2. Ilarawan ang karanasan ni Hertz sa pag-detect ng mga electromagnetic wave
Sa eksperimento ni Hertz, ang pinagmulan ng electromagnetic disturbance ay mga electromagnetic oscillations na lumitaw sa isang vibrator (isang conductor na may air gap sa gitna). Ang isang mataas na boltahe ay inilapat sa puwang na ito, nagdulot ito ng paglabas ng spark. Pagkaraan ng ilang sandali, isang spark discharge ang lumitaw sa resonator (isang analogous vibrator). Ang pinaka matinding spark ay lumitaw sa resonator, na matatagpuan parallel sa vibrator.3. Ipaliwanag ang mga resulta ng eksperimento ni Hertz gamit ang teorya ni Maxwell. Bakit nakahalang ang electromagnetic wave?
Ang kasalukuyang sa pamamagitan ng discharge gap ay lumilikha ng induction sa paligid nito, ang magnetic flux ay tumataas, at isang inductive displacement current ay nangyayari. Ang pag-igting sa punto 1 (Larawan 155, b ng aklat-aralin) ay nakadirekta sa counterclockwise sa eroplano ng pagguhit, sa punto 2 ang kasalukuyang ay nakadirekta pataas at nagiging sanhi ng induction sa punto 3, ang pag-igting ay nakadirekta paitaas. Kung ang magnitude ng pag-igting ay sapat na para sa isang electrical breakdown ng hangin sa puwang, pagkatapos ay isang spark ay nangyayari at isang kasalukuyang dumadaloy sa resonator.Dahil ang mga direksyon ng magnetic field induction vectors at ang lakas ng electric field ay patayo sa isa't isa at sa direksyon ng alon.
4. Bakit nangyayari ang radiation ng mga electromagnetic wave sa panahon ng pinabilis na paggalaw ng mga singil sa kuryente? Paano nakadepende ang lakas ng electric field sa isang radiated electromagnetic wave sa acceleration ng radiating charged particle?
Ang lakas ng kasalukuyang ay proporsyonal sa bilis ng paggalaw ng mga sisingilin na particle, kaya ang isang electromagnetic wave ay nangyayari lamang kung ang bilis ng paggalaw ng mga particle na ito ay nakasalalay sa oras. Ang intensity sa emitted electromagnetic wave ay direktang proporsyonal sa acceleration ng emitting charged particle.5. Paano nakadepende ang density ng enerhiya ng isang electromagnetic field sa lakas ng electric field?
Ang density ng enerhiya ng isang electromagnetic field ay direktang proporsyonal sa parisukat ng lakas ng electric field.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 magnetismo.
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 sa mga batas ng mutual transformation ng magnetic at electric field, ang mga equation na ito sa kalaunan ay naging 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 mga nakasulat na 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 pahayag 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", na 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.
Ipinakilala ni M. Faraday ang konsepto ng isang larangan:
isang electrostatic na patlang sa paligid ng isang singil sa pamamahinga
sa paligid ng mga gumagalaw na singil (kasalukuyang) mayroong magnetic field.
Noong 1830, natuklasan ni M. Faraday ang kababalaghan ng electromagnetic induction: kapag nagbago ang magnetic field, isang vortex electric field ang lumitaw.
Figure 2.7 - Vortex electric field
saan, 
- vector ng lakas ng patlang ng kuryente, 
- vector ng magnetic induction.
Ang isang alternating magnetic field ay lumilikha ng isang vortex electric field.
Noong 1862 D.K. Iniharap ni Maxwell ang isang hypothesis: kapag nagbago ang electric field, isang vortex magnetic field ang lumitaw.
Ang ideya ng isang solong electromagnetic field ay lumitaw.
Figure 2.8 - Pinag-isang electromagnetic field.
Ang alternating electric field ay lumilikha ng vortex magnetic field.
Electromagnetic field- ito ay isang espesyal na anyo ng bagay - isang kumbinasyon ng mga electric at magnetic field. Ang mga variable na electric at magnetic field ay umiiral nang sabay-sabay at bumubuo ng isang solong electromagnetic field. Ito ay materyal:
Ito ay nagpapakita ng sarili sa pagkilos sa parehong resting at paglipat ng mga singil;
Kumakalat ito sa isang mataas ngunit may hangganan na bilis;
Ito ay umiiral nang independyente sa ating kagustuhan at kagustuhan.
Sa rate ng singil na zero, mayroon lamang isang electric field. Sa isang pare-pareho ang rate ng pagsingil, isang electromagnetic field ay nabuo.
Sa pinabilis na paggalaw ng singil, isang electromagnetic wave ang ibinubuga, na kumakalat sa kalawakan na may hangganan na bilis. .
Ang pag-unlad ng ideya ng mga electromagnetic wave ay pag-aari ni Maxwell, ngunit alam na ni Faraday ang tungkol sa kanilang pag-iral, kahit na natatakot siyang i-publish ang gawain (nabasa ito higit sa 100 taon pagkatapos ng kanyang kamatayan).
Ang pangunahing kondisyon para sa paglitaw ng isang electromagnetic wave ay ang pinabilis na paggalaw ng mga singil sa kuryente.
Ano ang isang electromagnetic wave, madaling isipin ang sumusunod na halimbawa. Kung magtapon ka ng isang maliit na bato sa ibabaw ng tubig, kung gayon ang mga alon na nag-iiba sa mga bilog ay nabuo sa ibabaw. Lumipat sila mula sa pinagmulan ng kanilang paglitaw (perturbation) na may tiyak na bilis ng pagpapalaganap. Para sa mga electromagnetic wave, ang mga kaguluhan ay mga electric at magnetic field na gumagalaw sa kalawakan. Ang isang electromagnetic field na nag-iiba-iba ng oras ay kinakailangang maging sanhi ng isang alternating magnetic field, at kabaliktaran. Ang mga patlang na ito ay magkakaugnay.
Ang pangunahing pinagmumulan ng spectrum ng electromagnetic waves ay ang Sun star. Bahagi ng spectrum ng electromagnetic waves ang nakikita ang mata ng tao. Ang spectrum na ito ay nasa loob ng 380...780 nm (Fig. 2.1). Sa nakikitang spectrum, iba ang nakikita ng mata ng liwanag. Ang mga electromagnetic oscillations na may iba't ibang wavelength ay nagdudulot ng sensasyon ng liwanag na may iba't ibang kulay.
