Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία(ηλεκτρομαγνητικά κύματα) - μια διαταραχή των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων που διαδίδονται στο διάστημα.
Εύρος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας
1 Ραδιοκύματα
2. Υπέρυθρες (θερμικές)
3. Ορατή ακτινοβολία (οπτική)
4. Η υπεριώδης ακτινοβολία
5. Σκληρή ακτινοβολία
Τα κύρια χαρακτηριστικά της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας θεωρούνται η συχνότητα και το μήκος κύματος. Το μήκος κύματος εξαρτάται από την ταχύτητα διάδοσης της ακτινοβολίας. Η ταχύτητα διάδοσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στο κενό είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός, σε άλλα μέσα αυτή η ταχύτητα είναι μικρότερη.
Τα χαρακτηριστικά των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από την άποψη της θεωρίας των ταλαντώσεων και των εννοιών της ηλεκτροδυναμικής είναι η παρουσία τριών αμοιβαία κάθετων διανυσμάτων: το διάνυσμα κύματος, το διάνυσμα έντασης ηλεκτρικού πεδίου Ε και το διάνυσμα έντασης μαγνητικού πεδίου H.
Ηλεκτρομαγνητικά κύματα- πρόκειται για εγκάρσια κύματα (διατμητικά κύματα), στα οποία τα διανύσματα ισχύος ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου ταλαντώνονται κάθετα προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος, αλλά διαφέρουν σημαντικά από τα κύματα στο νερό και από τον ήχο στο ότι μπορούν να μεταδοθούν από μια πηγή σε δέκτη, συμπεριλαμβανομένου του κενού.
Κοινή για όλα τα είδη ακτινοβολίας είναι η ταχύτητα διάδοσής τους στο κενό, ίση με 300.000.000 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία χαρακτηρίζεται από τη συχνότητα των ταλαντώσεων, που δείχνει τον αριθμό πλήρεις κύκλουςδονήσεις ανά δευτερόλεπτο, ή μήκος κύματος, δηλ. την απόσταση στην οποία διαδίδεται η ακτινοβολία κατά τη διάρκεια μιας ταλάντωσης (για μια περίοδο ταλάντωσης).
Η συχνότητα ταλάντωσης (f), το μήκος κύματος (λ) και η ταχύτητα διάδοσης της ακτινοβολίας (γ) συνδέονται μεταξύ τους με τη σχέση: c = f λ.
Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία συνήθως χωρίζεται σε περιοχές συχνοτήτων. Δεν υπάρχουν απότομες μεταβάσεις μεταξύ των περιοχών, μερικές φορές επικαλύπτονται και τα όρια μεταξύ τους είναι υπό όρους. Δεδομένου ότι η ταχύτητα διάδοσης της ακτινοβολίας είναι σταθερή, η συχνότητα των ταλαντώσεων της σχετίζεται αυστηρά με το μήκος κύματος στο κενό.
υπερμικρά ραδιοκύματαΣυνηθίζεται να χωρίζεται σε μέτρο, δεκατόμετρο, εκατοστό, χιλιοστό και υποχιλιοστό ή μικρόμετρο. Τα κύματα με μήκος λ μικρότερο από 1 m (συχνότητα μεγαλύτερη από 300 MHz) ονομάζονται επίσης μικροκύματα ή μικροκύματα.
Υπέρυθρη ακτινοβολία- ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που καταλαμβάνει τη φασματική περιοχή μεταξύ του κόκκινου άκρου του ορατού φωτός (με μήκος κύματος 0,74 μικρά) και ακτινοβολία μικροκυμάτων(1-2 mm).
