Noong 1864, hinulaan ni James Clerk Maxwell ang posibilidad ng pagkakaroon ng mga electromagnetic wave sa kalawakan. Iniharap niya ang pahayag na ito batay sa mga konklusyon na nagmula sa pagsusuri ng lahat ng pang-eksperimentong data na kilala noong panahong iyon tungkol sa kuryente at magnetism.

Mathematically pinag-isa ni Maxwell ang mga batas ng electrodynamics, na nagkokonekta sa mga electrical at magnetic phenomena, at sa gayon ay dumating sa konklusyon na ang mga electric at magnetic field na nagbabago sa paglipas ng panahon ay nagbubunga sa isa't isa.

Sa una, binigyang-diin niya ang katotohanan na ang relasyon sa pagitan ng magnetic at electrical phenomena ay hindi simetriko, at ipinakilala ang terminong "vortex electric field", na nag-aalok ng kanyang sariling, tunay na bagong paliwanag para sa phenomenon ng electromagnetic induction na natuklasan ni Faraday: "bawat pagbabago sa Ang magnetic field ay humahantong sa paglitaw ng isang nakapalibot na espasyo ng isang vortex electric field na may mga saradong linya ng puwersa.

Ang patas, ayon kay Maxwell, ay ang kabaligtaran na pahayag na "ang isang nagbabagong electric field ay nagdudulot ng magnetic field sa nakapalibot na espasyo", ngunit ang pahayag na ito ay nanatili sa simula ay isang hypothesis lamang.

Isinulat ni Maxwell ang isang sistema ng mga mathematical equation na patuloy na naglalarawan ng mga batas ng mutual transformation ng magnetic at electric field, ang mga equation na ito sa kalaunan ay naging mga pangunahing equation ng electrodynamics, at naging kilala bilang "Maxwell's equation" bilang parangal sa mahusay na siyentipiko na sumulat sa kanila. . Ang hypothesis ni Maxwell, batay sa nakasulat na mga equation, ay may ilang napakahalagang konklusyon para sa agham at teknolohiya, na ibinigay sa ibaba.

Talagang umiiral ang mga electromagnetic wave

Sa kalawakan, maaaring umiral ang mga transverse electromagnetic wave, na lumalaganap sa paglipas ng panahon. Ang katotohanan na ang mga alon ay nakahalang ay ipinahiwatig ng katotohanan na ang mga vectors ng magnetic induction B at electric field strength E ay magkaparehong patayo at parehong nakahiga sa isang eroplano na patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave.

Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa isang substance ay may hangganan, at ito ay tinutukoy ng mga electrical at magnetic properties ng substance kung saan ang wave ay nagpapalaganap. Sa kasong ito, ang haba ng sinusoidal wave λ ay nauugnay sa bilis υ ng isang tiyak na eksaktong kaugnayan λ = υ / f, at depende sa frequency f ng mga oscillations ng field. Ang bilis c ng isang electromagnetic wave sa isang vacuum ay isa sa mga pangunahing pisikal na constants - ang bilis ng liwanag sa isang vacuum.

Dahil idineklara ni Maxwell ang finiteness ng bilis ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave, lumikha ito ng kontradiksyon sa pagitan ng kanyang hypothesis at ng long-range na teorya na tinanggap noong panahong iyon, ayon sa kung saan ang bilis ng pagpapalaganap ng mga alon ay dapat na walang katapusan. Ang teorya ni Maxwell ay tinawag na teorya ng short-range action.

Sa isang electromagnetic wave, ang pagbabagong-anyo ng mga electric at magnetic field sa isa't isa ay nangyayari nang sabay-sabay, samakatuwid ang volumetric densities ng magnetic energy at electric energy ay katumbas ng bawat isa. Samakatuwid, totoo ang assertion na ang mga module ng lakas ng electric field at magnetic field induction ay magkakaugnay sa bawat punto sa espasyo sa pamamagitan ng sumusunod na relasyon:

Ang isang electromagnetic wave sa proseso ng pagpapalaganap nito ay lumilikha ng isang daloy ng electromagnetic energy, at kung isasaalang-alang natin ang lugar sa isang eroplano na patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon, pagkatapos ay sa isang maikling panahon ang isang tiyak na halaga ng electromagnetic energy ay lilipat sa pamamagitan nito. Ang electromagnetic energy flux density ay ang dami ng enerhiya na dinadala ng isang electromagnetic wave sa ibabaw ng isang unit area bawat yunit ng oras. Sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga halaga ng bilis, pati na rin ang magnetic at elektrikal na enerhiya, makakakuha tayo ng isang expression para sa density ng flux sa mga tuntunin ng mga dami ng E at B.

Dahil ang direksyon ng pagpapalaganap ng enerhiya ng alon ay tumutugma sa direksyon ng bilis ng pagpapalaganap ng alon, ang daloy ng enerhiya na nagpapalaganap sa isang electromagnetic wave ay maaaring tukuyin gamit ang isang vector na nakadirekta sa parehong paraan tulad ng bilis ng pagpapalaganap ng alon. Ang vector na ito ay tinatawag na "Poynting vector" - bilang parangal sa British physicist na si Henry Poynting, na binuo noong 1884 ang teorya ng pagpapalaganap ng daloy ng enerhiya ng electromagnetic field. Ang density ng flux ng enerhiya ng alon ay sinusukat sa W/sq.m.

Kapag ang isang electric field ay kumikilos sa isang sangkap, lumilitaw ang maliliit na alon sa loob nito, na isang nakaayos na paggalaw ng mga particle na may kuryente. Ang mga alon na ito sa magnetic field ng isang electromagnetic wave ay napapailalim sa pagkilos ng puwersa ng Ampère, na nakadirekta nang malalim sa sangkap. Ang puwersa ng Ampere at bumubuo bilang resulta ng presyon.

Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay kalaunan, noong 1900, sinisiyasat at kinumpirma ng eksperimento ng Russian physicist na si Pyotr Nikolaevich Lebedev, na ang eksperimentong gawain ay napakahalaga para sa pagkumpirma ng teorya ng electromagnetism ni Maxwell at ang pagtanggap at pag-apruba nito sa hinaharap.

Ang katotohanan na ang isang electromagnetic wave ay nagbibigay ng presyon ay ginagawang posible upang hatulan ang pagkakaroon ng isang mekanikal na salpok sa isang electromagnetic field, na maaaring ipahayag para sa isang yunit ng dami sa mga tuntunin ng volumetric density ng electromagnetic energy at ang bilis ng pagpapalaganap ng alon sa vacuum:

Dahil ang momentum ay nauugnay sa paggalaw ng masa, ang isang konsepto bilang electromagnetic mass ay maaaring ipakilala, at pagkatapos ay para sa isang dami ng yunit ang ratio na ito (alinsunod sa SRT) ay kukuha sa katangian ng isang unibersal na batas ng kalikasan, at magiging wasto para sa anumang materyal na katawan, anuman ang anyo ng bagay. At ang electromagnetic field ay katulad ng isang materyal na katawan - mayroon itong enerhiya W, mass m, momentum p at isang may hangganan na bilis ng pagpapalaganap v. Iyon ay, ang electromagnetic field ay isa sa mga anyo ng bagay na aktwal na umiiral sa kalikasan.

Sa unang pagkakataon noong 1888, kinumpirma ni Heinrich Hertz sa eksperimento ang electromagnetic theory ni Maxwell. Empirikal niyang pinatunayan ang realidad ng mga electromagnetic wave at pinag-aralan ang kanilang mga katangian tulad ng repraksyon at pagsipsip sa iba't ibang media, pati na rin ang pagmuni-muni ng mga alon mula sa mga ibabaw ng metal.

Sinukat ng Hertz ang wavelength, at ipinakita na ang bilis ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave ay katumbas ng bilis ng liwanag. Ang eksperimentong gawain ni Hertz ay ang huling hakbang tungo sa pagkilala sa electromagnetic theory ni Maxwell. Pagkalipas ng pitong taon, noong 1895, gumamit ng mga electromagnetic wave ang Russian physicist na si Alexander Stepanovich Popov upang lumikha ng mga wireless na komunikasyon.