Figure 2.9 - Spectrum ng electromagnetic waves
Ang bahagi ng spectrum ng mga electromagnetic wave ay ginagamit para sa mga layunin ng pagsasahimpapawid at komunikasyon sa radyo at telebisyon. Ang pinagmulan ng mga electromagnetic wave ay isang wire (antenna) kung saan ang mga singil sa kuryente ay nagbabago. Ang proseso ng pagbuo ng mga patlang, na nagsimula malapit sa kawad, unti-unti, punto sa punto, nakukuha ang buong espasyo. Kung mas mataas ang dalas ng alternating current na dumadaan sa wire at bumubuo ng electric o magnetic field, mas matindi ang mga radio wave ng isang partikular na haba na nilikha ng wire.
Radyo(lat. radio - emit, emit rays ← radius - beam) - isang uri ng wireless na komunikasyon kung saan ang mga radio wave ay malayang nagpapalaganap sa kalawakan ay ginagamit bilang signal carrier.
mga radio wave(mula sa radyo...), mga electromagnetic wave na may wavelength > 500 µm (frequency< 6×10 12 Гц).
Ang mga radio wave ay mga electric at magnetic field na nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga radio wave sa libreng espasyo ay 300,000 km/s. Batay dito, matutukoy mo ang haba ng radio wave (m).
λ=300/f, kung saan f - dalas (MHz)
Ang mga tunog na vibrations ng hangin na nilikha sa panahon ng isang pag-uusap sa telepono ay kino-convert ng mikropono sa mga electrical vibrations ng dalas ng tunog, na ipinadala sa pamamagitan ng mga wire sa kagamitan ng subscriber. Doon, sa kabilang dulo ng linya, sa tulong ng emitter ng telepono, sila ay na-convert sa mga panginginig ng hangin na nakikita ng subscriber bilang mga tunog. Sa telephony, ang paraan ng komunikasyon ay mga wire; sa radio broadcasting, radio waves.
Ang "puso" ng transmitter ng anumang istasyon ng radyo ay isang generator - isang aparato na bumubuo ng mga oscillations ng isang mataas, ngunit mahigpit na pare-pareho ang dalas para sa isang naibigay na istasyon ng radyo. Ang mga radio frequency oscillations na ito, na pinalakas sa kinakailangang kapangyarihan, ay pumapasok sa antenna at nakaka-excite sa nakapaligid na espasyo ng mga electromagnetic oscillations ng eksaktong parehong frequency - mga radio wave. Ang bilis ng pag-alis ng mga radio wave mula sa antenna ng istasyon ng radyo ay katumbas ng bilis ng liwanag: 300,000 km / s, na halos isang milyong beses na mas mabilis kaysa sa pagpapalaganap ng tunog sa hangin. Nangangahulugan ito na kung ang isang transmiter ay naka-on sa isang tiyak na sandali sa oras sa Moscow Broadcasting Station, ang mga radio wave nito ay makakarating sa Vladivostok nang mas mababa sa 1/30 s, at ang tunog sa panahong ito ay magkakaroon ng oras upang magpalaganap lamang ng 10- 11 m.
Ang mga alon ng radyo ay nagpapalaganap hindi lamang sa hangin, kundi pati na rin kung saan wala, halimbawa, sa kalawakan. Dito sila ay naiiba sa mga sound wave, kung saan ang hangin o iba pang siksik na daluyan, tulad ng tubig, ay ganap na kinakailangan.
electromagnetic wave
ay isang electromagnetic field na nagpapalaganap sa kalawakan (oscillations ng mga vectors 
). Malapit sa charge, nagbabago ang electric at magnetic field na may phase shift p/2.
Figure 2.10 - Pinag-isang electromagnetic field.
Sa isang malaking distansya mula sa singil, ang mga electric at magnetic field ay nagbabago sa yugto.
Figure 2.11 - In-phase na pagbabago sa mga electric at magnetic field.
Ang electromagnetic wave ay nakahalang.
Ang direksyon ng bilis ng electromagnetic wave ay tumutugma sa direksyon ng paggalaw ng kanang turnilyo kapag pinipihit ang hawakan ng vector gimlet 
sa vector 
.
Figure 2.12 - Electromagnetic wave.
Bukod dito, sa isang electromagnetic wave, ang kaugnayan 
, kung saan ang c ay ang bilis ng liwanag sa vacuum.
Maxwell theoretically kinakalkula ang enerhiya at bilis ng electromagnetic waves.
kaya, Ang enerhiya ng alon ay direktang proporsyonal sa ikaapat na kapangyarihan ng dalas. Nangangahulugan ito na upang mas madaling ayusin ang alon, kinakailangan na ito ay mataas ang dalas.
Ang mga electromagnetic wave ay natuklasan ni G. Hertz (1887).
Ang isang closed oscillatory circuit ay hindi nagpapalabas ng mga electromagnetic wave: ang lahat ng enerhiya ng electric field ng capacitor ay na-convert sa enerhiya ng magnetic field ng coil. Ang dalas ng oscillation ay tinutukoy ng mga parameter ng oscillatory circuit: 
.
Figure 2.13 - Oscillatory circuit.
Upang madagdagan ang dalas, kinakailangan upang bawasan ang L at C, i.e. i-on ang coil sa isang straight wire at, bilang 
, bawasan ang lugar ng mga plato at ikalat ang mga ito sa maximum na distansya. Ipinapakita nito na nakakakuha tayo, sa esensya, isang tuwid na konduktor.
Ang naturang device ay tinatawag na Hertz vibrator. Ang gitna ay pinutol at nakakonekta sa isang high frequency transpormer. Sa pagitan ng mga dulo ng mga wire, kung saan ang mga maliliit na spherical conductor ay naayos, isang electric spark jumps, na siyang pinagmumulan ng electromagnetic wave. Ang alon ay nagpapalaganap sa paraan na ang vector ng lakas ng patlang ng kuryente ay nag-oscillates sa eroplano kung saan matatagpuan ang konduktor.
Larawan 2.14 - Hertz vibrator.
Kung ang parehong konduktor (antenna) ay inilagay parallel sa emitter, pagkatapos ay ang mga singil sa loob nito ay mag-oscillate at mahinang spark ay tumalon sa pagitan ng mga konduktor.
Natuklasan ni Hertz ang mga electromagnetic wave sa isang eksperimento at sinukat ang bilis nito, na kasabay ng kinakalkula ni Maxwell at katumbas ng c=3. 10 8 m/s.
Ang isang alternating electric field ay bumubuo ng isang alternating magnetic field, na, sa turn, ay bumubuo ng isang alternating electric field, iyon ay, isang antenna na nagpapasigla sa isa sa mga field na nagiging sanhi ng paglitaw ng isang solong electromagnetic field. Ang pinakamahalagang pag-aari ng larangang ito ay ang pagpapalaganap nito sa anyo ng mga electromagnetic wave.
Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa isang lossless medium ay nakasalalay sa medyo dielectric at magnetic permeability ng medium. Para sa hangin, ang magnetic permeability ng medium ay katumbas ng isa, samakatuwid, ang propagation velocity ng electromagnetic waves sa kasong ito ay katumbas ng bilis ng liwanag.
Ang antenna ay maaaring isang vertical wire na pinapagana ng isang high frequency generator. Ang generator ay gumugugol ng enerhiya upang mapabilis ang paggalaw ng mga libreng electron sa konduktor, at ang enerhiya na ito ay na-convert sa isang alternating electromagnetic field, iyon ay, electromagnetic waves. Kung mas mataas ang dalas ng kasalukuyang generator, mas mabilis ang pagbabago ng electromagnetic field at mas matindi ang pagpapagaling ng alon.
Ang konektado sa antenna wire ay parehong electric field, ang mga linya ng puwersa na nagsisimula sa positibo at nagtatapos sa mga negatibong singil, at isang magnetic field, ang mga linya na nagsasara sa paligid ng kasalukuyang ng wire. Ang mas maikli ang panahon ng oscillation, mas kaunting oras ang natitira para sa enerhiya ng mga nakatali na mga patlang upang bumalik sa kawad (iyon ay, sa generator) at mas dumaan ito sa mga libreng patlang, na lumalaganap pa sa anyo ng mga electromagnetic wave. Ang mabisang radiation ng mga electromagnetic wave ay nangyayari sa ilalim ng kondisyon ng commensurability ng wavelength at ang haba ng radiating wire.
Kaya, maaari itong matukoy na alon ng radyo- ito ay isang electromagnetic field na hindi nauugnay sa emitter at channel-forming device, malayang nagpapalaganap sa espasyo sa anyo ng isang alon na may dalas ng oscillation na 10 -3 hanggang 10 12 Hz.
Ang mga oscillations ng mga electron sa antenna ay nilikha ng isang mapagkukunan ng pana-panahong pagbabago ng EMF na may isang panahon T. Kung sa ilang sandali ang field sa antenna ay may pinakamataas na halaga, magkakaroon ito ng parehong halaga pagkaraan ng ilang sandali T. Sa panahong ito, ang electromagnetic field na umiral sa unang sandali sa antenna ay lilipat sa malayo
λ = υТ (1)
Ang pinakamababang distansya sa pagitan ng dalawang punto sa espasyo kung saan ang field ay may parehong halaga ay tinatawag haba ng daluyong. Tulad ng sumusunod mula sa (1), ang wavelength λ depende sa bilis ng pagpapalaganap nito at sa panahon ng oscillation ng mga electron sa antenna. Bilang dalas kasalukuyang f = 1 / T, pagkatapos ay ang wavelength λ = υ / f .
Kasama sa link sa radyo ang mga sumusunod na pangunahing bahagi:
Tagapaghatid
Receiver
Ang daluyan kung saan nagpapalaganap ang mga radio wave.
Ang transmitter at receiver ay mga nakokontrol na elemento ng radio link, dahil posibleng pataasin ang power ng transmitter, kumonekta ng mas mahusay na antenna, at pataasin ang sensitivity ng receiver. Ang medium ay isang hindi nakokontrol na elemento ng link sa radyo.
Ang pagkakaiba sa pagitan ng isang linya ng komunikasyon sa radyo at mga wired na linya ay ang mga wired na linya ay gumagamit ng mga wire o cable bilang isang link sa pagkonekta, na mga kinokontrol na elemento (maaari mong baguhin ang kanilang mga electrical parameter).
Maraming mga pattern ng mga proseso ng alon ay unibersal sa kalikasan at pantay na wasto para sa mga alon ng iba't ibang kalikasan: mga mekanikal na alon sa isang nababanat na daluyan, mga alon sa ibabaw ng tubig, sa isang nakaunat na string, atbp. Mga electromagnetic wave, na siyang proseso ng pagpapalaganap ng Ang mga electromagnetic field oscillations, ay walang pagbubukod. Ngunit hindi tulad ng iba pang mga uri ng mga alon, na nagpapalaganap sa ilang materyal na daluyan, ang mga electromagnetic na alon ay maaaring magpalaganap sa isang vacuum: walang materyal na daluyan ang kinakailangan para sa pagpapalaganap ng mga electric at magnetic field. Gayunpaman, ang mga electromagnetic wave ay maaaring umiral hindi lamang sa vacuum, kundi pati na rin sa bagay.
Paghula ng mga electromagnetic wave. Ang pagkakaroon ng mga electromagnetic wave ay theoretically hinulaang ni Maxwell bilang resulta ng pagsusuri ng kanyang iminungkahing sistema ng mga equation na naglalarawan sa electromagnetic field. Ipinakita ni Maxwell na ang isang electromagnetic field sa isang vacuum ay maaaring umiral kahit na walang mga mapagkukunan - mga singil at agos. Ang isang patlang na walang pinagmumulan ay may anyo ng mga alon na nagpapalaganap sa isang may hangganang bilis cm/s, kung saan ang mga vector ng mga electric at magnetic field sa bawat sandali ng oras sa bawat punto ng espasyo ay patayo sa isa't isa at patayo sa direksyon ng alon pagpapalaganap.
Sa eksperimento, ang mga electromagnetic wave ay natuklasan at pinag-aralan ni Hertz 10 taon lamang pagkatapos ng kamatayan ni Maxwell.
buksan ang vibrator. Upang maunawaan kung paano maaaring makuha ang mga electromagnetic wave sa eksperimento, isaalang-alang natin ang isang "bukas" na oscillatory circuit, kung saan ang mga capacitor plate ay pinaghiwalay (Fig. 176) at samakatuwid ang electric field ay sumasakop sa isang malaking lugar ng espasyo. Sa pagtaas ng distansya sa pagitan ng mga plato, ang capacitance C ng capacitor ay bumababa at, alinsunod sa Thomson formula, ang dalas ng natural na mga oscillation ay tumataas. Kung papalitan din natin ang inductor ng isang piraso ng wire, bababa ang inductance at tataas pa ang natural frequency. Sa kasong ito, hindi lamang ang electric, kundi pati na rin ang magnetic field, na dating nakapaloob sa loob ng coil, ay sasakupin na ngayon ang isang malaking rehiyon ng espasyo na sumasaklaw sa wire na ito.