Υπέρυθρη ακτινοβολίακαταλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος του οπτικού φάσματος. Η υπέρυθρη ακτινοβολία ονομάζεται επίσης «θερμική» ακτινοβολία, αφού όλα τα σώματα, στερεά και υγρά, που θερμαίνονται σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, ακτινοβολούν ενέργεια στο υπέρυθρο φάσμα. Σε αυτή την περίπτωση, τα μήκη κύματος που εκπέμπονται από το σώμα εξαρτώνται από τη θερμοκρασία θέρμανσης: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος και τόσο μεγαλύτερη είναι η ένταση της ακτινοβολίας. Το φάσμα ακτινοβολίας ενός απόλυτα μαύρου σώματος σε σχετικά χαμηλές (έως αρκετές χιλιάδες Kelvin) θερμοκρασίες βρίσκεται κυρίως σε αυτό το εύρος.
Το ορατό φως είναι ένας συνδυασμός επτά βασικών χρωμάτων: κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί και βιολετί Πριν από τις κόκκινες περιοχές του φάσματος στο οπτικό εύρος είναι το υπέρυθρο και πίσω από το ιώδες το υπεριώδες. Αλλά ούτε το υπέρυθρο, ούτε το υπεριώδες δεν είναι ορατό στο ανθρώπινο μάτι.
Η ορατή, η υπέρυθρη και η υπεριώδης ακτινοβολία είναι το λεγόμενο οπτική περιοχή του φάσματοςμε την ευρεία έννοια της λέξης. Η πιο διάσημη πηγή οπτικής ακτινοβολίας είναι ο Ήλιος. Η επιφάνειά του (φωτόσφαιρα) θερμαίνεται σε θερμοκρασία 6000 βαθμών και λάμπει με έντονο κίτρινο φως. Αυτό το τμήμα του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας γίνεται άμεσα αντιληπτό από τις αισθήσεις μας.
Οπτική εκπομπήσυμβαίνει όταν τα σώματα θερμαίνονται (η υπέρυθρη ακτινοβολία ονομάζεται επίσης θερμική ακτινοβολία) λόγω θερμική κίνησηάτομα και μόρια. Όσο πιο ζεστό είναι το σώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα της ακτινοβολίας του. Με μια ορισμένη θέρμανση, το σώμα αρχίζει να λάμπει στο ορατό εύρος (πυρακτώσεως), πρώτα κόκκινο, μετά κίτρινο και ούτω καθεξής. Αντίθετα, η ακτινοβολία του οπτικού φάσματος έχει θερμική επίδραση στα σώματα.
Στη φύση, συναντάμε πιο συχνά με e σώματα που εκπέμπουν φως μιας σύνθετης φασματικής σύνθεσης, που αποτελείται από μια βούληση διαφόρων μηκών. Επομένως, η ενέργεια της ορατής ακτινοβολίας επηρεάζει φωτοευαίσθητα στοιχείαμάτια και παράγει μια άνιση αίσθηση. Αυτό οφείλεται στη διαφορετική ευαισθησία του ματιού στην ακτινοβολία με διαφορετικά μήκη κύματος.
Εκτός από τη θερμική ακτινοβολία, η πηγή και ο δέκτης της οπτικής ακτινοβολίας μπορεί να είναι χημική και βιολογικές αντιδράσεις. Ένα από τα πιο διάσημα χημικές αντιδράσεις, που είναι ο δέκτης της οπτικής ακτινοβολίας, χρησιμοποιείται στη φωτογραφία.
Σκληρά δοκάρια. Τα όρια των περιοχών της ακτινοβολίας ακτίνων Χ και γάμμα μπορούν να προσδιοριστούν μόνο υπό όρους. Για έναν γενικό προσανατολισμό, μπορεί να υποτεθεί ότι η ενέργεια των κβαντών ακτίνων Χ είναι στην περιοχή 20 eV - 0,1 MeV και η ενέργεια των κβαντών γάμμα είναι μεγαλύτερη από 0,1 MeV.
Υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ(υπεριώδης, UV, UV) - ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, που καταλαμβάνει το εύρος μεταξύ ορατών και ακτινογραφίες(380 - 10 nm, 7,9×1014 - 3×1016 Hz). Το εύρος χωρίζεται υπό όρους σε κοντινό (380-200 nm) και σε μακρινή, ή σε κενό (200-10 nm) υπεριώδες, το τελευταίο ονομάζεται έτσι επειδή απορροφάται εντατικά από την ατμόσφαιρα και μελετάται μόνο από συσκευές κενού.
