.

În forma sa cea mai simplă, un dipol electric de dimensiuni mici este potrivit pentru emisia de unde electromagnetice, în care momentul dipolului s-ar modifica rapid în timp. Este un astfel de dipol care se numește astăzi „dipolul hertzian”, a cărui dimensiune este de câteva ori mai mică decât lungimea de undă pe care o emite.

Atunci când este emis de un dipol hertzian, fluxul maxim de energie electromagnetică cade pe un plan perpendicular pe axa dipolului. Nu este emisă energie electromagnetică de-a lungul axei dipolului. În cele mai importante experimente ale lui Hertz, dipolii elementari au fost folosiți atât pentru emiterea, cât și pentru recepția undelor electromagnetice, și s-a dovedit existența undelor electromagnetice.

Undele electromagnetice, conform fizicii, sunt printre cele mai misterioase. În ele, energia chiar dispare în neant, apare de nicăieri. Nu există niciun alt obiect asemănător în toată știința. Cum au loc toate aceste transformări miraculoase?

Electrodinamica Maxwell

Totul a început cu faptul că omul de știință Maxwell încă din 1865, bazându-se pe munca lui Faraday, a derivat ecuația câmpului electromagnetic. Maxwell însuși credea că ecuațiile sale descriu torsiunea și tensiunea undelor în eter. Douăzeci și trei de ani mai târziu, Hertz a creat experimental astfel de perturbații în mediu și a reușit nu numai să le reconcilieze cu ecuațiile electrodinamicii, ci și să obțină legile care guvernează propagarea acestor perturbații. A apărut o tendință curioasă de a declara orice perturbații care sunt de natură electromagnetică drept unde hertziene. Cu toate acestea, aceste radiații nu sunt singura modalitate de a efectua transferul de energie.

Conexiune fără fir

Până în prezent, opțiunile posibile pentru implementarea unor astfel de comunicații fără fir includ:

Cuplaj electrostatic, numit și capacitiv;

inducţie;

actual;

Conexiune Tesla, adică conexiunea undelor de densitate electronică de-a lungul suprafețelor conductoare;

Cea mai largă gamă a celor mai obișnuiți purtători, care se numesc unde electromagnetice - de la frecvențe ultra joase la radiații gamma.

Merită să luați în considerare aceste tipuri de conexiuni mai detaliat.

Legătura electrostatică

Cei doi dipoli sunt forțe electrice cuplate în spațiu, ceea ce este o consecință a legii lui Coulomb. Acest tip de conexiune diferă de undele electromagnetice prin capacitatea de a conecta dipoli atunci când sunt amplasați pe aceeași linie. Odată cu creșterea distanțelor, puterea conexiunii se atenuează și se observă, de asemenea, o influență puternică a diferitelor interferențe.

cuplaj inductiv

Bazat pe câmpurile parazite magnetice ale inductanței. Se observă între obiecte care au inductanță. Aplicația sa este destul de limitată din cauza acțiunii la distanță scurtă.

Conexiune curentă

Datorită curenților de răspândire într-un mediu conducător, poate apărea o anumită interacțiune. Dacă prin terminale trec curenți (o pereche de contacte), atunci acești curenți pot fi detectați la o distanță considerabilă de contacte. Acesta este ceea ce se numește efectul răspândirii curentului.

Conexiune Tesla

Celebrul fizician Nikola Tesla a inventat comunicarea folosind unde pe o suprafață conductoare. Dacă într-un anumit loc al planului densitatea purtătorului de sarcină este perturbată, atunci acești purtători vor începe să se miște, ceea ce va tinde să restabilească echilibrul. Deoarece purtătorii au o natură inerțială, recuperarea are un caracter ondulatoriu.

Conexiune electromagnetică

Radiația undelor electromagnetice se distinge printr-o acțiune uriașă pe distanță lungă, deoarece amplitudinea lor este invers proporțională cu distanța până la sursă. Această metodă de comunicare fără fir este cea mai utilizată. Dar ce sunt undele electromagnetice? Mai întâi trebuie să faceți o scurtă digresiune în istoria descoperirii lor.

Cum au „apărut” undele electromagnetice?

Totul a început în 1829, când fizicianul american Henry a descoperit perturbări ale descărcărilor electrice în experimente cu borcanele Leyden. În 1832, fizicianul Faraday a sugerat existența unui astfel de proces precum undele electromagnetice. Maxwell și-a creat celebrele ecuații ale electromagnetismului în 1865. La sfârșitul secolului al XIX-lea, au existat multe încercări de succes de a crea comunicații fără fir folosind inducția electrostatică și electromagnetică. Faimosul inventator Edison a venit cu un sistem care le permitea pasagerilor de la calea ferată să trimită și să primească telegrame în timp ce trenul era în mișcare. În 1888, G. Hertz a demonstrat fără echivoc că undele electromagnetice apar folosind un dispozitiv numit vibrator. Hertz a efectuat un experiment privind transmiterea unui semnal electromagnetic pe o distanță. În 1890, inginerul și fizicianul francez Branly a inventat un dispozitiv pentru înregistrarea radiațiilor electromagnetice. Ulterior, acest dispozitiv a fost numit „conductor radio” (coherer). În 1891-1893, Nikola Tesla a descris principiile de bază pentru implementarea transmisiei semnalului pe distanțe lungi și a brevetat o antenă catarg, care era o sursă de unde electromagnetice. Alte merite în studiul valurilor și implementarea tehnică a producției și aplicării lor aparțin unor fizicieni și inventatori celebri precum Popov, Marconi, de Mor, Lodge, Mirhead și mulți alții.