Ang pagtaas sa dalas ng mga oscillation sa circuit, pati na rin ang pagtaas sa mga linear na sukat nito, ay humahantong sa katotohanan na ang panahon ng natural
Ang mga oscillations ay nagiging maihahambing sa oras ng pagpapalaganap ng electromagnetic field sa buong circuit. Nangangahulugan ito na ang mga proseso ng natural na electromagnetic oscillations sa naturang open circuit ay hindi na maituturing na quasi-stationary.
kanin. 176. Paglipat mula sa isang oscillating circuit patungo sa isang bukas na vibrator
Ang kasalukuyang lakas sa iba't ibang mga lugar nito sa parehong oras ay naiiba: sa mga dulo ng circuit ito ay palaging zero, at sa gitna (kung saan ang coil ay dating) ito oscillates na may pinakamataas na amplitude.
Sa paglilimita ng kaso, kapag ang oscillatory circuit ay naging isang straight wire segment, ang kasalukuyang pamamahagi kasama ang circuit sa ilang mga punto sa oras ay ipinapakita sa Fig. 177a. Sa sandaling ang kasalukuyang lakas sa naturang vibrator ay pinakamataas, ang magnetic field na sumasaklaw dito ay umaabot din sa maximum, at walang electric field na malapit sa vibrator. Pagkatapos ng isang-kapat ng panahon, ang kasalukuyang lakas ay naglalaho, at kasama nito ang magnetic field malapit sa vibrator; Ang mga singil sa kuryente ay puro malapit sa mga dulo ng vibrator, at ang kanilang pamamahagi ay may anyo na ipinapakita sa Fig. 1776. Ang electric field na malapit sa vibrator sa sandaling ito ay maximum.
kanin. 177. Pamamahagi kasama ang isang bukas na vibrator ng kasalukuyang lakas sa sandaling ito ay pinakamataas (a), at ang pamamahagi ng mga singil pagkatapos ng isang-kapat ng panahon (b)
Ang mga oscillations ng charge at current na ito, i.e., electromagnetic oscillations sa isang open vibrator, ay medyo kahalintulad sa mechanical oscillations na maaaring mangyari sa isang oscillator spring kung ang napakalaking katawan na nakakabit dito ay aalisin. Sa kasong ito, kinakailangang isaalang-alang ang masa ng mga indibidwal na bahagi ng tagsibol at isaalang-alang ito bilang isang ipinamamahaging sistema, kung saan ang bawat elemento ay may parehong nababanat at hindi gumagalaw na mga katangian. Sa kaso ng isang bukas na electromagnetic vibrator, ang bawat isa sa mga elemento nito ay sabay na may parehong inductance at capacitance.
Mga electric at magnetic field ng vibrator. Ang di-quasi-stationary na katangian ng mga oscillations sa isang bukas na vibrator ay humahantong sa katotohanan na ang mga field na nilikha ng mga indibidwal na seksyon nito sa isang tiyak na distansya mula sa vibrator ay hindi na nagbabayad sa isa't isa, tulad ng kaso para sa isang "closed" oscillatory circuit na may lumped parameters, kung saan ang mga oscillations ay quasi-stationary, ang electric field ay ganap na puro sa loob ng capacitor, at magnetic - sa loob ng coil. Dahil sa gayong spatial na paghihiwalay ng mga electric at magnetic field, hindi sila direktang nauugnay sa isa't isa: ang kanilang magkaparehong pagbabago ay dahil lamang sa kasalukuyang - paglipat ng singil sa kahabaan ng circuit.
Sa isang bukas na vibrator, kung saan ang mga electric at magnetic field ay nagsasapawan sa kalawakan, ang kanilang impluwensya sa isa't isa ay nangyayari: ang pagbabago ng magnetic field ay bumubuo ng isang vortex electric field, at ang isang nagbabagong electric field ay bumubuo ng isang magnetic field. Bilang resulta, ang pagkakaroon ng naturang "self-sustaining" na mga patlang na nagpapalaganap sa libreng espasyo sa isang malaking distansya mula sa vibrator ay posible. Ito ang mga electromagnetic wave na ibinubuga ng vibrator.
Mga eksperimento ni Hertz. Ang vibrator, sa tulong kung saan si G. Hertz noong 1888 ang unang nag-eksperimentong kumuha ng mga electromagnetic wave, ay isang tuwid na konduktor na may maliit na puwang ng hangin sa gitna (Larawan 178a). Dahil sa puwang na ito, maaaring maibigay ang malalaking singil sa dalawang hati ng vibrator. Kapag ang potensyal na pagkakaiba ay umabot sa isang tiyak na halaga ng limitasyon, naganap ang pagkasira sa air gap (isang spark ang tumalon) at ang mga singil sa kuryente ay maaaring dumaloy sa ionized na hangin mula sa isang kalahati ng vibrator patungo sa isa pa. Sa isang bukas na circuit, lumitaw ang mga electromagnetic oscillations. Upang ang mga mabilis na alternating na alon ay umiral lamang sa vibrator at hindi malapit sa pinagmumulan ng kuryente, ang mga choke ay konektado sa pagitan ng vibrator at ang pinagmulan (tingnan ang Fig. 178a).
kanin. 178. Hertz vibrator
Ang mga high-frequency na panginginig ng boses sa vibrator ay umiiral hangga't sinasara ng spark ang agwat sa pagitan ng mga kalahati nito. Ang pamamasa ng naturang mga oscillations sa vibrator ay nangyayari higit sa lahat hindi dahil sa pagkalugi ng Joule sa paglaban (tulad ng sa isang closed oscillatory circuit), ngunit dahil sa radiation ng electromagnetic waves.
Para makita ang mga electromagnetic wave, gumamit si Hertz ng pangalawang (receiving) vibrator (Fig. 1786). Sa ilalim ng pagkilos ng isang alternating electric field ng isang wave na nagmumula sa emitter, ang mga electron sa receiving vibrator ay nagsasagawa ng sapilitang mga oscillations, ibig sabihin, ang isang mabilis na alternating current ay nasasabik sa vibrator. Kung ang mga sukat ng tumatanggap na vibrator ay kapareho ng sa radiating, kung gayon ang mga frequency ng natural na electromagnetic oscillations sa mga ito ay nag-tutugma at ang sapilitang mga oscillations sa receiving vibrator ay umaabot sa isang kapansin-pansing halaga dahil sa resonance. Ang mga oscillations na ito ay nakita ni Hertz sa pamamagitan ng pagdaan ng isang spark sa isang microscopic gap sa gitna ng receiving vibrator o sa pamamagitan ng glow ng isang miniature gas-discharge tube G, na konektado sa pagitan ng mga halves ng vibrator.