Υπεριώδης ακτινοβολία μακρών κυμάτωνέχει σχετικά χαμηλή φωτοβιολογική δραστηριότητα, αλλά μπορεί να προκαλέσει μελάγχρωση του ανθρώπινου δέρματος, έχει θετική επιρροήστο σώμα. Η ακτινοβολία αυτής της υποπεριοχής είναι ικανή να προκαλέσει τη λάμψη ορισμένων ουσιών, επομένως χρησιμοποιείται για ανάλυση φωταύγειας. χημική σύνθεσηπροϊόντα.
Μέσο κύμα υπεριώδους ακτινοβολίαςέχει τονωτική και θεραπευτική δράση στους ζωντανούς οργανισμούς. Είναι ικανό να προκαλέσει ερύθημα και ηλιακά εγκαύματα, μετατρέποντας τη βιταμίνη D που είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη και την ανάπτυξη σε αφομοιώσιμη μορφή στο σώμα των ζώων και έχει ισχυρή αντιραχίτιδα. Η ακτινοβολία αυτής της υποπεριοχής είναι επιβλαβής για τα περισσότερα φυτά.
θεραπεία με υπεριώδη ακτινοβολία βραχέων κυμάτωνείναι διαφορετικό βακτηριοκτόνο δράση, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως για απολύμανση νερού και αέρα, απολύμανση και αποστείρωση διαφόρων εξοπλισμών και σκευών.
Βασικός φυσική πηγή υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑστη Γη, τον Ήλιο. αναλογία έντασης Ακτινοβολία UV-Aκαι UV-B σύνολοΟι υπεριώδεις ακτίνες που φτάνουν στην επιφάνεια της Γης εξαρτάται από διάφορους παράγοντες.
τεχνητές πηγές υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑείναι ποικίλες. Σήμερα τεχνητά ελατήρια υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑχρησιμοποιούνται ευρέως στην ιατρική, προληπτικά, υγειονομικά και υγειονομικά ιδρύματα, γεωργίακαι τα λοιπά. παρέχονται σημαντικά μεγαλύτερες ευκαιρίες από ό,τι με τη χρήση φυσικών υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑακτινοβολία.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι η διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων στο χώρο και στο χρόνο.
Όπως σημειώθηκε παραπάνω, η ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είχε προβλεφθεί θεωρητικά από τον μεγάλο Άγγλο φυσικό J. Maxwell το 1864. Ανέλυσε όλους τους γνωστούς μέχρι τότε νόμους της ηλεκτροδυναμικής και έκανε μια προσπάθεια να τους εφαρμόσει σε ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία μεταβαλλόμενα χρονικά. Εισήγαγε την έννοια του ηλεκτρικού πεδίου δίνης στη φυσική και πρότεινε μια νέα ερμηνεία του νόμου ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, ανακαλύφθηκε από τον Faraday το 1831: οποιαδήποτε αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης στον περιβάλλοντα χώρο, οι γραμμές δύναμης του οποίου είναι κλειστές.
Έθεσε μια υπόθεση για την ύπαρξη της αντίστροφης διαδικασίας: ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο στον περιβάλλοντα χώρο. Ο Maxwell περιέγραψε πρώτα τη δυναμική νέα μορφήύλη - το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, και συνήγαγε ένα σύστημα εξισώσεων (εξισώσεις Maxwell), που συνδέουν τα χαρακτηριστικά του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου με τις πηγές του - ηλεκτρικά φορτία και ρεύματα. Οι αμοιβαίοι μετασχηματισμοί των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων συμβαίνουν σε ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Τα Σχ. 2 α, β απεικονίζουν τον αμοιβαίο μετασχηματισμό ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων.