Sa mga DC circuit, ang mga singil ay gumagalaw sa isang pare-parehong bilis, at ang mga electromagnetic wave sa kasong ito ay hindi na-radiated sa kalawakan. Upang maganap ang radiation, kinakailangan na gumamit ng isang antena kung saan ang mga alternating current, iyon ay, ang mga alon na mabilis na nagbabago ng kanilang direksyon, ay nasasabik.

Sa pinakasimpleng anyo nito, ang isang electric dipole ng isang maliit na sukat ay angkop para sa paglabas ng mga electromagnetic wave, kung saan ang dipole moment ay mabilis na magbabago sa oras. Ito ay isang dipole na tinatawag ngayon na "Hertzian dipole", ang laki nito ay ilang beses na mas maliit kaysa sa wavelength na ibinubuga nito.

Kapag inilabas ng isang Hertzian dipole, ang pinakamataas na flux ng electromagnetic energy ay bumabagsak sa isang eroplanong patayo sa axis ng dipole. Walang electromagnetic energy ang ibinubuga sa kahabaan ng dipole axis. Sa pinakamahalagang eksperimento ng Hertz, ang mga elementarya na dipoles ay ginamit kapwa para sa pagpapalabas at pagtanggap ng mga electromagnetic wave, at napatunayan ang pagkakaroon ng mga electromagnetic wave.

Ang mga electromagnetic wave, ayon sa physics, ay kabilang sa mga pinaka misteryoso. Sa kanila, ang enerhiya ay talagang nawawala sa kung saan, lumilitaw mula sa kahit saan. Walang ibang katulad na bagay sa lahat ng agham. Paano nagaganap ang lahat ng mga mahimalang pagbabagong ito?

Maxwell electrodynamics

Nagsimula ang lahat sa katotohanan na ang siyentipikong si Maxwell noong 1865, na umaasa sa gawain ni Faraday, ay nagmula sa equation ng electromagnetic field. Si Maxwell mismo ay naniniwala na ang kanyang mga equation ay inilarawan ang pamamaluktot at pag-igting ng mga alon sa eter. Makalipas ang dalawampu't tatlong taon, eksperimento na nilikha ni Hertz ang gayong mga kaguluhan sa medium, at nagtagumpay hindi lamang sa pagkakasundo sa kanila sa mga equation ng electrodynamics, kundi pati na rin sa pagkuha ng mga batas na namamahala sa pagpapalaganap ng mga kaguluhang ito. Ang isang kakaibang ugali ay lumitaw upang ideklara ang anumang mga perturbations na electromagnetic sa kalikasan bilang Hertzian waves. Gayunpaman, ang mga radiation na ito ay hindi lamang ang paraan upang maisagawa ang paglipat ng enerhiya.

Wireless na koneksyon

Sa ngayon, ang mga posibleng opsyon para sa pagpapatupad ng naturang mga wireless na komunikasyon ay kinabibilangan ng:

Electrostatic coupling, tinatawag ding capacitive;

pagtatalaga sa tungkulin;

kasalukuyang;

Ang koneksyon ng Tesla, iyon ay, ang koneksyon ng mga electron density waves kasama ang conductive surface;

Ang pinakamalawak na hanay ng mga pinakakaraniwang carrier, na tinatawag na electromagnetic waves - mula sa mga ultra-low frequency hanggang sa gamma radiation.

Ito ay nagkakahalaga ng pagsasaalang-alang sa mga ganitong uri ng koneksyon nang mas detalyado.

Electrostatic bond

Ang dalawang dipoles ay pinagsamang mga puwersang elektrikal sa kalawakan, na bunga ng batas ng Coulomb. Ang ganitong uri ng koneksyon ay naiiba sa mga electromagnetic wave sa pamamagitan ng kakayahang kumonekta sa mga dipoles kapag sila ay matatagpuan sa parehong linya. Sa pagtaas ng mga distansya, ang lakas ng koneksyon attenuates, at isang malakas na impluwensya ng iba't ibang mga interferences ay sinusunod din.

inductive coupling

Batay sa magnetic stray fields ng inductance. Naobserbahan sa pagitan ng mga bagay na may inductance. Ang application nito ay medyo limitado dahil sa short-range na aksyon.

Kasalukuyang koneksyon

Dahil sa mga kumakalat na alon sa isang conducting medium, maaaring mangyari ang isang tiyak na interaksyon. Kung ang mga alon ay dumaan sa mga terminal (isang pares ng mga contact), ang parehong mga alon ay maaaring makita sa isang malaking distansya mula sa mga contact. Ito ang tinatawag na epekto ng kasalukuyang pagkalat.

Koneksyon ng Tesla

Ang sikat na physicist na si Nikola Tesla ay nag-imbento ng komunikasyon gamit ang mga alon sa isang conductive surface. Kung sa ilang lugar ng eroplano ang density ng charge carrier ay nabalisa, ang mga carrier na ito ay magsisimulang gumalaw, na may posibilidad na ibalik ang balanse. Dahil ang mga carrier ay may inertial na kalikasan, ang pagbawi ay may isang wave character.

Koneksyon ng electromagnetic

Ang radiation ng mga electromagnetic wave ay nakikilala sa pamamagitan ng isang malaking long-range na aksyon, dahil ang kanilang amplitude ay inversely proportional sa distansya sa pinagmulan. Ito ang paraang ito ng wireless na komunikasyon na pinaka-malawakang ginagamit. Ngunit ano ang mga electromagnetic wave? Una kailangan mong gumawa ng isang maikling digression sa kasaysayan ng kanilang pagtuklas.

Paano "lumitaw" ang mga electromagnetic wave?

Nagsimula ang lahat noong 1829, nang matuklasan ng Amerikanong pisiko na si Henry ang mga perturbation sa mga paglabas ng kuryente sa mga eksperimento sa mga garapon ng Leyden. Noong 1832, iminungkahi ng physicist na si Faraday ang pagkakaroon ng naturang proseso bilang electromagnetic waves. Nilikha ni Maxwell ang kanyang sikat na equation ng electromagnetism noong 1865. Sa pagtatapos ng ikalabinsiyam na siglo, maraming matagumpay na pagtatangka na lumikha ng wireless na komunikasyon gamit ang electrostatic at electromagnetic induction. Ang sikat na imbentor na si Edison ay gumawa ng isang sistema na nagpapahintulot sa mga pasahero ng riles na magpadala at tumanggap ng mga telegrama habang ang tren ay gumagalaw. Noong 1888, malinaw na pinatunayan ni G. Hertz na lumilitaw ang mga electromagnetic wave gamit ang isang aparato na tinatawag na vibrator. Nagsagawa si Hertz ng isang eksperimento sa pagpapadala ng isang electromagnetic signal sa isang distansya. Noong 1890, nag-imbento ang inhinyero at pisikong Pranses na si Branly ng isang aparato para sa pagtatala ng electromagnetic radiation. Kasunod nito, ang aparatong ito ay tinawag na "radio conductor" (coherer). Noong 1891-1893, inilarawan ni Nikola Tesla ang mga pangunahing prinsipyo para sa pagpapatupad ng paghahatid ng signal sa malalayong distansya at nag-patent ng mast antenna, na pinagmumulan ng electromagnetic waves. Ang karagdagang mga merito sa pag-aaral ng mga alon at ang teknikal na pagpapatupad ng kanilang produksyon at aplikasyon ay nabibilang sa mga sikat na physicist at imbentor tulad ng Popov, Marconi, de Maur, Lodge, Mirhead at marami pang iba.

Ang konsepto ng "electromagnetic wave"

Ang electromagnetic wave ay isang phenomenon na kumakalat sa kalawakan na may tiyak na bilis at ito ay isang alternating electric at magnetic field. Dahil ang mga magnetic at electric field ay hindi mapaghihiwalay na nauugnay sa isa't isa, bumubuo sila ng isang electromagnetic field. Masasabi rin na ang isang electromagnetic wave ay isang perturbation ng field, at sa panahon ng pagpapalaganap nito, ang enerhiya na mayroon ang magnetic field ay na-convert sa enerhiya ng electric field at vice versa, ayon sa electrodynamics ni Maxwell. Sa panlabas, ito ay katulad ng pagpapalaganap ng anumang iba pang alon sa anumang iba pang daluyan, ngunit mayroon ding mga makabuluhang pagkakaiba.

Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng mga electromagnetic wave at iba pa?

Ang enerhiya ng mga electromagnetic wave ay kumakalat sa isang medyo hindi maintindihan na daluyan. Upang ihambing ang mga alon na ito at anumang iba pa, kinakailangang maunawaan kung anong uri ng daluyan ng pagpapalaganap ang pinag-uusapan natin. Ipinapalagay na ang intra-atomic space ay puno ng electric eter - isang tiyak na daluyan, na isang ganap na dielectric. Ang lahat ng mga alon sa panahon ng pagpapalaganap ay nagpapakita ng paglipat ng kinetic energy sa potensyal na enerhiya at vice versa. Kasabay nito, ang maximum ng mga enerhiyang ito ay inililipat sa oras at espasyo na may kaugnayan sa isa't isa sa pamamagitan ng ikaapat na bahagi ng kabuuang panahon ng alon. Sa kasong ito, ang average na enerhiya ng alon, bilang kabuuan ng potensyal at kinetic na enerhiya, ay isang pare-parehong halaga. Ngunit sa mga electromagnetic wave, iba ang sitwasyon. Ang mga enerhiya ng parehong magnetic at electric field ay umaabot sa kanilang pinakamataas na halaga nang sabay-sabay.

Paano nabuo ang isang electromagnetic wave?

Ang bagay ng isang electromagnetic wave ay isang electric field (eter). Ang gumagalaw na patlang ay nakabalangkas at binubuo ng enerhiya ng paggalaw nito at ng elektrisidad ng patlang mismo. Samakatuwid, ang potensyal na enerhiya ng alon ay nauugnay sa kinetic energy at nasa phase. Ang likas na katangian ng isang electromagnetic wave ay isang panaka-nakang electric field na nasa estado ng translational motion sa kalawakan at gumagalaw sa bilis ng liwanag.

Mga agos ng pag-aalis

May isa pang paraan upang ipaliwanag kung ano ang mga electromagnetic wave. Ipinapalagay na ang mga agos ng pag-aalis ay bumangon sa eter sa panahon ng paggalaw ng hindi magkakatulad na mga patlang ng kuryente. Bumangon sila, siyempre, para lamang sa isang nakatigil na tagamasid sa labas. Sa sandaling ang naturang parameter bilang lakas ng electric field ay umabot sa pinakamataas nito, ang kasalukuyang pag-aalis sa isang naibigay na punto sa espasyo ay titigil. Alinsunod dito, sa isang minimum na pag-igting, ang reverse na larawan ay nakuha. Ang pamamaraang ito ay nililinaw ang likas na alon ng electromagnetic radiation, dahil ang enerhiya ng electric field ay lumalabas na inilipat ng isang ikaapat na bahagi ng panahon na may paggalang sa mga displacement currents. Pagkatapos ay maaari nating sabihin na ang elektrikal na kaguluhan, o sa halip ang enerhiya ng kaguluhan, ay binago sa enerhiya ng kasalukuyang pag-aalis at kabaligtaran at nagpapalaganap sa isang paraan ng alon sa isang dielectric na daluyan.

Ang mga electromagnetic wave ay ang resulta ng mga taon ng debate at libu-libong mga eksperimento. Patunay ng pagkakaroon ng mga puwersa ng natural na pinagmulan na maaaring magpaikot sa kasalukuyang lipunan. Ito ang aktwal na pagtanggap sa isang simpleng katotohanan - kaunti lang ang alam natin tungkol sa mundong ating ginagalawan.

Ang pisika ay ang reyna sa mga likas na agham, na nakasagot sa mga tanong tungkol sa pinagmulan hindi lamang ng buhay, kundi ng mundo mismo. Nagbibigay ito sa mga siyentipiko ng kakayahang pag-aralan ang mga electric at magnetic field, ang pakikipag-ugnayan nito ay bumubuo ng EMW (electromagnetic waves).

Ano ang electromagnetic wave

Hindi pa katagal, ang pelikulang "War of the Currents" (2018) ay inilabas sa mga screen ng ating bansa, kung saan, na may isang touch ng fiction, ito ay nagsasabi tungkol sa hindi pagkakaunawaan sa pagitan ng dalawang mahusay na siyentipiko na sina Edison at Tesla. Sinubukan ng isa na patunayan ang mga benepisyo ng direktang kasalukuyang, ang isa pa - mula sa alternating kasalukuyang. Ang mahabang labanang ito ay natapos lamang noong ikapitong taon ng ikadalawampu't isang siglo.

Sa pinakadulo simula ng "labanan", isa pang siyentipiko, na nagtatrabaho sa teorya ng relativity, ay inilarawan ang kuryente at magnetism bilang magkatulad na mga phenomena.

Sa ikatatlumpung taon ng ikalabinsiyam na siglo, natuklasan ng English-born physicist na si Faraday ang phenomenon ng electromagnetic induction at ipinakilala ang termino ng pagkakaisa ng electric at magnetic field. Sinabi rin niya na ang paggalaw sa larangang ito ay limitado sa bilis ng liwanag.

Maya-maya, ang teorya ng Ingles na siyentipiko na si Maxwell ay nagsabi na ang kuryente ay nagdudulot ng magnetic effect, at ang magnetism ay nagiging sanhi ng paglitaw ng isang electric field. Dahil ang parehong mga patlang na ito ay gumagalaw sa espasyo at oras, bumubuo sila ng mga perturbations - iyon ay, mga electromagnetic wave.

Sa madaling salita, ang electromagnetic wave ay isang spatial perturbation ng electromagnetic field.

Sa eksperimento, ang pagkakaroon ng EMW ay pinatunayan ng German scientist na si Hertz.

Mga electromagnetic wave, ang kanilang mga katangian at katangian

Ang mga electromagnetic wave ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na kadahilanan:

• haba (sapat na malawak na saklaw);
• dalas;
• intensity (o amplitude ng oscillation);
• ang dami ng enerhiya.

Ang pangunahing katangian ng lahat ng electromagnetic radiation ay ang wavelength (sa vacuum), na karaniwang tinutukoy sa nanometer para sa nakikitang spectrum ng liwanag.

Ang bawat nanometer ay kumakatawan sa ika-1000 ng isang micrometer at sinusukat ng distansya sa pagitan ng dalawang magkasunod na mga taluktok (vertices).

Ang katumbas na dalas ng radiation ng isang alon ay ang bilang ng mga sinusoidal oscillations at inversely proportional sa wavelength.

Ang dalas ay karaniwang sinusukat sa Hertz. Kaya, ang mas mahahabang wavelength ay tumutugma sa mas mababang frequency ng radiation, at ang mas maikling wavelength ay tumutugma sa mas mataas na frequency ng radiation.

Ang mga pangunahing katangian ng mga alon:

• repraksyon;
• pagmuni-muni;
• pagsipsip;
• panghihimasok.

bilis ng electromagnetic wave

Ang aktwal na bilis ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave ay nakasalalay sa materyal na mayroon ang medium, ang optical density nito at ang pagkakaroon ng naturang kadahilanan bilang presyon.

Bilang karagdagan, ang iba't ibang mga materyales ay may iba't ibang mga densidad ng atomic "packing"; kung mas malapit ang mga ito, mas maikli ang distansya at mas mataas ang bilis. Bilang resulta, ang bilis ng isang electromagnetic wave ay nakasalalay sa materyal na kung saan ito naglalakbay.

Ang mga katulad na eksperimento ay isinasagawa sa hadron collider, kung saan ang pangunahing instrumento ng impluwensya ay isang sisingilin na particle. Ang pag-aaral ng electromagnetic phenomena ay nagaganap doon sa quantum level, kapag ang liwanag ay nabulok sa pinakamaliit na particle - mga photon. Ngunit ang quantum physics ay isang hiwalay na paksa.

Ayon sa teorya ng relativity, ang pinakamataas na bilis ng pagpapalaganap ng alon ay hindi maaaring lumampas sa bilis ng liwanag. Ang finiteness ng speed limit sa kanyang mga sinulat ay inilarawan ni Maxwell, na nagpapaliwanag nito sa pagkakaroon ng bagong field - ang eter. Ang modernong opisyal na agham ay hindi pa pinag-aralan ang gayong relasyon.