Conceptul de „undă electromagnetică”

O undă electromagnetică este un fenomen care se propagă în spațiu cu o anumită viteză finită și este un câmp electric și magnetic alternativ. Deoarece câmpurile magnetice și electrice sunt indisolubil legate între ele, ele formează un câmp electromagnetic. Se mai poate spune că o undă electromagnetică este o perturbare a câmpului, iar în timpul propagării acestuia, energia pe care o are câmpul magnetic este convertită în energia câmpului electric și invers, conform electrodinamicii lui Maxwell. În exterior, aceasta este similară cu propagarea oricărui alt val în orice alt mediu, dar există și diferențe semnificative.

Care este diferența dintre undele electromagnetice și altele?

Energia undelor electromagnetice se propagă într-un mediu destul de de neînțeles. Pentru a compara aceste unde și oricare altele, este necesar să înțelegem despre ce fel de mediu de propagare vorbim. Se presupune că spațiul intra-atomic este umplut cu eter electric - un mediu specific, care este un dielectric absolut. Toate undele din timpul propagării arată tranziția energiei cinetice în energie potențială și invers. În același timp, maximul acestor energii este deplasat în timp și spațiu unul față de celălalt cu o pătrime din perioada totală a undei. În acest caz, energia medie a valurilor, fiind suma energiei potențiale și cinetice, este o valoare constantă. Dar cu undele electromagnetice, situația este diferită. Energiile ambelor câmpuri magnetice și electrice își ating valorile maxime simultan.

Cum se generează unda electromagnetică?

Materia unei unde electromagnetice este un câmp electric (eter). Câmpul în mișcare este structurat și este format din energia mișcării sale și energia electrică a câmpului însuși. Prin urmare, energia potențială a undei este legată de energia cinetică și este în fază. Natura unei unde electromagnetice este un câmp electric periodic care se află într-o stare de mișcare de translație în spațiu și se mișcă cu viteza luminii.

Curenți de deplasare

Există o altă modalitate de a explica ce sunt undele electromagnetice. Se presupune că în eter apar curenți de deplasare în timpul mișcării câmpurilor electrice neomogene. Ele apar, desigur, numai pentru un observator staționar din exterior. În momentul în care un parametru precum intensitatea câmpului electric atinge maximul, curentul de deplasare într-un anumit punct din spațiu se va opri. În consecință, la o tensiune minimă, se obține imaginea inversă. Această abordare clarifică natura ondulatorie a radiației electromagnetice, deoarece energia câmpului electric se dovedește a fi deplasată cu o pătrime din perioadă în raport cu curenții de deplasare. Atunci putem spune că perturbarea electrică, sau mai bine zis energia perturbării, se transformă în energia curentului de deplasare și invers și se propagă ondulatoriu într-un mediu dielectric.

Undele electromagnetice sunt rezultatul anilor de dezbateri și a miilor de experimente. Dovada prezenței unor forțe de origine naturală care pot transforma societatea actuală. Aceasta este acceptarea reală a unui adevăr simplu - știm prea puține despre lumea în care trăim.

Fizica este regina dintre științele naturii, capabilă să răspundă la întrebări despre originea nu numai a vieții, ci și a lumii în sine. Oferă oamenilor de știință capacitatea de a studia câmpurile electrice și magnetice, a căror interacțiune generează EMW (unde electromagnetice).

Ce este o undă electromagnetică

Nu cu mult timp în urmă, pe ecranele țării noastre a fost lansat filmul „Războiul curentelor” (2018), unde, cu un strop de ficțiune, povestește despre disputa dintre cei doi mari oameni de știință Edison și Tesla. Unul a încercat să demonstreze beneficiile curentului continuu, celălalt - de la curentul alternativ. Această lungă bătălie s-a încheiat abia în al șaptelea an al secolului XXI.

La începutul „bătăliei”, un alt om de știință, care lucrează la teoria relativității, a descris electricitatea și magnetismul ca fiind fenomene similare.

În al treizecilea an al secolului al XIX-lea, fizicianul de origine engleză Faraday a descoperit fenomenul inducției electromagnetice și a introdus termenul unității câmpurilor electrice și magnetice. El a mai susținut că mișcarea în acest domeniu este limitată de viteza luminii.

Puțin mai târziu, teoria savantului englez Maxwell a spus că electricitatea provoacă un efect magnetic, iar magnetismul provoacă apariția unui câmp electric. Deoarece ambele câmpuri se mișcă în spațiu și timp, ele formează perturbări - adică unde electromagnetice.

Mai simplu spus, o undă electromagnetică este o perturbare spațială a câmpului electromagnetic.

Experimental, existența EMW a fost dovedită de omul de știință german Hertz.

Undele electromagnetice, proprietățile și caracteristicile lor

Undele electromagnetice sunt caracterizate de următorii factori:

• lungime (gamă suficient de largă);
• frecvență;
• intensitatea (sau amplitudinea oscilației);
• cantitatea de energie.

Principala proprietate a tuturor radiațiilor electromagnetice este lungimea de undă (în vid), care este de obicei specificată în nanometri pentru spectrul luminii vizibile.

Fiecare nanometru reprezintă o miime de micrometru și este măsurat prin distanța dintre două vârfuri consecutive (vârfurile).

Frecvența de radiație corespunzătoare a unei unde este numărul de oscilații sinusoidale și invers proporțională cu lungimea de undă.

Frecvența este de obicei măsurată în Herți. Astfel, lungimi de undă mai mari corespund unei frecvențe mai scăzute a radiației, iar lungimi de undă mai scurte corespund unei frecvențe mai mari a radiației.