Σχήμα 2 - Αμοιβαίος μετασχηματισμός ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων: α) Ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής στην ερμηνεία του Maxwell. β) Η υπόθεση του Maxwell. Ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο
Η διαίρεση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε ηλεκτρικό και μαγνητικό εξαρτάται από την επιλογή του συστήματος αναφοράς. Πράγματι, υπάρχει μόνο ένα ηλεκτρικό πεδίο γύρω από φορτία που στηρίζονται σε ένα πλαίσιο αναφοράς. Ωστόσο, τα ίδια φορτία θα μετακινηθούν σε σχέση με ένα άλλο σύστημα αναφοράς και θα δημιουργήσουν σε αυτό το πλαίσιο αναφοράς, εκτός από το ηλεκτρικό, και ένα μαγνητικό πεδίο. Έτσι, η θεωρία του Maxwell συνέδεσε ηλεκτρικά και μαγνητικά φαινόμενα.
Εάν ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο διεγείρεται με τη βοήθεια ταλαντευόμενων φορτίων, τότε εμφανίζεται μια ακολουθία αμοιβαίων μετασχηματισμών ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων στον περιβάλλοντα χώρο, που διαδίδεται από σημείο σε σημείο. Και τα δύο αυτά πεδία είναι δίνη, και τα διανύσματα και βρίσκονται σε αμοιβαία κάθετα επίπεδα. Η διαδικασία διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου φαίνεται σχηματικά στο Σχ.3. Αυτή η διαδικασία, η οποία είναι περιοδική σε χρόνο και χώρο, είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα.
Εικόνα 3 - Η διαδικασία διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου
Αυτή η υπόθεση ήταν μόνο μια θεωρητική υπόθεση που δεν είχε πειραματική επιβεβαίωση, ωστόσο, στη βάση της, ο Maxwell κατάφερε να γράψει ένα συνεπές σύστημα εξισώσεων που περιγράφει τους αμοιβαίους μετασχηματισμούς ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, δηλαδή ένα σύστημα εξισώσεων για το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο .
Έτσι, μια σειρά από σημαντικά συμπεράσματα προκύπτουν από τη θεωρία του Maxwell - οι κύριες ιδιότητες των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Υπάρχουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα, δηλ. ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που διαδίδεται στο χώρο και στο χρόνο.
Στη φύση, τα ηλεκτρικά και μαγνητικά φαινόμενα λειτουργούν ως δύο πλευρές μιας ενιαίας διαδικασίας.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα εκπέμπονται από ταλαντευόμενα φορτία. Η παρουσία επιτάχυνσης είναι η κύρια προϋπόθεση για την ακτινοβολία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, δηλ.
- - οποιαδήποτε αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης στον περιβάλλοντα χώρο (Εικ. 2α).
- - οποιαδήποτε αλλαγή στο ηλεκτρικό πεδίο διεγείρει ένα μαγνητικό πεδίο δίνης στον περιβάλλοντα χώρο, οι γραμμές επαγωγής του οποίου βρίσκονται σε επίπεδο κάθετο στις γραμμές του εναλλασσόμενου ηλεκτρικού πεδίου και τις καλύπτουν (Εικ. 2β).
Οι γραμμές επαγωγής του αναδυόμενου μαγνητικού πεδίου σχηματίζουν τη «δεξιά βίδα» με το διάνυσμα. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι εγκάρσια - διανύσματα και είναι κάθετα μεταξύ τους και βρίσκονται σε επίπεδο κάθετο προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος (Εικ. 4).
Εικόνα 4 - Εγκάρσια ηλεκτρομαγνητικά κύματα
Οι περιοδικές αλλαγές στο ηλεκτρικό πεδίο (διάνυσμα ισχύος Ε) δημιουργούν ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο (διάνυσμα επαγωγής Β), το οποίο με τη σειρά του δημιουργεί ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο. Οι ταλαντώσεις των διανυσμάτων Ε και Β συμβαίνουν σε αμοιβαία κάθετα επίπεδα και κάθετα στη γραμμή διάδοσης του κύματος (διάνυσμα ταχύτητας) και συμπίπτουν σε φάση σε οποιοδήποτε σημείο. Οι γραμμές δύναμης του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου σε ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι κλειστές. Τέτοια πεδία ονομάζονται δίνη.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαδίδονται στην ύλη με πεπερασμένη ταχύτητα, και αυτό επιβεβαίωσε για άλλη μια φορά την εγκυρότητα της θεωρίας της μικρής εμβέλειας.