Hindi lamang pinatunayan ng Hertz ang pagkakaroon ng mga electromagnetic wave, ngunit sa unang pagkakataon ay nagsimulang pag-aralan ang kanilang mga katangian - pagsipsip at repraksyon sa iba't ibang media, pagmuni-muni mula sa mga ibabaw ng metal, atbp Sa eksperimento, posible ring sukatin ang bilis ng mga electromagnetic wave, na naging katumbas ng bilis ng liwanag.
Ang coincidence ng bilis ng electromagnetic waves na may bilis ng liwanag na sinusukat bago pa man ang kanilang pagtuklas ay nagsilbing panimulang punto para sa pagtukoy ng liwanag sa electromagnetic waves at paglikha ng electromagnetic theory ng liwanag.
Umiiral ang isang electromagnetic wave nang walang pinagmumulan ng mga field sa kahulugan na pagkatapos ng paglabas nito, ang electromagnetic field ng wave ay hindi nauugnay sa pinagmulan. Sa ganitong paraan, ang isang electromagnetic wave ay naiiba sa mga static na electric at magnetic field, na hindi umiiral sa paghihiwalay mula sa pinagmulan.
Mekanismo ng radiation ng electromagnetic waves. Ang radiation ng mga electromagnetic wave ay nangyayari sa pinabilis na paggalaw ng mga singil sa kuryente. Posibleng maunawaan kung paano umusbong ang transverse electric field ng wave mula sa radial Coulomb field ng isang point charge gamit ang sumusunod na simpleng pangangatwiran na iminungkahi ni J. Thomson.
kanin. 179. Field ng isang hindi kumikibo na point charge
Isaalang-alang ang electric field na nilikha ng isang point charge. Kung ang charge ay nakapahinga, ang electrostatic field nito ay kinakatawan ng radial lines ng puwersa na lumalabas mula sa charge (Fig. 179). Hayaang sa sandali ng oras ang singil sa ilalim ng pagkilos ng ilang panlabas na puwersa ay nagsimulang gumalaw nang may pagbilis ng a, at pagkaraan ng ilang oras ay huminto ang pagkilos ng puwersang ito, upang ang singil ay gumagalaw nang pantay-pantay sa bilis. Ang graph ng bilis ng singil ay ipinapakita sa Fig. 180.
Isipin ang isang larawan ng mga linya ng electric field na nilikha ng singil na ito, pagkatapos ng mahabang panahon. Dahil ang electric field ay dumadami sa bilis ng liwanag c,
kung gayon ang pagbabago sa electric field na dulot ng paggalaw ng singil ay hindi maabot ang mga puntong nasa labas ng globo ng radius: sa labas ng globo na ito, ang patlang ay kapareho ng noong may nakatigil na singil (Larawan 181). Ang lakas ng field na ito (sa Gaussian system of units) ay katumbas ng
Ang buong pagbabago sa electric field na dulot ng pinabilis na paggalaw ng singil sa paglipas ng panahon sa sandali ng oras ay nasa loob ng isang manipis na spherical layer ng kapal, ang panlabas na radius na kung saan ay katumbas ng at ang panloob na isa - Ito ay ipinapakita sa Fig. 181. Sa loob ng globo ng radius, ang electric field ay ang field ng pantay na gumagalaw na singil.
kanin. 180. Grap ng rate ng singil
kanin. 181. Mga linya ng lakas ng electric field ng isang singil na gumagalaw ayon sa graph sa fig. 180
kanin. 182. Sa derivation ng formula para sa intensity ng radiation field ng isang pinabilis na gumagalaw na singil
Kung ang bilis ng pagsingil ay mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag c, kung gayon ang patlang na ito sa sandali ng oras ay tumutugma sa larangan ng isang nakatigil na singil sa punto na matatagpuan sa layo mula sa simula (Larawan 181): ang patlang ng isang singil ay mabagal. gumagalaw sa isang pare-pareho ang bilis gumagalaw kasama nito, at ang distansya na nilakbay ng singil sa paglipas ng panahon, tulad ng makikita mula sa Fig. 180, ay maituturing na katumbas kung r»t.
Ang larawan ng electric field sa loob ng spherical layer ay madaling mahanap, dahil sa pagpapatuloy ng mga linya ng puwersa. Upang gawin ito, kailangan mong ikonekta ang kaukulang mga linya ng puwersa ng radial (Larawan 181). Ang kink sa mga linya ng puwersa na dulot ng pinabilis na paggalaw ng singil ay "tumatakbo palayo" mula sa singil sa isang bilis c. Isang kink sa mga linya ng puwersa sa pagitan
spheres, ito ang radiation field na kinaiinteresan natin, na nagpapalaganap sa bilis c.
Upang mahanap ang patlang ng radiation, isaalang-alang ang isa sa mga linya ng intensity, na bumubuo sa isang tiyak na anggulo sa direksyon ng paggalaw ng singil (Larawan 182). Binubulok namin ang vector ng lakas ng electric field sa break E sa dalawang bahagi: radial at transverse. Ang radial component ay ang lakas ng electrostatic field na nilikha ng charge sa layo mula dito:
Ang transverse component ay ang lakas ng electric field sa alon na ibinubuga ng singil sa panahon ng pinabilis na paggalaw. Dahil ang alon na ito ay tumatakbo kasama ang radius, ang vector ay patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Mula sa fig. 182 ay nagpapakita na
Ang pagpapalit dito mula sa (2), makikita natin
Isinasaalang-alang na ang isang ratio ay ang acceleration a, kung saan ang singil ay gumagalaw sa pagitan ng oras mula 0 hanggang, muli naming isinusulat ang expression na ito sa anyo.
Una sa lahat, binibigyang-pansin namin ang katotohanan na ang lakas ng electric field ng alon ay bumababa nang baligtad sa distansya mula sa gitna, sa kaibahan sa lakas ng electrostatic field, na proporsyonal sa naturang pag-asa sa distansya, at dapat asahan kung isasaalang-alang natin ang batas ng konserbasyon ng enerhiya. Dahil walang pagsipsip ng enerhiya kapag ang isang alon ay kumakalat sa isang walang laman, ang dami ng enerhiya na dumaan sa isang sphere ng anumang radius ay pareho. Dahil ang surface area ng isang sphere ay proporsyonal sa square ng radius nito, ang energy flux sa pamamagitan ng isang unit ng surface nito ay dapat na inversely proportional sa square ng radius. Isinasaalang-alang na ang density ng enerhiya ng electric field ng alon ay pantay, napagpasyahan namin iyon
Dagdag pa, tandaan namin na ang lakas ng patlang ng alon sa formula (4) sa sandali ng oras ay nakasalalay sa acceleration ng singil at sa sandali ng oras na ang alon ay nag-radiated sa sandaling umabot sa isang punto na matatagpuan sa layo pagkatapos ng isang oras. katumbas ng
Radiation ng isang oscillating charge. Ipagpalagay natin ngayon na ang singil ay gumagalaw sa lahat ng oras sa isang tuwid na linya na may ilang variable na acceleration malapit sa pinanggalingan, halimbawa, ito ay nagsasagawa ng mga harmonic oscillations. Hangga't ito, patuloy itong maglalabas ng mga electromagnetic wave. Ang lakas ng electric field ng wave sa isang punto na matatagpuan sa layo mula sa pinanggalingan ng mga coordinate ay tinutukoy pa rin ng formula (4), at ang field sa sandali ng oras ay nakasalalay sa acceleration ng charge a sa isang mas maagang sandali.