Principalele proprietăți ale undelor:

• refracţie;
• reflecţie;
• absorbţie;
• interferență.

viteza undelor electromagnetice

Viteza reală de propagare a undei electromagnetice depinde de materialul pe care îl are mediul, de densitatea sa optică și de prezența unui astfel de factor precum presiunea.

În plus, diferitele materiale au densități de „ambalaj” atomice diferite, cu cât sunt mai aproape, cu atât distanța este mai mică și viteza este mai mare. Ca urmare, viteza unei unde electromagnetice depinde de materialul prin care se deplasează.

Experimente similare sunt efectuate în ciocnitorul de hadron, unde principalul instrument de influență este o particulă încărcată. Studiul fenomenelor electromagnetice are loc acolo la nivel cuantic, când lumina este descompusă în cele mai mici particule - fotoni. Dar fizica cuantică este un subiect separat.

Conform teoriei relativității, cea mai mare viteză de propagare a undelor nu poate depăși viteza luminii. Limitarea limitei de viteză în scrierile sale a fost descrisă de Maxwell, explicând acest lucru prin prezența unui nou câmp - eterul. Știința oficială modernă nu a studiat încă o astfel de relație.

Radiația electromagnetică și tipurile sale

Radiația electromagnetică este formată din unde electromagnetice, care sunt observate ca fluctuații ale câmpurilor electrice și magnetice, care se propagă cu viteza luminii (300 km pe secundă în vid).

Când radiația EM interacționează cu materia, comportamentul acesteia se schimbă calitativ pe măsură ce frecvența se schimbă. De ce este convertit în:

1. Emisia radio. La frecvențele radio și la frecvențele de microunde, radiația em interacționează cu materia în primul rând ca un set comun de sarcini care sunt distribuite pe un număr mare de atomi afectați.
2. Radiatii infrarosii. Spre deosebire de radioul de joasă frecvență și radiațiile cu microunde, un emițător de infraroșu interacționează de obicei cu dipolii prezenți în moleculele individuale, care, pe măsură ce vibrează, se schimbă la capetele unei legături chimice la nivel atomic.
3. Emisia de lumina vizibila. Pe măsură ce frecvența crește în domeniul vizibil, fotonii au suficientă energie pentru a schimba structura legată a unor molecule individuale.
4. Radiația ultravioletă. Frecvența este în creștere. Acum există suficientă energie în fotonii ultravioleți (mai mult de trei volți) pentru a acționa de două ori asupra legăturilor moleculelor, rearanjandu-le în mod constant chimic.
5. Radiații ionizante. La cele mai înalte frecvențe și la cea mai mică lungime de undă. Absorbția acestor raze de către materie afectează întregul spectru gamma. Cel mai cunoscut efect este radiația.

Care este sursa undelor electromagnetice

Lumea, conform tinerei teorii a originii tuturor, a apărut datorită unui impuls. A eliberat energie colosală, care a fost numită o mare explozie. Așa a apărut primul val em din istoria universului.

În prezent, sursele de formare a perturbărilor includ:

• emv emite un vibrator artificial;
• rezultatul vibrației grupurilor atomice sau a unor părți de molecule;
• dacă există un impact asupra învelișului exterior al substanței (la nivel atomo-molecular);
• efect similar cu lumina;
• în timpul dezintegrarii nucleare;
• consecinta decelerarii electronilor.

Scara și aplicarea radiațiilor electromagnetice

Scala de radiație înseamnă o gamă largă de frecvență a undei de la 3·10 6 ÷10 -2 la 10 -9 ÷ 10 -14 .

Fiecare parte a spectrului electromagnetic are o gamă largă de aplicații în viața noastră de zi cu zi:

1. Unde de lungime mică (micundele). Aceste unde electrice sunt folosite ca semnal satelit deoarece sunt capabile să ocolească atmosfera pământului. De asemenea, o versiune ușor îmbunătățită este folosită pentru încălzire și gătit în bucătărie - acesta este un cuptor cu microunde. Principiul gătirii este simplu - sub influența radiațiilor cu microunde, moleculele de apă sunt absorbite și accelerate, ceea ce face ca vasul să se încălzească.
2. Perturbațiile lungi sunt utilizate în tehnologiile radio (unde radio). Frecvența lor nu permite trecerea norilor și a atmosferei, datorită cărora ne sunt disponibile radioul și televiziunea FM.
3. Perturbarea în infraroșu este direct legată de căldură. Este aproape imposibil să-l vezi. Încercați să observați fără echipament special un fascicul de la telecomanda televizorului, a centrului muzical sau a radioului din mașină. Dispozitivele capabile să citească astfel de unde sunt folosite în armatele țărilor (dispozitiv de vedere pe timp de noapte). De asemenea, în plitele cu inducție din bucătării.
4. Ultravioletele sunt, de asemenea, legate de căldură. Cel mai puternic „generator” natural al unor astfel de radiații este soarele. Din cauza acțiunii radiațiilor ultraviolete se formează bronzul pe pielea unei persoane. În medicină, acest tip de val este folosit pentru a dezinfecta instrumentele, uciderea germenilor și.
5. Razele gamma sunt cel mai puternic tip de radiație în care se concentrează o perturbare de unde scurte cu o frecvență înaltă. Energia conținută în această parte a spectrului electromagnetic conferă razelor o putere de penetrare mai mare. Aplicabil în fizica nucleară - pașnică, arme nucleare - utilizare în luptă.

Influența undelor electromagnetice asupra sănătății umane

Măsurarea impactului emv asupra oamenilor este responsabilitatea oamenilor de știință. Dar nu trebuie să fii un specialist pentru a evalua intensitatea radiațiilor ionizante - provoacă modificări la nivelul ADN-ului uman, ceea ce implică boli atât de grave precum oncologia.