Electromagnetic radiation at mga uri nito

Ang electromagnetic radiation ay binubuo ng mga electromagnetic wave, na sinusunod bilang mga pagbabago sa mga electric at magnetic field, na nagpapalaganap sa bilis ng liwanag (300 km bawat segundo sa isang vacuum).

Kapag ang EM radiation ay nakikipag-ugnayan sa bagay, ang pag-uugali nito ay nagbabago nang husay habang nagbabago ang dalas. Bakit ito na-convert sa:

1. Pagpapalabas ng radyo. Sa mga radio frequency at microwave frequency, ang radiation ay nakikipag-ugnayan sa matter pangunahin bilang isang karaniwang hanay ng mga singil na ibinabahagi sa malaking bilang ng mga apektadong atom.
2. Infrared radiation. Hindi tulad ng low-frequency radio at microwave radiation, ang isang infrared emitter ay karaniwang nakikipag-ugnayan sa mga dipoles na naroroon sa mga indibidwal na molekula, na, habang sila ay nag-vibrate, nagbabago sa mga dulo ng isang kemikal na bono sa atomic na antas.
3. Nakikitang paglabas ng liwanag. Habang tumataas ang dalas sa nakikitang hanay, ang mga photon ay may sapat na enerhiya upang baguhin ang nakagapos na istraktura ng ilang indibidwal na molekula.
4. Ultraviolet radiation. Tumataas ang dalas. Mayroon na ngayong sapat na enerhiya sa mga ultraviolet photon (higit sa tatlong volts) upang dobleng kumilos sa mga bono ng mga molekula, na patuloy na muling inaayos ang mga ito sa kemikal na paraan.
5. Ionizing radiation. Sa pinakamataas na frequency at pinakamaliit sa wavelength. Ang pagsipsip ng mga sinag na ito ng bagay ay nakakaapekto sa buong spectrum ng gamma. Ang pinakatanyag na epekto ay radiation.

Ano ang pinagmulan ng electromagnetic waves

Ang mundo, ayon sa batang teorya ng pinagmulan ng lahat, ay bumangon salamat sa isang salpok. Naglabas siya ng napakalaking enerhiya, na tinatawag na isang malaking pagsabog. Ito ay kung paano lumitaw ang unang em-wave sa kasaysayan ng uniberso.

Sa kasalukuyan, ang mga pinagmumulan ng pagbuo ng kaguluhan ay kinabibilangan ng:

• ang emv ay naglalabas ng isang artipisyal na vibrator;
• ang resulta ng panginginig ng boses ng mga atomic group o bahagi ng mga molekula;
• kung may epekto sa panlabas na shell ng substance (sa atomic-molecular level);
• epekto katulad ng liwanag;
• sa panahon ng pagkabulok ng nukleyar;
• kahihinatnan ng pagkabulok ng elektron.

Scale at aplikasyon ng electromagnetic radiation

Ang sukat ng radiation ay nangangahulugang isang malawak na hanay ng dalas ng alon mula 3·10 6 ÷10 -2 hanggang 10 -9 ÷ 10 -14 .

Ang bawat bahagi ng electromagnetic spectrum ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon sa ating pang-araw-araw na buhay:

1. Mga alon na maliit ang haba (microwaves). Ang mga de-koryenteng alon na ito ay ginagamit bilang isang satellite signal dahil nagagawa nitong lampasan ang atmospera ng daigdig. Gayundin, ang isang bahagyang pinahusay na bersyon ay ginagamit para sa pagpainit at pagluluto sa kusina - ito ay isang microwave oven. Ang prinsipyo ng pagluluto ay simple - sa ilalim ng pagkilos ng microwave radiation, ang mga molekula ng tubig ay nasisipsip at pinabilis, na nagiging sanhi ng pag-init ng ulam.
2. Ang mga mahabang perturbation ay ginagamit sa mga teknolohiya ng radyo (radio waves). Ang kanilang dalas ay hindi nagpapahintulot sa mga ulap at kapaligiran na dumaan, salamat sa kung saan ang FM na radyo at telebisyon ay magagamit sa amin.
3. Ang infrared na kaguluhan ay direktang nauugnay sa init. Halos imposibleng makita siya. Subukang mapansin nang walang espesyal na kagamitan ang isang sinag mula sa remote control ng iyong TV, music center o radyo sa kotse. Ang mga device na may kakayahang magbasa ng mga naturang alon ay ginagamit sa mga hukbo ng mga bansa (night vision device). Gayundin sa mga induction cooker sa mga kusina.
4. Ang ultraviolet ay may kaugnayan din sa init. Ang pinakamakapangyarihang natural na "generator" ng naturang radiation ay ang araw. Ito ay dahil sa pagkilos ng ultraviolet radiation na nabubuo ang tan sa balat ng isang tao. Sa medisina, ang ganitong uri ng alon ay ginagamit upang disimpektahin ang mga instrumento, pagpatay ng mga mikrobyo at.
5. Ang gamma rays ay ang pinakamalakas na uri ng radiation kung saan nakakonsentra ang short-wave disturbance na may mataas na frequency. Ang enerhiya na nakapaloob sa bahaging ito ng electromagnetic spectrum ay nagbibigay sa mga sinag ng higit na kapangyarihang tumagos. Naaangkop sa nuclear physics - mapayapang, nuclear weapons - paggamit ng labanan.

Ang impluwensya ng mga electromagnetic wave sa kalusugan ng tao

Ang pagsukat sa epekto ng emv sa mga tao ay responsibilidad ng mga siyentipiko. Ngunit hindi mo kailangang maging isang espesyalista upang masuri ang intensity ng ionizing radiation - ito ay naghihikayat ng mga pagbabago sa antas ng DNA ng tao, na nangangailangan ng mga malubhang sakit tulad ng oncology.

Hindi nakakagulat na ang masamang epekto ng sakuna sa Chernobyl ay itinuturing na isa sa mga pinaka-mapanganib para sa kalikasan. Ilang square kilometers ng dating magandang teritoryo ang naging zone ng kumpletong pagbubukod. Hanggang sa katapusan ng siglo, ang pagsabog sa Chernobyl nuclear power plant ay mapanganib hanggang sa matapos ang kalahating buhay ng radionuclides.

Ang ilang uri ng emv (radio, infrared, ultraviolet) ay hindi nagdudulot ng malaking pinsala sa isang tao at ito ay hindi komportable. Pagkatapos ng lahat, ang magnetic field ng mundo ay halos hindi natin nararamdaman, ngunit ang emv mula sa isang mobile phone ay maaaring magdulot ng sakit ng ulo (epekto sa nervous system).

Upang maprotektahan ang iyong kalusugan mula sa electromagnetism, dapat kang gumamit lamang ng mga makatwirang pag-iingat. Sa halip na daan-daang oras na maglaro ng computer game, lumabas para mamasyal.

ito ay ang proseso ng pagpapalaganap ng electromagnetic interaction sa kalawakan.
Ang mga electromagnetic wave ay inilalarawan ng mga equation ni Maxwell na karaniwan sa mga electromagnetic phenomena. Kahit na walang mga singil sa kuryente at agos sa kalawakan, ang mga equation ni Maxwell ay may mga nonzero na solusyon. Inilalarawan ng mga solusyong ito ang mga electromagnetic wave.
Sa kawalan ng mga singil at agos, ang mga equation ni Maxwell ay nasa sumusunod na anyo:

,

Sa pamamagitan ng paglalapat ng operation rot sa unang dalawang equation, maaari kang makakuha ng magkahiwalay na equation para sa pagtukoy ng lakas ng electric at magnetic field.