Hayaang ang paggalaw ng singil ay isang harmonic oscillation malapit sa pinanggalingan na may tiyak na amplitude A at frequency w:
Ang acceleration ng charge sa panahon ng naturang paggalaw ay ibinibigay ng expression
Ang pagpapalit ng pagpabilis ng singil sa formula (5), nakukuha namin
Ang isang pagbabago sa electric field sa anumang punto sa panahon ng pagpasa ng naturang wave ay isang harmonic oscillation na may frequency , ibig sabihin, ang isang oscillating charge ay naglalabas ng isang monochromatic wave. Siyempre, ang formula (8) ay may bisa sa mga distansyang mas malaki kaysa sa amplitude ng charge oscillations A.
Ang enerhiya ng isang electromagnetic wave. Ang density ng enerhiya ng electric field ng isang monochromatic wave na ibinubuga ng isang singil ay matatagpuan gamit ang formula (8):
Ang density ng enerhiya ay proporsyonal sa parisukat ng amplitude ng oscillation ng singil at ang ikaapat na kapangyarihan ng dalas.
Ang anumang pagbabagu-bago ay nauugnay sa mga pana-panahong paglipat ng enerhiya mula sa isang anyo patungo sa isa pa at kabaliktaran. Halimbawa, ang mga oscillations ng isang mechanical oscillator ay sinamahan ng magkaparehong pagbabago ng kinetic energy at potensyal na enerhiya ng elastic deformation. Kapag nag-aaral ng mga electromagnetic oscillations sa isang circuit, nakita namin na ang analogue ng potensyal na enerhiya ng isang mechanical oscillator ay ang enerhiya ng electric field sa capacitor, at ang analogue ng kinetic energy ay ang enerhiya ng magnetic field ng coil. Ang pagkakatulad na ito ay wasto hindi lamang para sa mga naisalokal na oscillations, kundi pati na rin para sa mga proseso ng alon.
Sa isang monochromatic wave na naglalakbay sa isang nababanat na daluyan, ang kinetic at potensyal na mga density ng enerhiya sa bawat punto ay nagsasagawa ng mga harmonic oscillations na may dobleng dalas, at sa paraang ang kanilang mga halaga ay nag-tutugma sa anumang oras. Ito ay pareho sa isang naglalakbay na monochromatic electromagnetic wave: ang mga density ng enerhiya ng mga electric at magnetic field, na gumagawa ng isang harmonic oscillation na may dalas, ay katumbas ng bawat isa sa bawat punto sa anumang oras.
Ang density ng enerhiya ng magnetic field ay ipinahayag sa mga tuntunin ng induction B tulad ng sumusunod:
Ang equating ang mga density ng enerhiya ng mga electric at magnetic field sa isang naglalakbay na electromagnetic wave, kami ay kumbinsido na ang magnetic field induction sa naturang wave ay nakasalalay sa mga coordinate at oras sa parehong paraan tulad ng lakas ng electric field. Sa madaling salita, sa isang naglalakbay na alon, ang magnetic field induction at ang lakas ng electric field ay katumbas ng bawat isa sa anumang punto sa anumang oras (sa Gaussian system of units):
Ang daloy ng enerhiya ng isang electromagnetic wave. Ang kabuuang density ng enerhiya ng electromagnetic field sa naglalakbay na alon ay dalawang beses sa density ng enerhiya ng electric field (9). Ang densidad ng flux ng enerhiya y dala ng alon ay katumbas ng produkto ng density ng enerhiya at ang bilis ng pagpapalaganap ng alon. Gamit ang formula (9), makikita ng isang tao na ang daloy ng enerhiya sa anumang ibabaw ay nag-o-oscillate nang may dalas. Upang mahanap ang average na halaga ng density ng flux ng enerhiya, kinakailangan ang average na expression (9) sa paglipas ng panahon. Dahil ang ibig sabihin ng halaga ay 1/2, nakukuha natin
kanin. 183. Angular na pamamahagi ng enerhiya" na ibinubuga ng isang oscillating charge
Ang density ng flux ng enerhiya sa isang alon ay nakasalalay sa direksyon: walang enerhiya na ibinubuga sa direksyon kung saan nagaganap ang mga oscillations ng singil. Ang pinakamalaking halaga ng enerhiya ay ibinubuga sa isang eroplano na patayo sa direksyon na ito. 183. Nag-o-oscillate ang isang charge kasama ang isang axis
direksyon ng enerhiya, ibig sabihin, ang diagram ay nagpapakita ng isang linya na nagkokonekta sa mga dulo ng mga segment na ito.
Ang pamamahagi ng enerhiya sa mga direksyon sa espasyo ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang ibabaw, na nakuha sa pamamagitan ng pag-ikot ng diagram sa paligid ng axis
Polariseysyon ng mga electromagnetic wave. Ang alon na nabuo ng vibrator sa panahon ng harmonic oscillations ay tinatawag na monochromatic. Ang isang monochromatic wave ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang partikular na frequency co at wavelength X. Ang wavelength at frequency ay nauugnay sa pamamagitan ng wave propagation speed c:
Ang isang electromagnetic wave sa vacuum ay nakahalang: ang vector ng electromagnetic field na lakas ng wave, tulad ng makikita mula sa itaas na pangangatwiran, ay patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Gumuhit tayo sa pamamagitan ng observation point Р sa fig. 184 sphere na nakasentro sa pinanggalingan, sa paligid kung saan nag-o-oscillate ang radiating charge sa kahabaan ng axis. Gumuhit ng mga parallel at meridian dito. Pagkatapos ang vector E ng wave field ay ididirekta nang tangential sa meridian, at ang vector B ay patayo sa vector E at ididirekta nang tangential sa parallel.