Nu e de mirare că impactul negativ al dezastrului de la Cernobîl este considerat unul dintre cele mai periculoase pentru natură. Câțiva kilometri pătrați din teritoriul cândva frumos au devenit o zonă de excludere completă. Până la sfârșitul secolului, o explozie la centrala nucleară de la Cernobîl este periculoasă până la sfârșitul timpului de înjumătățire al radionuclizilor.

Unele tipuri de emv (radio, infraroșu, ultraviolete) nu provoacă prea mult rău unei persoane și sunt doar disconfort. La urma urmei, câmpul magnetic al pământului practic nu este simțit de noi, dar emv-ul de la un telefon mobil poate provoca o durere de cap (impact asupra sistemului nervos).

Pentru a vă proteja sănătatea de electromagnetism, trebuie pur și simplu să utilizați măsuri de precauție rezonabile. În loc de sute de ore de joc pe calculator, ieși la o plimbare.

este procesul de propagare a interacțiunii electromagnetice în spațiu.
Undele electromagnetice sunt descrise de ecuațiile lui Maxwell comune fenomenelor electromagnetice. Chiar și în absența sarcinilor electrice și a curenților în spațiu, ecuațiile lui Maxwell au soluții diferite de zero. Aceste soluții descriu unde electromagnetice.
În absența sarcinilor și a curenților, ecuațiile lui Maxwell iau următoarea formă:

,

Aplicând operația putrezire la primele două ecuații, puteți obține ecuații separate pentru determinarea intensității câmpurilor electrice și magnetice.

Aceste ecuații au forma tipică de ecuații de undă. Decuplările lor sunt suprapunerea expresiilor de tipul următor

Unde - Un anumit vector, care se numește vector de undă, ? - un număr numit frecvență ciclică, ? - faza. Mărimile sunt amplitudinile componentelor electrice și magnetice ale undei electromagnetice. Ele sunt reciproc perpendiculare și egale în valoare absolută. Interpretarea fizică a fiecăreia dintre mărimile introduse este dată mai jos.
În vid, o undă electromagnetică se deplasează cu o viteză numită viteza luminii. Viteza luminii este o constantă fizică fundamentală, care este indicată de litera latină c. Conform postulatului de bază al teoriei relativității, viteza luminii este viteza maximă posibilă de transfer de informații sau de mișcare a corpului. Această viteză este de 299.792.458 m/s.
Unda electromagnetică este caracterizată de frecvență. Distingeți frecvența liniei? si frecventa ciclica? = 2??. În funcție de frecvență, undele electromagnetice aparțin unuia dintre intervalele spectrale.
O altă caracteristică a undei electromagnetice este vectorul de undă. Vectorul de undă determină direcția de propagare a undei electromagnetice, precum și lungimea acesteia. Valoarea absolută a vectorului vântului se numește număr de undă.
Lungimea undei electromagnetice? = 2? / k, unde k este numărul de undă.
Lungimea undei electromagnetice este legată de frecvență prin legea dispersiei. În gol, această conexiune este simplă:

?? = c.

Acest raport este adesea scris ca

? = c k.

Undele electromagnetice cu aceeași frecvență și vector de undă pot diferi în fază.
În vid, vectorii de putere ai câmpurilor electrice și magnetice ale unei unde electromagnetice sunt în mod necesar perpendiculari pe direcția de propagare a undei. Astfel de unde se numesc unde transversale. Din punct de vedere matematic, acest lucru este descris de ecuațiile și . În plus, intensitățile câmpurilor electrice și magnetice sunt perpendiculare între ele și sunt întotdeauna egale în valoare absolută în orice punct din spațiu: E = H. Dacă alegeți sistemul de coordonate astfel încât axa z să coincidă cu direcția de propagare a undei electromagnetice, există două posibilități diferite pentru direcțiile vectorilor de intensitate a câmpului electric. Dacă câmpul eclectic este îndreptat de-a lungul axei x, atunci câmpul magnetic va fi direcționat de-a lungul axei y și invers. Aceste două posibilități diferite nu se exclud reciproc și corespund două polarizări diferite. Această problemă este discutată mai detaliat în articolul Polarizarea undelor.
Domenii spectrale cu lumină vizibilă selectată În funcție de frecvență sau lungime de undă (aceste cantități sunt legate), undele electromagnetice sunt clasificate în diferite domenii. Undele din diferite game interacționează cu corpurile fizice în moduri diferite.
Undele electromagnetice cu cea mai joasă frecvență (sau cea mai mare lungime de undă) sunt denumite raza radio. Banda radio este folosită pentru a transmite semnale la distanță folosind radio, televiziune, telefoane mobile. Radarul funcționează în raza radio. Raza radio este împărțită în metru, disemetru, centimetru, milimetru, în funcție de lungimea undei electromagnetice.
Este posibil ca undele electromagnetice să aparțină domeniului infraroșu. În domeniul infraroșu se află radiația termică a corpului. Înregistrarea acestei vibrații stă la baza funcționării dispozitivelor de vedere pe timp de noapte. Undele infraroșii sunt folosite pentru a studia vibrațiile termice din corpuri și ajută la stabilirea structurii atomice a solidelor, gazelor și lichidelor.
Radiația electromagnetică cu o lungime de undă de la 400 nm la 800 nm aparține domeniului luminii vizibile. Lumina vizibilă are culori diferite în funcție de frecvență și lungime de undă.
Se numesc lungimi de undă mai mici de 400 nm ultraviolet. Ochiul uman nu le distinge, deși proprietățile lor nu diferă de proprietățile undelor din domeniul vizibil. Frecvența înaltă și, în consecință, energia cuantelor unei astfel de lumini duce la un efect mai distructiv al undelor ultraviolete asupra obiectelor biologice. Suprafața pământului este protejată de efectele nocive ale undelor ultraviolete de către stratul de ozon. Pentru o protecție suplimentară, natura a înzestrat oamenii cu piele întunecată. Cu toate acestea, oamenii au nevoie de raze ultraviolete pentru a produce vitamina D. De aceea oamenii din latitudinile nordice, unde intensitatea undelor ultraviolete este mai puțin intensă, și-au pierdut culoarea închisă a pielii.
Undele electromagnetice de frecvență mai înaltă sunt raze X gamă. Ele sunt numite astfel pentru că au fost descoperite de Roentgen, studiind radiația care se formează în timpul decelerației electronilor. În literatura străină se numesc astfel de valuri raze X respectând dorinţa lui Roentgen ca razele să nu-l numească pe numele lui. Undele de raze X interacționează slab cu materia, fiind absorbite mai puternic acolo unde densitatea este mai mare. Acest fapt este folosit în medicină pentru fluorografia cu raze X. Undele de raze X sunt, de asemenea, folosite pentru analiza elementară și studiul structurii corpurilor cristaline.
au cea mai mare frecvență și cea mai scurtă lungime ?-razele. Astfel de raze se formează ca rezultat al reacțiilor nucleare și al reacțiilor dintre particulele elementare. razele ? au un mare efect distructiv asupra obiectelor biologice. Cu toate acestea, ele sunt folosite în fizică pentru a studia diferite caracteristici ale nucleului atomic.
Energia unei unde electromagnetice este determinată de suma energiilor câmpurilor electrice și magnetice. Densitatea de energie într-un anumit punct al spațiului este dată de:

.

Densitatea de energie medie în timp este egală cu.

,

Unde E 0 = H 0 este amplitudinea undei.
Densitatea fluxului de energie al unei unde electromagnetice este de mare importanță. În special, determină fluxul luminos în optică. Densitatea fluxului de energie al unei unde electromagnetice este dată de vectorul Umov-Poynting.

Propagarea undelor electromagnetice într-un mediu are o serie de caracteristici în comparație cu propagarea în vid. Aceste caracteristici sunt legate de proprietățile mediului și depind în general de frecvența undei electromagnetice. Componentele electrice și magnetice ale undei provoacă polarizarea și magnetizarea mediului. Acest răspuns al mediului nu este același în cazul frecvențelor joase și înalte. La o frecvență scăzută a undei electromagnetice, electronii și ionii substanței au timp să răspundă la schimbările de intensitate a câmpurilor electrice și magnetice. Răspunsul mediului urmărește fluctuațiile temporale în valuri. La o frecvență înaltă, electronii și ionii substanței nu au timp să se deplaseze în perioada de oscilație a câmpurilor de undă și, prin urmare, polarizarea și magnetizarea mediului sunt mult mai mici.
Câmpul electromagnetic de joasă frecvență nu pătrunde în metale, unde există mulți electroni liberi, care sunt deplasați în acest fel, stinge complet unda electromagnetică. O undă electromagnetică începe să pătrundă în metal la o frecvență care depășește o anumită frecvență, care se numește frecvența plasmei. La frecvențe mai mici decât frecvența plasmei, o undă electromagnetică poate pătrunde în stratul de suprafață al metalului. Acest fenomen se numește efect de piele.
În dielectrici, legea de dispersie a undei electromagnetice se modifică. Dacă undele electromagnetice se propagă cu o amplitudine constantă în vid, atunci într-un mediu se degradează datorită absorbției. În acest caz, energia undei este transferată către electronii sau ionii mediului. În total, legea dispersiei în absența efectelor magnetice ia forma

Unde numărul de undă k este o mărime totală complexă, a cărei parte imaginară descrie scăderea amplitudinii undei electromagnetice, este permisivitatea complexă dependentă de frecvență a mediului.
În mediile anizotrope, direcția vectorilor câmpurilor electrice și magnetice nu este neapărat perpendiculară pe direcția de propagare a undelor. Cu toate acestea, direcția vectorilor de inducție electrică și magnetică păstrează această proprietate.
Într-un mediu, în anumite condiții, se poate propaga un alt tip de undă electromagnetică - o undă electromagnetică longitudinală, pentru care direcția vectorului intensității câmpului electric coincide cu direcția de propagare a undei.
La începutul secolului al XX-lea, pentru a explica spectrul de radiații al unui corp negru, Max Planck a sugerat că undele electromagnetice sunt emise de cuante cu energie proporțională cu frecvența. Câțiva ani mai târziu, Albert Einstein, explicând fenomenul efectului fotoelectric, a extins această idee presupunând că undele electromagnetice sunt absorbite de aceleași cuante. Astfel, a devenit clar că undele electromagnetice sunt caracterizate de unele proprietăți care au fost atribuite anterior particulelor materiale, corpusculilor.
Această idee se numește dualism cu unde corpusculare.

Undele electromagnetice (al căror tabel va fi dat mai jos) sunt perturbări ale câmpurilor magnetice și electrice care sunt distribuite în spațiu. Există mai multe tipuri de ele. Fizica este studiul acestor perturbații. Undele electromagnetice se formează datorită faptului că un câmp electric alternativ generează unul magnetic, iar acesta, la rândul său, generează unul electric.