Ang mga equation na ito ay may tipikal na anyo ng mga wave equation. Ang kanilang mga decoupling ay ang superposisyon ng mga expression ng sumusunod na uri

Saan - Isang tiyak na vector, na tinatawag na wave vector, ? - isang numero na tinatawag na cyclic frequency, ? - yugto. Ang mga dami ay ang mga amplitude ng mga electric at magnetic na bahagi ng electromagnetic wave. Pareho silang patayo at pantay sa ganap na halaga. Ang pisikal na interpretasyon ng bawat isa sa mga ipinakilala na dami ay ibinigay sa ibaba.
Sa isang vacuum, ang isang electromagnetic wave ay naglalakbay sa bilis na tinatawag na bilis ng liwanag. Ang bilis ng liwanag ay isang pangunahing pisikal na pare-pareho, na tinutukoy ng Latin na letrang c. Ayon sa pangunahing postulate ng teorya ng relativity, ang bilis ng liwanag ay ang pinakamataas na posibleng bilis ng paglipat ng impormasyon o paggalaw ng katawan. Ang bilis na ito ay 299,792,458 m/s.
Ang isang electromagnetic wave ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalas. Tukuyin ang dalas ng linya? at cyclic frequency? = 2??. Depende sa dalas, ang mga electromagnetic wave ay kabilang sa isa sa mga spectral range.
Ang isa pang katangian ng isang electromagnetic wave ay ang wave vector. Tinutukoy ng wave vector ang direksyon ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave, pati na rin ang haba nito. Ang ganap na halaga ng wind vector ay tinatawag na wavenumber.
Ang haba ng electromagnetic wave? = 2? / k, kung saan ang k ay ang wave number.
Ang haba ng isang electromagnetic wave ay nauugnay sa frequency sa pamamagitan ng dispersion law. Sa kawalan, ang koneksyon na ito ay simple:

?? = c.

Ang ratio na ito ay madalas na isinulat bilang

? = c k.

Ang mga electromagnetic wave na may parehong frequency at wave vector ay maaaring magkaiba sa phase.
Sa isang vacuum, ang mga vector ng lakas ng mga electric at magnetic field ng isang electromagnetic wave ay kinakailangang patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Ang ganitong mga alon ay tinatawag na mga transverse wave. Sa matematika, inilalarawan ito ng mga equation at . Bilang karagdagan, ang mga lakas ng electric at magnetic field ay patayo sa isa't isa at palaging katumbas ng absolute value sa anumang punto sa espasyo: E = H. Kung pipili ka ng coordinate system upang ang z axis ay tumutugma sa direksyon ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave, mayroong dalawang magkaibang posibilidad para sa mga direksyon ng electric field strength vectors. Kung ang eclectic field ay nakadirekta sa kahabaan ng x-axis, ang magnetic field ay ididirekta sa kahabaan ng y-axis, at vice versa. Ang dalawang magkaibang posibilidad na ito ay hindi kapwa eksklusibo at tumutugma sa dalawang magkaibang polarisasyon. Ang isyung ito ay tinalakay nang mas detalyado sa artikulong Polarization of waves.
Mga spectral na hanay na may napiling nakikitang liwanag Depende sa dalas o haba ng daluyong (ang mga dami na ito ay nauugnay), ang mga electromagnetic wave ay inuri sa iba't ibang mga hanay. Ang mga alon sa iba't ibang hanay ay nakikipag-ugnayan sa mga pisikal na katawan sa iba't ibang paraan.
Ang mga electromagnetic wave na may pinakamababang frequency (o pinakamahabang wavelength) ay tinutukoy bilang hanay ng radyo. Ang radio band ay ginagamit upang magpadala ng mga signal sa isang distansya gamit ang radyo, telebisyon, mga mobile phone. Ang radar ay gumagana sa hanay ng radyo. Ang hanay ng radyo ay nahahati sa metro, ditsemeter, sentimetro, milimetro, depende sa haba ng electromagnetic wave.
Ang mga electromagnetic wave ay malamang na kabilang sa infrared range. Sa infrared range ay namamalagi ang thermal radiation ng katawan. Ang pagpaparehistro ng vibration na ito ay ang batayan para sa pagpapatakbo ng mga night vision device. Ang mga infrared wave ay ginagamit upang pag-aralan ang mga thermal vibrations sa mga katawan at tumulong sa pagtatatag ng atomic na istraktura ng mga solido, gas at likido.
Ang electromagnetic radiation na may wavelength na 400 nm hanggang 800 nm ay kabilang sa visible light range. Ang nakikitang liwanag ay may iba't ibang kulay depende sa frequency at wavelength.
Ang mga wavelength na mas mababa sa 400 nm ay tinatawag ultraviolet. Ang mata ng tao ay hindi nakikilala ang mga ito, bagaman ang kanilang mga katangian ay hindi naiiba sa mga katangian ng mga alon sa nakikitang hanay. Ang mataas na dalas, at, dahil dito, ang enerhiya ng quanta ng naturang liwanag ay humahantong sa isang mas mapanirang epekto ng mga ultraviolet wave sa mga biological na bagay. Ang ibabaw ng daigdig ay protektado mula sa mga nakakapinsalang epekto ng ultraviolet wave ng ozone layer. Para sa karagdagang proteksyon, pinagkalooban ng kalikasan ang mga tao ng maitim na balat. Gayunpaman, ang mga tao ay nangangailangan ng ultraviolet rays upang makagawa ng bitamina D. Iyon ang dahilan kung bakit ang mga tao sa hilagang latitude, kung saan ang intensity ng ultraviolet waves ay hindi gaanong matindi, ay nawala ang kanilang madilim na kulay ng balat.
Ang mas mataas na dalas ng mga electromagnetic wave ay x-ray saklaw. Tinawag ang mga ito dahil natuklasan sila ni Roentgen, na pinag-aaralan ang radiation na nabuo sa panahon ng pagbabawas ng bilis ng mga electron. Sa banyagang panitikan, ang mga naturang alon ay tinatawag X-ray paggalang sa kagustuhan ni Roentgen na huwag siyang tawagin ng mga sinag sa kanyang pangalan. Ang mga X-ray wave ay mahinang nakikipag-ugnayan sa bagay, na mas malakas na hinihigop kung saan mas malaki ang density. Ang katotohanang ito ay ginagamit sa gamot para sa x-ray fluorography. Ginagamit din ang mga X-ray wave para sa elemental analysis at pag-aaral ng istruktura ng mga mala-kristal na katawan.
may pinakamataas na dalas at pinakamaikling haba ?-ray. Ang ganitong mga sinag ay nabuo bilang isang resulta ng mga reaksyong nuklear at reaksyon sa pagitan ng mga elementarya na particle. Ang ?-ray ay may malaking mapanirang epekto sa mga biyolohikal na bagay. Gayunpaman, ginagamit ang mga ito sa pisika upang pag-aralan ang iba't ibang katangian ng atomic nucleus.
Ang enerhiya ng isang electromagnetic wave ay tinutukoy ng kabuuan ng mga energies ng electric at magnetic field. Ang density ng enerhiya sa isang tiyak na punto sa espasyo ay ibinibigay ng:

.

Ang time-average na density ng enerhiya ay katumbas ng.

,

Kung saan ang E 0 = H 0 ay ang wave amplitude.
Ang density ng flux ng enerhiya ng isang electromagnetic wave ay napakahalaga. Sa partikular, tinutukoy nito ang maliwanag na pagkilos ng bagay sa optika. Ang density ng flux ng enerhiya ng isang electromagnetic wave ay ibinibigay ng Umov-Poynting vector.

Ang pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa isang daluyan ay may ilang mga tampok kumpara sa pagpapalaganap sa isang vacuum. Ang mga tampok na ito ay nauugnay sa mga katangian ng daluyan at sa pangkalahatan ay nakasalalay sa dalas ng electromagnetic wave. Ang mga electric at magnetic na bahagi ng alon ay nagdudulot ng polariseysyon at magnetisasyon ng daluyan. Ang tugon na ito ng medium ay hindi pareho sa kaso ng mababa at mataas na frequency. Sa mababang frequency ng electromagnetic wave, ang mga electron at ions ng substance ay may oras upang tumugon sa mga pagbabago sa intensity ng electric at magnetic field. Ang tugon ng daluyan ay sumusubaybay sa temporal na pagbabagu-bago sa mga alon. Sa isang mataas na dalas, ang mga electron at ion ng sangkap ay walang oras upang lumipat sa panahon ng oscillation ng mga patlang ng alon, at samakatuwid ang polariseysyon at magnetization ng daluyan ay mas mababa.
Ang electromagnetic field ng mababang frequency ay hindi tumagos sa mga metal, kung saan maraming mga libreng electron, na inilipat sa ganitong paraan, ganap na pawi ang electromagnetic wave. Ang isang electromagnetic wave ay nagsisimulang tumagos sa metal sa isang frequency na lumampas sa isang tiyak na frequency, na tinatawag na plasma frequency. Sa mga frequency na mas mababa kaysa sa dalas ng plasma, ang isang electromagnetic wave ay maaaring tumagos sa ibabaw na layer ng metal. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na epekto sa balat.
Sa dielectrics, nagbabago ang batas ng pagpapakalat ng isang electromagnetic wave. Kung ang mga electromagnetic wave ay nagpapalaganap na may pare-pareho na amplitude sa isang vacuum, pagkatapos ay sa isang daluyan ay nabubulok sila dahil sa pagsipsip. Sa kasong ito, ang enerhiya ng alon ay inililipat sa mga electron o ion ng daluyan. Sa kabuuan, ang batas ng pagpapakalat sa kawalan ng mga magnetic effect ay tumatagal ng anyo