Upang mapatunayan ito, isaalang-alang natin nang mas detalyado ang kaugnayan sa pagitan ng mga electric at magnetic field sa isang naglalakbay na alon. Ang mga patlang na ito pagkatapos ng paglabas ng alon ay hindi na nauugnay sa pinagmulan. Kapag nagbago ang electric field ng alon, lumitaw ang isang magnetic field, ang mga linya ng puwersa na kung saan, tulad ng nakita natin sa pag-aaral ng kasalukuyang displacement, ay patayo sa mga linya ng puwersa ng electric field. Ang alternating magnetic field na ito, na nagbabago, ay humahantong sa hitsura ng isang vortex electric field, na patayo sa magnetic field na nabuo nito. Kaya, sa panahon ng pagpapalaganap ng isang alon, ang mga electric at magnetic field ay sumusuporta sa isa't isa, na nananatiling magkaparehong patayo sa lahat ng oras. Dahil sa isang naglalakbay na alon ang mga electric at magnetic field ay nagbabago sa phase sa isa't isa, ang agarang "portrait" ng wave (mga vector E at B sa iba't ibang mga punto ng linya kasama ang direksyon ng pagpapalaganap) ay may anyo na ipinapakita sa Fig. 185. Ang nasabing alon ay tinatawag na linearly polarized. Ang isang harmonic oscillating charge ay nagpapalabas ng mga linear na polarized na alon sa lahat ng direksyon. Sa isang linearly polarized wave na naglalakbay sa anumang direksyon, ang vector E ay palaging nasa parehong eroplano.
Dahil ang mga singil sa isang linear electromagnetic vibrator ay gumaganap ng ganoong oscillating motion, ang electromagnetic wave na ibinubuga ng vibrator ay linearly polarized. Madaling i-verify ito sa pamamagitan ng eksperimento sa pamamagitan ng pagbabago ng oryentasyon ng tumatanggap na vibrator na may kaugnayan sa naglalabas.
kanin. 185. Mga electric at magnetic field sa isang naglalakbay na linearly polarized wave
Ang signal ay pinakamalaki kapag ang receiving vibrator ay parallel sa naglalabas (tingnan ang Fig. 178). Kung ang receiving vibrator ay nakabukas patayo sa naglalabas na vibrator, mawawala ang signal. Ang mga electrical oscillations sa receiving vibrator ay maaaring lumitaw lamang dahil sa bahagi ng electric field ng wave na nakadirekta sa kahabaan ng vibrator. Samakatuwid, ang naturang eksperimento ay nagpapahiwatig na ang electric field sa wave ay parallel sa radiating vibrator.
Ang iba pang mga uri ng polariseysyon ng mga transverse electromagnetic wave ay posible rin. Kung, halimbawa, ang vector E sa isang punto sa panahon ng pagpasa ng alon ay pantay na umiikot sa direksyon ng pagpapalaganap, na nananatiling hindi nagbabago sa ganap na halaga, kung gayon ang alon ay tinatawag na circularly polarized o polarized sa isang bilog. Ang isang instant na "portrait" ng electric field ng naturang electromagnetic wave ay ipinapakita sa Fig. 186.
kanin. 186. Electric field sa isang naglalakbay na circularly polarized wave
Ang isang circularly polarized wave ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagdaragdag ng dalawang linearly polarized waves ng parehong frequency at amplitude na nagpapalaganap sa parehong direksyon, ang electric field vectors kung saan ay mutually perpendicular. Sa bawat isa sa mga alon, ang electric field vector sa bawat punto ay nagsasagawa ng harmonic oscillation. Upang ang kabuuan ng naturang magkabilang patayo na oscillations ay magresulta sa isang pag-ikot ng nagreresultang vector, kinakailangan ang isang phase shift. Sa madaling salita, ang mga linearly polarized na alon na idinaragdag ay dapat ilipat ng isang-kapat ng wavelength na may kaugnayan sa bawat isa.
Momentum ng alon at magaan na presyon. Kasama ng enerhiya, ang isang electromagnetic wave ay mayroon ding momentum. Kung ang isang alon ay hinihigop, ang momentum nito ay inililipat sa bagay na sumisipsip nito. Kaya't sumusunod na sa panahon ng pagsipsip, ang electromagnetic wave ay nagdudulot ng presyon sa hadlang. Ang pinagmulan ng presyon ng alon at ang halaga ng presyur na ito ay maaaring ipaliwanag bilang mga sumusunod.
Nakadirekta sa isang tuwid na linya. Pagkatapos ang kapangyarihan na hinihigop ng singil P ay katumbas ng
Ipinapalagay namin na ang lahat ng enerhiya ng alon ng insidente ay hinihigop ng hadlang. Dahil ang alon ay nagdadala ng enerhiya sa bawat yunit na lugar ng ibabaw ng hadlang sa bawat yunit ng oras, ang presyon na ibinibigay ng alon sa normal na saklaw ay katumbas ng density ng enerhiya ng alon. oras ang isang salpok ay katumbas, ayon sa formula (15), sa hinihigop na enerhiya na hinati sa bilis ng liwanag . At nangangahulugan ito na ang hinihigop na electromagnetic wave ay may momentum, na katumbas ng enerhiya na hinati sa bilis ng liwanag.
Sa kauna-unahang pagkakataon, ang presyon ng mga electromagnetic wave ay eksperimento na natuklasan ni P. N. Lebedev noong 1900 sa sobrang banayad na mga eksperimento.
Paano naiiba ang quasi-stationary electromagnetic oscillations sa closed oscillatory circuit sa high-frequency oscillations sa open vibrator? Bigyan mo ako ng mekanikal na pagkakatulad.
Ipaliwanag kung bakit ang mga electromagnetic wave ay hindi nag-radiate sa isang closed circuit sa panahon ng electromagnetic quasi-stationary oscillations. Bakit nangyayari ang radiation sa panahon ng mga electromagnetic oscillations sa isang bukas na vibrator?
Ilarawan at ipaliwanag ang mga eksperimento ni Hertz sa paggulo at pagtuklas ng mga electromagnetic wave. Ano ang papel na ginagampanan ng spark gap sa pagpapadala at pagtanggap ng mga vibrator?
Ipaliwanag kung paano, sa pinabilis na paggalaw ng isang electric charge, ang isang longitudinal electrostatic field ay nagiging transverse electric field ng isang electromagnetic wave na ibinubuga nito.
Batay sa mga pagsasaalang-alang sa enerhiya, ipakita na ang lakas ng electric field ng spherical wave na ibinubuga ng vibrator ay bumababa bilang 1 1r (sa kaibahan sa electrostatic field).