Istoria cercetării

Primele teorii, care pot fi considerate cele mai vechi versiuni ale ipotezelor despre undele electromagnetice, datează cel puțin din vremea lui Huygens. În acea perioadă, ipotezele au atins o dezvoltare cantitativă pronunțată. Huygens a publicat în 1678 un fel de „schiță” a teoriei – „Tratat de lumină”. În 1690, a publicat și o altă lucrare remarcabilă. S-a conturat teoria calitativă a reflexiei, a refracției în forma în care este încă prezentată în manualele școlare („Unde electromagnetice”, clasa a 9-a).

În același timp, a fost formulat principiul lui Huygens. Cu ajutorul acestuia, a devenit posibil să se studieze mișcarea frontului de undă. Acest principiu a fost dezvoltat ulterior în lucrările lui Fresnel. Principiul Huygens-Fresnel a avut o importanță deosebită în teoria difracției și în teoria ondulatorie a luminii.

În anii 1660-1670, Hooke și Newton au adus o mare contribuție experimentală și teoretică la cercetare. Cine a descoperit undele electromagnetice? Cine a condus experimentele care le-au dovedit existența? Care sunt tipurile de unde electromagnetice? Mai multe despre asta mai târziu.

Justificarea lui Maxwell

Înainte de a vorbi despre cine a descoperit undele electromagnetice, trebuie spus că primul om de știință care le-a prezis existența a fost Faraday. Și-a prezentat ipoteza în 1832. Teoria a fost dezvoltată mai târziu de Maxwell. Până în 1865 a terminat această lucrare. Ca urmare, Maxwell a formalizat teoria strict matematic, fundamentand existenta fenomenelor luate in considerare. El a determinat, de asemenea, viteza de propagare a undelor electromagnetice, care a coincis cu valoarea utilizată atunci a vitezei luminii. Aceasta, la rândul său, i-a permis să fundamenteze ipoteza că lumina este unul dintre tipurile de radiații luate în considerare.

Descoperire experimentală

Teoria lui Maxwell și-a găsit confirmarea în experimentele lui Hertz din 1888. Aici trebuie spus că fizicianul german și-a efectuat experimentele pentru a infirma teoria, în ciuda justificării ei matematice. Cu toate acestea, datorită experimentelor sale, Hertz a devenit primul care a descoperit undele electromagnetice în practică. În plus, în timpul experimentelor sale, omul de știință a dezvăluit proprietățile și caracteristicile radiațiilor.

Hertz a obținut oscilații și unde electromagnetice prin excitarea unei serii de impulsuri ale unui flux în schimbare rapidă într-un vibrator folosind o sursă de tensiune crescută. Fluxurile de înaltă frecvență pot fi detectate folosind o buclă. În acest caz, frecvența de oscilație va fi cu atât mai mare, cu atât capacitatea și inductanța acesteia sunt mai mari. Dar, în același timp, o frecvență ridicată nu este o garanție a unui flux intens. Pentru a-și desfășura experimentele, Hertz a folosit un dispozitiv destul de simplu, care astăzi se numește „vibratorul Hertz”. Dispozitivul este un circuit oscilator de tip deschis.

Diagrama experienței lui Hertz

Înregistrarea radiațiilor a fost efectuată folosind un vibrator receptor. Acest dispozitiv avea același design ca și dispozitivul radiant. Sub influența unei unde electromagnetice a unui câmp electric alternativ, o oscilație de curent a fost excitată în dispozitivul de recepție. Dacă în acest dispozitiv frecvența sa naturală și frecvența fluxului au coincis, atunci a apărut o rezonanță. Ca urmare, au apărut perturbări în dispozitivul de recepție cu o amplitudine mai mare. Cercetătorul le-a descoperit observând scânteile dintre conductori într-un mic decalaj.

Astfel, Hertz a devenit primul care a descoperit undele electromagnetice, și-a dovedit capacitatea de a fi bine reflectate de conductori. El a fundamentat practic formarea radiațiilor în picioare. În plus, Hertz a determinat viteza de propagare a undelor electromagnetice în aer.

Studiul caracteristicilor

Undele electromagnetice se propagă în aproape toate mediile. Într-un spațiu care este umplut cu materie, radiația poate fi, în unele cazuri, distribuită destul de bine. Dar în același timp își schimbă oarecum comportamentul.

Undele electromagnetice în vid sunt determinate fără atenuare. Ele sunt distribuite pe orice distanță, arbitrar de mare. Principalele caracteristici ale undelor includ polarizarea, frecvența și lungimea. Descrierea proprietăților se realizează în cadrul electrodinamicii. Cu toate acestea, ramuri mai specifice ale fizicii se ocupă de caracteristicile radiațiilor în anumite regiuni ale spectrului. Acestea includ, de exemplu, optica.

Secțiunea de înaltă energie se ocupă cu studiul radiațiilor electromagnetice dure ale capătului spectral cu lungime de undă scurtă. Luând în considerare ideile moderne, dinamica încetează să mai fie o disciplină independentă și este combinată cu o singură teorie.

Teorii aplicate în studiul proprietăților

Astăzi, există diverse metode care contribuie la modelarea și studiul manifestărilor și proprietăților oscilațiilor. Cea mai fundamentală dintre teoriile dovedite și finalizate este electrodinamica cuantică. Din aceasta, prin anumite simplificări, devine posibilă obținerea următoarelor metode, care sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii.

Descrierea radiațiilor de frecvență relativ joasă într-un mediu macroscopic se realizează folosind electrodinamica clasică. Se bazează pe ecuațiile lui Maxwell. În același timp, există simplificări în aplicațiile aplicate. Un studiu optic folosește optica. Teoria undelor este utilizată în cazurile în care unele părți ale sistemului optic sunt apropiate ca mărime de lungimile de undă. Optica cuantică este utilizată atunci când procesele de împrăștiere și absorbție a fotonilor sunt esențiale.