Kung saan ang wave number k ay isang kabuuang kumplikadong dami, ang haka-haka na bahagi nito ay naglalarawan ng pagbaba sa amplitude ng electromagnetic wave, ay ang frequency-dependent complex permittivity ng medium.
Sa anisotropic media, ang direksyon ng mga vector ng electric at magnetic field ay hindi kinakailangang patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Gayunpaman, ang direksyon ng mga vector ng electric at magnetic induction ay nagpapanatili ng pag-aari na ito.
Sa isang daluyan, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang isa pang uri ng electromagnetic wave ay maaaring magpalaganap - isang longitudinal electromagnetic wave, kung saan ang direksyon ng electric field strength vector ay tumutugma sa direksyon ng wave propagation.
Sa simula ng ikadalawampu siglo, upang ipaliwanag ang radiation spectrum ng isang itim na katawan, iminungkahi ni Max Planck na ang mga electromagnetic wave ay ibinubuga ng quanta na may enerhiya na proporsyonal sa dalas. Pagkalipas ng ilang taon, si Albert Einstein, na nagpapaliwanag ng kababalaghan ng photoelectric effect, ay pinalawak ang ideyang ito sa pamamagitan ng pag-aakalang ang mga electromagnetic wave ay hinihigop ng parehong quanta. Kaya, naging malinaw na ang mga electromagnetic wave ay nailalarawan sa pamamagitan ng ilang mga katangian na dati ay naiugnay sa mga particle ng materyal, mga corpuscle.
Ang ideyang ito ay tinatawag na corpuscular-wave dualism.

Ang mga electromagnetic wave (ang talahanayan kung saan ay ibibigay sa ibaba) ay mga perturbation ng magnetic at electric field na ipinamamahagi sa kalawakan. Mayroong ilang mga uri ng mga ito. Ang pisika ay ang pag-aaral ng mga kaguluhang ito. Ang mga electromagnetic wave ay nabuo dahil sa ang katunayan na ang isang electric alternating field ay bumubuo ng isang magnetic, at ito naman, ay bumubuo ng isang electric.

Kasaysayan ng Pananaliksik

Ang mga unang teorya, na maaaring ituring na mga pinakalumang bersyon ng mga hypotheses tungkol sa mga electromagnetic wave, ay nagsimula nang hindi bababa sa panahon ng Huygens. Sa panahong iyon, ang mga pagpapalagay ay umabot sa isang malinaw na dami ng pag-unlad. Inilathala ni Huygens noong 1678 ang isang uri ng "outline" ng teorya - "Treatise on Light". Noong 1690, naglathala rin siya ng isa pang kahanga-hangang akda. Binalangkas nito ang qualitative theory of reflection, repraksyon sa anyo kung saan ipinakita pa rin ito sa mga aklat-aralin sa paaralan ("Electromagnetic waves", grade 9).

Kasabay nito, nabuo ang prinsipyo ni Huygens. Sa tulong nito, naging posible na pag-aralan ang paggalaw ng harap ng alon. Ang prinsipyong ito ay kasunod na binuo sa mga gawa ng Fresnel. Ang prinsipyo ng Huygens-Fresnel ay partikular na kahalagahan sa teorya ng diffraction at sa wave theory ng liwanag.

Noong 1660s-1670s, gumawa sina Hooke at Newton ng isang mahusay na eksperimental at teoretikal na kontribusyon sa pananaliksik. Sino ang nakatuklas ng electromagnetic waves? Sino ang nagsagawa ng mga eksperimento na nagpapatunay ng kanilang pag-iral? Ano ang mga uri ng electromagnetic waves? Higit pa tungkol dito mamaya.

katwiran ni Maxwell

Bago pag-usapan kung sino ang natuklasan ang mga electromagnetic wave, dapat sabihin na ang unang siyentipiko na hinulaan ang kanilang pag-iral sa lahat ay si Faraday. Iniharap niya ang kanyang hypothesis noong 1832. Ang teorya ay kalaunan ay binuo ni Maxwell. Noong 1865 natapos niya ang gawaing ito. Bilang resulta, ginawang pormal ni Maxwell ang teorya nang mahigpit sa matematika, na nagpapatunay sa pagkakaroon ng mga phenomena na isinasaalang-alang. Tinukoy din niya ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave, na kasabay ng ginamit na halaga ng bilis ng liwanag. Ito, sa turn, ay nagbigay-daan sa kanya na patunayan ang hypothesis na ang liwanag ay isa sa mga uri ng radiation na isinasaalang-alang.

Eksperimental na pagtuklas

Natagpuan ng teorya ni Maxwell ang kumpirmasyon nito sa mga eksperimento ng Hertz noong 1888. Dito dapat sabihin na ang German physicist ay nagsagawa ng kanyang mga eksperimento upang pabulaanan ang teorya, sa kabila ng mathematical justification nito. Gayunpaman, salamat sa kanyang mga eksperimento, si Hertz ang naging unang nakatuklas ng mga electromagnetic wave sa pagsasanay. Bilang karagdagan, sa panahon ng kanyang mga eksperimento, inihayag ng siyentipiko ang mga katangian at katangian ng radiation.

Nakakuha si Hertz ng mga electromagnetic oscillations at waves sa pamamagitan ng excitation ng isang serye ng mga pulso ng mabilis na pagbabago ng daloy sa isang vibrator gamit ang pinataas na pinagmulan ng boltahe. Maaaring matukoy ang mga high frequency stream gamit ang isang loop. Sa kasong ito, ang dalas ng oscillation ay magiging mas mataas, mas mataas ang kapasidad at inductance nito. Ngunit sa parehong oras, ang isang mataas na dalas ay hindi isang garantiya ng isang matinding daloy. Upang magsagawa ng kanyang mga eksperimento, gumamit si Hertz ng isang medyo simpleng aparato, na ngayon ay tinatawag na "Hertz vibrator". Ang aparato ay isang open-type na oscillatory circuit.

Diagram ng karanasan ni Hertz

Ang pagpaparehistro ng radiation ay isinagawa gamit ang isang receiving vibrator. Ang device na ito ay may kaparehong disenyo ng radiating device. Sa ilalim ng impluwensya ng isang electromagnetic wave ng isang electric alternating field, isang kasalukuyang oscillation ang nasasabik sa receiving device. Kung sa device na ito ang natural na dalas nito at ang dalas ng daloy ay nag-tutugma, pagkatapos ay lumitaw ang isang resonance. Bilang resulta, naganap ang mga abala sa receiving device na may mas malaking amplitude. Natuklasan sila ng mananaliksik sa pamamagitan ng pagmamasid sa mga spark sa pagitan ng mga konduktor sa isang maliit na puwang.

Kaya, si Hertz ang naging unang nakatuklas ng mga electromagnetic wave, pinatunayan ang kanilang kakayahang maipakita ng mabuti mula sa mga konduktor. Halos pinatunayan niya ang pagbuo ng nakatayong radiation. Bilang karagdagan, tinukoy ni Hertz ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa hangin.

Pag-aaral ng mga katangian

Ang mga electromagnetic wave ay kumakalat sa halos lahat ng media. Sa isang puwang na puno ng bagay, ang radiation ay maaaring sa ilang mga kaso ay maipamahagi nang maayos. Ngunit sa parehong oras ay medyo nagbabago ang kanilang pag-uugali.