Ano ang isang monochromatic electromagnetic wave? Ano ang wavelength? Paano ito nauugnay sa dalas? Ano ang transverse property ng electromagnetic waves?
Ano ang polarisasyon ng isang electromagnetic wave? Anong mga uri ng polarization ang alam mo?
Anong mga argumento ang maaari mong ibigay upang bigyang-katwiran ang katotohanan na ang isang electromagnetic wave ay may momentum?
Ipaliwanag ang papel ng Lorentz force sa paglitaw ng electromagnetic wave pressure force sa barrier.
Noong 1860-1865. isa sa mga pinakadakilang physicist noong ika-19 na siglo James Clerk Maxwell lumikha ng isang teorya electromagnetic field. Ayon kay Maxwell, ang phenomenon ng electromagnetic induction ay ipinaliwanag bilang mga sumusunod. Kung sa ilang mga punto sa espasyo ang magnetic field ay nagbabago sa oras, pagkatapos ay isang electric field ay nabuo din doon. Kung mayroong isang saradong konduktor sa field, kung gayon ang electric field ay nagdudulot ng induction current sa loob nito. Ito ay sumusunod mula sa teorya ni Maxwell na ang reverse process ay posible rin. Kung sa ilang rehiyon ng espasyo ang electric field ay nagbabago sa oras, kung gayon ang isang magnetic field ay nabuo din dito.
Kaya, ang anumang pagbabago sa paglipas ng panahon sa magnetic field ay nagreresulta sa isang pagbabago ng electric field, at anumang pagbabago sa paglipas ng panahon sa electric field ay nagdudulot ng pagbabago ng magnetic field. Ang mga ito na bumubuo sa isa't isa na nagpapalit-palit ng mga electric at magnetic field ay bumubuo ng isang electromagnetic field.
Mga katangian ng electromagnetic waves
Ang pinakamahalagang resulta na sumusunod mula sa teorya ng electromagnetic field na binuo ni Maxwell ay ang hula ng posibilidad ng pagkakaroon ng electromagnetic waves. electromagnetic wave- pagpapalaganap ng mga electromagnetic field sa espasyo at oras.
Ang mga electromagnetic wave, hindi tulad ng elastic (sound) waves, ay maaaring magpalaganap sa isang vacuum o anumang iba pang substance.
Ang mga electromagnetic wave sa vacuum ay kumakalat nang mabilis c=299 792 km/s, ibig sabihin, sa bilis ng liwanag.
Sa bagay, ang bilis ng isang electromagnetic wave ay mas mababa kaysa sa vacuum. Ang ugnayan sa pagitan ng haba ng daluyong , ang bilis nito, panahon at dalas ng mga oscillations na nakuha para sa mga mekanikal na alon ay may bisa din para sa mga electromagnetic wave:
Pagbabago ng tension vector E at magnetic induction vector B mangyari sa magkabilang patayo na mga eroplano at patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon (velocity vector).
Ang isang electromagnetic wave ay nagdadala ng enerhiya.
Electromagnetic Wave Range
Sa paligid natin ay isang kumplikadong mundo ng mga electromagnetic wave na may iba't ibang frequency: radiation mula sa mga monitor ng computer, cell phone, microwave oven, telebisyon, atbp. Sa kasalukuyan, ang lahat ng electromagnetic wave ay nahahati sa haba ng daluyong sa anim na pangunahing hanay.
mga radio wave- ito ay mga electromagnetic wave (na may wavelength mula 10,000 m hanggang 0.005 m), na nagsisilbing magpadala ng mga signal (impormasyon) sa isang distansya na walang mga wire. Sa mga komunikasyon sa radyo, ang mga radio wave ay nilikha sa pamamagitan ng mataas na dalas ng mga alon na dumadaloy sa isang antena.
Electromagnetic radiation na may wavelength mula 0.005 m hanggang 1 micron, i.e. sa pagitan ng mga radio wave at nakikitang liwanag ay tinatawag infrared radiation. Ang infrared radiation ay ibinubuga ng anumang pinainit na katawan. Ang pinagmumulan ng infrared radiation ay mga furnace, baterya, electric incandescent lamp. Sa tulong ng mga espesyal na aparato, ang infrared radiation ay maaaring ma-convert sa nakikitang liwanag at ang mga imahe ng pinainit na mga bagay ay maaaring makuha sa kumpletong kadiliman.
Upang nakikitang liwanag isama ang radiation na may wavelength na humigit-kumulang 770 nm hanggang 380 nm, mula pula hanggang violet. Ang kahalagahan ng bahaging ito ng spectrum ng electromagnetic radiation sa buhay ng tao ay napakahusay, dahil ang isang tao ay tumatanggap ng halos lahat ng impormasyon tungkol sa mundo sa paligid niya sa tulong ng pangitain.
Tinatawag na electromagnetic radiation na hindi nakikita ng mata na may wavelength na mas maikli kaysa violet ultraviolet radiation. Maaari itong pumatay ng pathogenic bacteria.
x-ray radiation hindi nakikita ng mata. Ito ay pumasa nang walang makabuluhang pagsipsip sa pamamagitan ng makabuluhang mga layer ng isang sangkap na malabo sa nakikitang liwanag, na ginagamit upang masuri ang mga sakit ng mga panloob na organo.
Gamma radiation tinatawag na electromagnetic radiation na ibinubuga ng excited na nuclei at nagmumula sa interaksyon ng elementarya na mga particle.
Ang prinsipyo ng komunikasyon sa radyo
Ang oscillatory circuit ay ginagamit bilang pinagmumulan ng electromagnetic waves. Para sa epektibong radiation, ang circuit ay "binuksan", i.e. lumikha ng mga kondisyon para sa field na "pumunta" sa kalawakan. Ang device na ito ay tinatawag na open oscillatory circuit - antenna.
komunikasyon sa radyo tinatawag na paghahatid ng impormasyon gamit ang mga electromagnetic wave, na ang mga frequency ay nasa hanay mula hanggang Hz.
Radar (radar)
Isang aparato na nagpapadala ng mga ultrashort wave at agad itong natatanggap. Ang radiation ay isinasagawa sa pamamagitan ng maikling pulso. Ang mga pulso ay makikita mula sa mga bagay, na nagpapahintulot, pagkatapos matanggap at maproseso ang signal, upang itakda ang distansya sa bagay.
Ang bilis ng radar ay gumagana sa isang katulad na prinsipyo. Isipin kung paano tinutukoy ng radar ang bilis ng isang gumagalaw na kotse.