Teoria optică geometrică este cazul limită în care lungimea de undă este lăsată să fie neglijată. Există, de asemenea, câteva secțiuni aplicate și fundamentale. Acestea includ, de exemplu, astrofizica, biologia percepției vizuale și fotosintezei și fotochimia. Cum sunt clasificate undele electromagnetice? Un tabel care ilustrează distribuția în grupuri este prezentat mai jos.

Clasificare

Există intervale de frecvență ale undelor electromagnetice. Nu există tranziții ascuțite între ele, uneori se suprapun. Granițele dintre ele sunt destul de arbitrare. Datorită faptului că fluxul este distribuit continuu, frecvența este asociată rigid cu lungimea. Mai jos sunt domeniile undelor electromagnetice.

Radiația ultrascurtă este de obicei împărțită în micrometru (submilimetru), milimetru, centimetru, decimetru, metru. Dacă radiația electromagnetică este mai mică de un metru, atunci se numește în mod obișnuit o oscilație de ultra-înaltă frecvență (SHF).

Tipuri de unde electromagnetice

Mai sus sunt intervalele undelor electromagnetice. Care sunt tipurile de fluxuri? Grupul include raze gamma și X. În același timp, trebuie spus că atât lumina ultravioletă, cât și chiar lumina vizibilă sunt capabile să ionizeze atomii. Granițele în care sunt situate fluxurile gamma și de raze X sunt determinate mai degrabă condiționat. Limitele de 20 eV - 0,1 MeV sunt acceptate ca orientare generală. Fluxurile gamma în sens restrâns sunt emise de nucleu, razele X sunt emise de învelișul atomic de electroni în procesul de eliminare a electronilor de pe orbitele joase. Cu toate acestea, această clasificare nu este aplicabilă radiațiilor dure generate fără participarea nucleelor ​​și atomilor.

Curenții de raze X se formează în timpul decelerației particulelor rapide încărcate (protoni, electroni și altele) și din cauza proceselor care au loc în interiorul învelișurilor de electroni atomici. Oscilațiile gamma apar ca urmare a proceselor din interiorul nucleelor ​​atomilor și în timpul transformării particulelor elementare.

fluxuri radio

Datorită valorii mari a lungimilor, aceste unde pot fi considerate fără a ține cont de structura atomistică a mediului. Singurele excepții sunt cele mai scurte fluxuri, care sunt adiacente regiunii infraroșii a spectrului. În domeniul radio, proprietățile cuantice ale oscilațiilor se manifestă destul de slab. Cu toate acestea, acestea trebuie luate în considerare, de exemplu, atunci când se analizează standardele de timp și frecvență moleculară în timpul răcirii echipamentului la o temperatură de câțiva kelvin.

Proprietățile cuantice sunt, de asemenea, luate în considerare atunci când se descriu oscilatoare și amplificatoare în intervalele milimetrice și centimetrice. Fluxul radio se formează în timpul mișcării curentului alternativ prin conductorii de frecvență corespunzătoare. O undă electromagnetică care trece în spațiu excită unda corespunzătoare. Această proprietate este utilizată în proiectarea antenelor în ingineria radio.

Fluxuri vizibile

Radiația vizibilă ultravioletă și infraroșu în sensul larg al cuvântului este așa-numita parte optică a spectrului. Selecția acestei regiuni este determinată nu numai de apropierea zonelor corespunzătoare, ci și de similitudinea instrumentelor utilizate în studiu și dezvoltate în principal în timpul studiului luminii vizibile. Acestea includ, în special, oglinzi și lentile pentru focalizarea radiațiilor, rețele de difracție, prisme și altele.

Frecvențele undelor optice sunt comparabile cu cele ale moleculelor și atomilor, iar lungimile lor sunt comparabile cu distanțele intermoleculare și dimensiunile moleculare. Prin urmare, fenomenele care se datorează structurii atomiste a materiei devin semnificative în acest domeniu. Din același motiv, lumina, împreună cu proprietățile undelor, are și proprietăți cuantice.

Apariția fluxurilor optice

Cea mai cunoscută sursă este Soarele. Suprafața stelei (fotosfera) are o temperatură de 6000 Kelvin și emite lumină albă strălucitoare. Cea mai mare valoare a spectrului continuu este situată în zona „verde” - 550 nm. Există și un maxim de sensibilitate vizuală. Oscilațiile în domeniul optic apar atunci când corpurile sunt încălzite. Prin urmare, fluxurile în infraroșu sunt denumite și termice.

Cu cât încălzirea corpului este mai puternică, cu atât frecvența este mai mare, unde se află maximul spectrului. Cu o anumită creștere a temperaturii, se observă căldură (strălucire în domeniul vizibil). În acest caz, apare mai întâi culoarea roșie, apoi galbenul și așa mai departe. Crearea și înregistrarea fluxurilor optice poate avea loc în reacții biologice și chimice, dintre care una este folosită în fotografie. Pentru majoritatea creaturilor care trăiesc pe Pământ, fotosinteza acționează ca o sursă de energie. Această reacție biologică are loc la plante sub influența radiației optice solare.

Caracteristicile undelor electromagnetice

Proprietățile mediului și sursei influențează caracteristicile fluxurilor. Aceasta stabilește, în special, dependența de timp a câmpurilor, care determină tipul de flux. De exemplu, atunci când distanța de la vibrator se modifică (pe măsură ce crește), raza de curbură devine mai mare. Ca rezultat, se formează o undă electromagnetică plană. Interacțiunea cu materia are loc și în moduri diferite.

Procesele de absorbție și emisie de fluxuri, de regulă, pot fi descrise folosind relații electrodinamice clasice. Pentru undele din regiunea optică și pentru razele dure, cu atât mai mult, trebuie luată în considerare natura lor cuantică.