Ang mga electromagnetic wave sa vacuum ay tinutukoy nang walang attenuation. Ibinahagi ang mga ito sa anumang, arbitraryong malaking distansya. Ang mga pangunahing katangian ng mga alon ay kinabibilangan ng polariseysyon, dalas at haba. Ang paglalarawan ng mga katangian ay isinasagawa sa loob ng balangkas ng electrodynamics. Gayunpaman, ang mas tiyak na mga sangay ng pisika ay tumatalakay sa mga katangian ng radiation sa ilang mga rehiyon ng spectrum. Kabilang dito, halimbawa, ang mga optika.

Ang high-energy section ay tumatalakay sa pag-aaral ng hard electromagnetic radiation ng short-wavelength spectral end. Isinasaalang-alang ang mga modernong ideya, ang dinamika ay tumigil na maging isang independiyenteng disiplina at pinagsama sa isang teorya.

Mga teoryang inilapat sa pag-aaral ng mga katangian

Ngayon, mayroong iba't ibang mga pamamaraan na nag-aambag sa pagmomodelo at pag-aaral ng mga pagpapakita at katangian ng mga vibrations. Ang pinakapangunahing ng napatunayan at natapos na mga teorya ay quantum electrodynamics. Mula dito, sa pamamagitan ng ilang mga pagpapasimple, nagiging posible na makuha ang mga sumusunod na pamamaraan, na malawakang ginagamit sa iba't ibang larangan.

Ang paglalarawan ng medyo mababang dalas ng radiation sa isang macroscopic medium ay isinasagawa gamit ang classical electrodynamics. Ito ay batay sa mga equation ni Maxwell. Kasabay nito, may mga pagpapasimple sa mga inilapat na aplikasyon. Ang isang optical na pag-aaral ay gumagamit ng optika. Ang teorya ng alon ay ginagamit sa mga kaso kung saan ang ilang bahagi ng optical system ay malapit sa laki sa mga wavelength. Ginagamit ang quantum optics kapag ang mga proseso ng scattering at absorption ng mga photon ay mahalaga.

Ang geometric optical theory ay ang limitasyon ng kaso kung saan ang wavelength ay pinapayagang mapabayaan. Mayroon ding ilang inilapat at pangunahing mga seksyon. Kabilang dito, halimbawa, ang astrophysics, ang biology ng visual na perception at photosynthesis, at photochemistry. Paano nauuri ang mga electromagnetic wave? Ang isang talahanayan na naglalarawan ng pamamahagi sa mga pangkat ay ipinakita sa ibaba.

Pag-uuri

Mayroong mga saklaw ng dalas ng mga electromagnetic wave. Walang matalim na mga paglipat sa pagitan nila, kung minsan ay nagsasapawan sila sa isa't isa. Ang mga hangganan sa pagitan nila ay medyo arbitrary. Dahil sa ang katunayan na ang daloy ay patuloy na ipinamamahagi, ang dalas ay mahigpit na nauugnay sa haba. Nasa ibaba ang mga hanay ng mga electromagnetic wave.

Ang ultrashort radiation ay karaniwang nahahati sa micrometer (submillimeter), millimeter, centimeter, decimeter, meter. Kung ang electromagnetic radiation ay mas mababa sa isang metro, ito ay karaniwang tinatawag na ultra-high frequency oscillation (SHF).

Mga uri ng electromagnetic wave

Sa itaas ay ang mga hanay ng mga electromagnetic wave. Ano ang mga uri ng batis? Kasama sa grupo ang gamma at x-ray. Kasabay nito, dapat sabihin na ang parehong ultraviolet at kahit na nakikitang ilaw ay may kakayahang mag-ionize ng mga atomo. Ang mga hangganan kung saan matatagpuan ang gamma at x-ray flux ay tinutukoy sa halip na may kondisyon. Ang mga limitasyon ng 20 eV - 0.1 MeV ay tinatanggap bilang pangkalahatang oryentasyon. Ang mga gamma flux sa makitid na kahulugan ay ibinubuga ng nucleus, ang mga X-ray ay ibinubuga ng electron atomic shell sa proseso ng pag-knock out ng mga electron mula sa mga mababang orbit. Gayunpaman, ang pag-uuri na ito ay hindi naaangkop sa hard radiation na nabuo nang walang paglahok ng nuclei at atoms.

Nabubuo ang mga X-ray stream kapag ang mga mabilis na particle na sinisingil (proton, electron, atbp.) ay bumagal at bilang resulta ng mga prosesong nagaganap sa loob ng mga atomic electron shell. Ang mga oscillation ng gamma ay lumitaw bilang isang resulta ng mga proseso sa loob ng nuclei ng mga atomo at sa panahon ng pagbabagong-anyo ng mga elementarya na particle.

mga stream ng radyo

Dahil sa malaking halaga ng mga haba, ang mga alon na ito ay maaaring isaalang-alang nang hindi isinasaalang-alang ang atomistic na istraktura ng daluyan. Ang tanging pagbubukod ay ang pinakamaikling stream, na katabi ng infrared na rehiyon ng spectrum. Sa hanay ng radyo, ang mga katangian ng kabuuan ng mga oscillation ay nagpapakita ng kanilang sarili nang mahina. Gayunpaman, dapat silang isaalang-alang, halimbawa, kapag sinusuri ang mga pamantayan ng oras ng molekular at dalas sa panahon ng paglamig ng kagamitan sa temperatura ng ilang mga kelvin.

Ang mga katangian ng quantum ay isinasaalang-alang din kapag naglalarawan ng mga oscillator at amplifier sa mga hanay ng milimetro at sentimetro. Ang stream ng radyo ay nabuo sa panahon ng paggalaw ng alternating current sa pamamagitan ng mga conductor ng kaukulang dalas. Ang isang dumaraan na electromagnetic wave sa kalawakan ay nagpapasigla sa katumbas na alon. Ginagamit ang property na ito sa disenyo ng mga antenna sa radio engineering.

Mga nakikitang stream

Ang ultraviolet at infrared na nakikitang radiation sa malawak na kahulugan ng salita ay ang tinatawag na optical na bahagi ng spectrum. Ang pagpili ng rehiyong ito ay natutukoy hindi lamang sa kalapitan ng kaukulang mga zone, kundi pati na rin sa pagkakapareho ng mga instrumentong ginamit sa pag-aaral at higit na binuo sa panahon ng pag-aaral ng nakikitang liwanag. Kabilang dito, sa partikular, ang mga salamin at lente para sa pagtutok ng radiation, diffraction grating, prisms, at iba pa.

Ang mga frequency ng optical waves ay maihahambing sa mga molecule at atoms, at ang kanilang mga haba ay maihahambing sa intermolecular na mga distansya at molekular na laki. Samakatuwid, ang mga phenomena na dahil sa atomistic na istraktura ng bagay ay nagiging makabuluhan sa lugar na ito. Para sa parehong dahilan, ang liwanag, kasama ang mga katangian ng alon, ay mayroon ding mga katangian ng quantum.

Ang paglitaw ng mga optical flow

Ang pinakatanyag na pinagmulan ay ang Araw. Ang ibabaw ng bituin (photosphere) ay may temperatura na 6000 Kelvin at naglalabas ng maliwanag na puting liwanag. Ang pinakamataas na halaga ng tuloy-tuloy na spectrum ay matatagpuan sa "berdeng" zone - 550 nm. Mayroon ding maximum na visual sensitivity. Ang mga oscillation sa optical range ay nangyayari kapag ang mga katawan ay pinainit. Ang mga infrared na daloy ay samakatuwid ay tinutukoy din bilang thermal.

Ang mas malakas na pag-init ng katawan, mas mataas ang dalas, kung saan matatagpuan ang maximum ng spectrum. Sa isang tiyak na pagtaas sa temperatura, ang init ay sinusunod (glow sa nakikitang hanay). Sa kasong ito, unang lilitaw ang pulang kulay, pagkatapos ay dilaw at iba pa. Ang paglikha at pagpaparehistro ng mga optical flow ay maaaring mangyari sa biological at chemical reactions, ang isa ay ginagamit sa photography. Para sa karamihan ng mga nilalang na naninirahan sa Earth, ang photosynthesis ay gumaganap bilang isang mapagkukunan ng enerhiya. Ang biological reaction na ito ay nagaganap sa mga halaman sa ilalim ng impluwensya ng optical solar radiation.

Mga tampok ng electromagnetic waves

Ang mga katangian ng daluyan at ang pinagmulan ay nakakaimpluwensya sa mga katangian ng mga daloy. Itinatag nito, sa partikular, ang pagdepende sa oras ng mga patlang, na tumutukoy sa uri ng daloy. Halimbawa, kapag ang distansya mula sa vibrator ay nagbabago (habang tumataas ito), ang radius ng curvature ay nagiging mas malaki. Bilang resulta, nabuo ang isang eroplanong electromagnetic wave. Ang pakikipag-ugnayan sa bagay ay nangyayari rin sa iba't ibang paraan.

Ang mga proseso ng pagsipsip at paglabas ng mga daloy, bilang panuntunan, ay maaaring inilarawan gamit ang mga klasikal na electrodynamic na relasyon. Para sa mga alon sa optical na rehiyon at para sa matitigas na sinag, lalo na, ang kanilang quantum na kalikasan ay dapat isaalang-alang.

Mga Pinagmumulan ng Stream

Sa kabila ng pisikal na pagkakaiba, kahit saan - sa isang radioactive substance, isang transmiter ng telebisyon, isang maliwanag na lampara - ang mga electromagnetic wave ay nasasabik ng mga electric charge na gumagalaw nang may pagbilis. Mayroong dalawang pangunahing uri ng mga mapagkukunan: microscopic at macroscopic. Sa una, mayroong isang biglaang paglipat ng mga sisingilin na particle mula sa isa patungo sa isa pang antas sa loob ng mga molekula o atomo.

Ang mga microscopic na mapagkukunan ay naglalabas ng X-ray, gamma, ultraviolet, infrared, nakikita, at sa ilang mga kaso ng long-wave radiation. Ang isang halimbawa ng huli ay ang linya sa spectrum ng hydrogen, na tumutugma sa isang wave na 21 cm. Ang phenomenon na ito ay partikular na kahalagahan sa radio astronomy.

Ang mga macroscopic sources ay mga emitters kung saan ang mga libreng electron ng conductors ay nagsasagawa ng panaka-nakang magkakasabay na oscillations. Sa mga sistema ng kategoryang ito, ang mga daloy ay nabuo mula sa milimetro hanggang sa pinakamahabang (sa mga linya ng kuryente).

Istraktura at lakas ng mga daloy

Sa acceleration at panaka-nakang pagbabago ng mga alon ay nakakaapekto sa bawat isa na may ilang mga puwersa. Ang direksyon at ang kanilang magnitude ay nakasalalay sa mga salik tulad ng laki at pagsasaayos ng lugar kung saan nakapaloob ang mga agos at singil, ang kanilang relatibong direksyon at magnitude. Ang mga de-koryenteng katangian ng isang partikular na daluyan, pati na rin ang mga pagbabago sa konsentrasyon ng mga singil at pamamahagi ng mga pinagmumulan ng alon, ay mayroon ding makabuluhang epekto.

Dahil sa pangkalahatang kumplikado ng pahayag ng problema, imposibleng kumatawan sa batas ng mga puwersa sa anyo ng isang solong formula. Ang istraktura, na tinatawag na electromagnetic field, at isinasaalang-alang, kung kinakailangan, bilang isang mathematical object, ay tinutukoy ng pamamahagi ng mga singil at mga alon. Ito naman, ay nilikha ng isang ibinigay na mapagkukunan, na isinasaalang-alang ang mga kondisyon ng hangganan. Ang mga kondisyon ay tinutukoy ng hugis ng zone ng pakikipag-ugnayan at ang mga katangian ng materyal. Kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa walang limitasyong espasyo, ang mga pangyayaring ito ay pupunan. Sa ganitong mga kaso, ang kondisyon ng radiation ay gumaganap bilang isang espesyal na karagdagang kondisyon. Dahil dito, ginagarantiyahan ang "tamang" pag-uugali ng field sa infinity.

Timeline ng pag-aaral

Lomonosov sa ilan sa kanyang mga probisyon ay inaasahan ang ilang mga postulates ng teorya ng electromagnetic field: "rotary" (rotational) motion ng mga particle, "fluctuating" (wave) theory of light, ang commonality nito sa likas na katangian ng kuryente, atbp. Infrared streams were natuklasan noong 1800 ni Herschel (mga siyentipikong Ingles), at sa sumunod, 1801, ang ultraviolet ay inilarawan ni Ritter. Ang radiation na mas maikli kaysa sa hanay ng ultraviolet ay natuklasan ni Roentgen noong 1895, ika-8 ng Nobyembre. Kasunod nito, tinawag itong X-ray.

Ang impluwensya ng mga electromagnetic wave ay pinag-aralan ng maraming mga siyentipiko. Gayunpaman, si Narkevich-Iodko (Belarusian scientist) ang unang nag-explore ng mga posibilidad ng mga daloy at ang saklaw nito. Pinag-aralan niya ang mga katangian ng mga daloy na may kaugnayan sa praktikal na gamot. Ang gamma radiation ay natuklasan ni Paul Willard noong 1900. Sa parehong panahon, nagsagawa si Planck ng teoretikal na pag-aaral ng mga katangian ng isang itim na katawan. Sa proseso ng pag-aaral, natuklasan niya ang quantum nature ng proseso. Ang kanyang trabaho ay ang simula ng pag-unlad Kasunod, ilang mga gawa nina Planck at Einstein ay nai-publish. Ang kanilang pananaliksik ay humantong sa pagbuo ng naturang konsepto bilang isang photon. Ito naman, ay minarkahan ang simula ng paglikha ng quantum theory ng electromagnetic flow. Ang pag-unlad nito ay nagpatuloy sa mga gawa ng mga nangungunang siyentipiko noong ikadalawampu siglo.

Ang karagdagang pananaliksik at gawain sa quantum theory ng electromagnetic radiation at ang pakikipag-ugnayan nito sa matter ay humantong sa pagbuo ng quantum electrodynamics sa anyo kung saan ito umiiral ngayon. Kabilang sa mga natitirang siyentipiko na kasangkot sa pag-aaral ng isyung ito, bukod kina Einstein at Planck, Bohr, Bose, Dirac, de Broglie, Heisenberg, Tomonaga, Schwinger, Feynman ay dapat banggitin.

Konklusyon

Ang kahalagahan ng pisika sa modernong mundo ay medyo malaki. Halos lahat ng bagay na ginagamit ngayon sa buhay ng tao ay lumitaw salamat sa praktikal na paggamit ng pananaliksik ng mga dakilang siyentipiko. Ang pagtuklas ng mga electromagnetic wave at ang kanilang pag-aaral, sa partikular, ay humantong sa paglikha ng mga maginoo, at kalaunan na mga mobile phone, mga transmiter ng radyo. Ang praktikal na aplikasyon ng naturang teoretikal na kaalaman ay partikular na kahalagahan sa larangan ng medisina, industriya, at teknolohiya.

Ang malawakang paggamit na ito ay dahil sa quantitative na katangian ng agham. Ang lahat ng pisikal na eksperimento ay batay sa mga sukat, paghahambing ng mga katangian ng pinag-aralan na mga phenomena sa mga magagamit na pamantayan. Ito ay para sa layuning ito na ang isang kumplikadong mga instrumento sa pagsukat at mga yunit ay binuo sa loob ng balangkas ng disiplina. Ang isang bilang ng mga regularidad ay karaniwan sa lahat ng umiiral na mga sistema ng materyal. Halimbawa, ang mga batas ng konserbasyon ng enerhiya ay itinuturing na pangkalahatang mga pisikal na batas.

Ang agham sa kabuuan ay tinatawag sa maraming mga kaso na pangunahing. Pangunahin ito dahil sa ang katunayan na ang ibang mga disiplina ay nagbibigay ng mga paglalarawan, na, sa turn, ay sumusunod sa mga batas ng pisika. Kaya, sa kimika, mga atomo, mga sangkap na nabuo mula sa kanila, at mga pagbabagong-anyo ay pinag-aralan. Ngunit ang mga kemikal na katangian ng mga katawan ay tinutukoy ng mga pisikal na katangian ng mga molekula at atomo. Inilalarawan ng mga katangiang ito ang mga sangay ng pisika gaya ng electromagnetism, thermodynamics at iba pa.