Surse de flux

În ciuda diferenței fizice, peste tot - într-o substanță radioactivă, un emițător de televiziune, o lampă cu incandescență - undele electromagnetice sunt excitate de sarcini electrice care se mișcă cu accelerație. Există două tipuri principale de surse: microscopice și macroscopice. În primul, există o tranziție bruscă a particulelor încărcate de la unul la altul în interiorul moleculelor sau atomilor.

Sursele microscopice emit radiații X, gamma, ultraviolete, infraroșii, vizibile și, în unele cazuri, radiații cu unde lungi. Un exemplu al acestuia din urmă este linia din spectrul hidrogenului, care corespunde unei undă de 21 cm.Acest fenomen are o importanță deosebită în radioastronomie.

Sursele macroscopice sunt emițători în care electronii liberi ai conductorilor efectuează oscilații sincrone periodice. În sistemele din această categorie, debitele sunt generate de la milimetru până la cel mai lung (în liniile electrice).

Structura și rezistența fluxurilor

Cu accelerația și curenții care se schimbă periodic se afectează reciproc cu anumite forțe. Direcția și mărimea lor depind de factori precum dimensiunea și configurația zonei în care sunt conținute curenții și sarcinile, direcția și magnitudinea lor relativă. Caracteristicile electrice ale unui anumit mediu, precum și modificările concentrației sarcinilor și distribuției curenților sursei, au, de asemenea, un efect semnificativ.

Datorită complexității generale a enunțului problemei, este imposibil să se reprezinte legea forțelor sub forma unei formule unice. Structura, numită câmp electromagnetic, și considerată, dacă este necesar, ca obiect matematic, este determinată de distribuția sarcinilor și a curenților. Acesta, la rândul său, este creat de o sursă dată, ținând cont de condițiile la limită. Condițiile sunt determinate de forma zonei de interacțiune și de caracteristicile materialului. Dacă vorbim de spațiu nelimitat, aceste circumstanțe sunt completate. În astfel de cazuri, starea de radiație acționează ca o condiție suplimentară specială. Datorită acesteia, este garantat comportamentul „corect” al câmpului la infinit.

Cronologia studiului

Lomonosov, în unele dintre prevederile sale, anticipează anumite postulate ale teoriei câmpului electromagnetic: mișcarea „rotativă” (de rotație) a particulelor, teoria „fluctuantă” (undă) a luminii, comunitatea acesteia cu natura electricității etc. Fluxurile infraroșii au fost descoperit în 1800 de Herschel (oameni de știință englezi), iar în următorul, 1801, ultravioletul a fost descris de Ritter. Radiația mai scurtă decât raza ultravioletă a fost descoperită de Roentgen în 1895, pe 8 noiembrie. Ulterior, a fost numită cu raze X.

Influența undelor electromagnetice a fost studiată de mulți oameni de știință. Cu toate acestea, Narkevich-Iodko (om de știință din Belarus) a fost primul care a explorat posibilitățile fluxurilor și amploarea acestora. A studiat proprietățile fluxurilor în relație cu medicina practică. Radiația gamma a fost descoperită de Paul Willard în 1900. În aceeași perioadă, Planck a efectuat studii teoretice asupra proprietăților unui corp negru. În procesul de studiu, el a descoperit natura cuantică a procesului. Opera sa a fost începutul dezvoltării. Ulterior, au fost publicate mai multe lucrări de Planck și Einstein. Cercetările lor au condus la formarea unui astfel de concept ca un foton. Aceasta, la rândul său, a marcat începutul creării teoriei cuantice a fluxurilor electromagnetice. Dezvoltarea sa a continuat în lucrările oamenilor de știință de seamă din secolul al XX-lea.

Cercetările și lucrările ulterioare privind teoria cuantică a radiației electromagnetice și interacțiunea acesteia cu materia au condus în cele din urmă la formarea electrodinamicii cuantice în forma în care există astăzi. Dintre oamenii de știință de seamă care au studiat această problemă, pe lângă Einstein și Planck, trebuie amintiți Bohr, Bose, Dirac, de Broglie, Heisenberg, Tomonaga, Schwinger, Feynman.

Concluzie

Importanța fizicii în lumea modernă este destul de mare. Aproape tot ceea ce este folosit astăzi în viața umană a apărut datorită utilizării practice a cercetărilor marilor oameni de știință. Descoperirea undelor electromagnetice și studiul lor, în special, a condus la crearea unor emițătoare radio convenționale, iar mai târziu telefoane mobile. Aplicarea practică a unor astfel de cunoștințe teoretice este de o importanță deosebită în domeniul medicinei, industriei și tehnologiei.

Această utilizare pe scară largă se datorează naturii cantitative a științei. Toate experimentele fizice se bazează pe măsurători, compararea proprietăților fenomenelor studiate cu standardele disponibile. În acest scop a fost dezvoltat un complex de instrumente și unități de măsură în cadrul disciplinei. O serie de regularități sunt comune tuturor sistemelor de materiale existente. De exemplu, legile conservării energiei sunt considerate legi fizice generale.

Știința în ansamblu este numită în multe cazuri fundamentală. Acest lucru se datorează în primul rând faptului că alte discipline oferă descrieri, care, la rândul lor, respectă legile fizicii. Deci, în chimie, se studiază atomii, substanțele formate din ei și transformările. Dar proprietățile chimice ale corpurilor sunt determinate de caracteristicile fizice ale moleculelor și atomilor. Aceste proprietăți descriu ramuri ale fizicii precum electromagnetismul, termodinamica și altele.