Το συμπέρασμα του Maxwell σχετικά με την πεπερασμένη ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ήταν σε σύγκρουση με τη θεωρία μεγάλης εμβέλειας που υιοθετήθηκε εκείνη την εποχή, στην οποία η ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων θεωρήθηκε απείρως μεγάλη. Επομένως, η θεωρία του Maxwell ονομάζεται θεωρία μικρής εμβέλειας.
Τέτοια κύματα μπορούν να διαδοθούν όχι μόνο σε αέρια, υγρά και στερεά μέσα, αλλά και στο κενό.
Ταχύτητα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο κενό σ=300000 km/s. Η ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο κενό είναι μία από τις θεμελιώδεις φυσικές σταθερές.
Η διάδοση ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος σε ένα διηλεκτρικό είναι μια συνεχής απορρόφηση και επανεκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας από ηλεκτρόνια και ιόντα μιας ουσίας που εκτελούν εξαναγκασμένες ταλαντώσεις σε ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο του κύματος. Σε αυτή την περίπτωση, η ταχύτητα του κύματος μειώνεται στο διηλεκτρικό.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μεταφέρουν ενέργεια. Όταν τα κύματα διαδίδονται, προκύπτει μια ροή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Αν ξεχωρίσουμε μια περιοχή S (Εικ. 4) προσανατολισμένη κάθετα στη διεύθυνση διάδοσης του κύματος, τότε σε σύντομο χρονικό διάστημα Dt, μια ενέργεια DWem θα διαρρέει την περιοχή ίση με
DWem \u003d (we + wm) xSDt.
Κατά τη μετακίνηση από το ένα μέσο στο άλλο, η συχνότητα του κύματος δεν αλλάζει.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να απορροφηθούν από την ύλη. Αυτό οφείλεται στην συντονισμένη απορρόφηση ενέργειας από φορτισμένα σωματίδια ύλης. Εάν η φυσική συχνότητα των ταλαντώσεων των σωματιδίων του διηλεκτρικού διαφέρει πολύ από τη συχνότητα του ηλεκτρομαγνητικού κύματος, η απορρόφηση γίνεται ασθενώς και το μέσο γίνεται διαφανές στο ηλεκτρομαγνητικό κύμα.
Φτάνοντας στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων, μέρος του κύματος ανακλάται και μέρος περνά σε άλλο μέσο διαθλώντας. Εάν το δεύτερο μέσο είναι μέταλλο, τότε το κύμα που έχει περάσει στο δεύτερο μέσο διασπάται γρήγορα και τα περισσότερα απόενέργεια (ειδικά για δονήσεις χαμηλής συχνότητας) ανακλάται στο πρώτο μέσο (τα μέταλλα είναι αδιαφανή στα ηλεκτρομαγνητικά κύματα).
Διαδίδοντας σε μέσα, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, όπως και κάθε άλλο κύμα, μπορούν να βιώσουν διάθλαση και ανάκλαση στη διεπαφή μεταξύ των μέσων, διασπορά, απορρόφηση, παρεμβολή. κατά τη διάδοση σε ανομοιογενή μέσα, παρατηρούνται περίθλαση κυμάτων, σκέδαση κυμάτων και άλλα φαινόμενα.
Από τη θεωρία του Maxwell προκύπτει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα πρέπει να ασκούν πίεση σε ένα απορροφητικό ή ανακλαστικό σώμα. Η πίεση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας εξηγείται από το γεγονός ότι υπό την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου του κύματος, εμφανίζονται ασθενή ρεύματα στην ουσία, δηλαδή η διατεταγμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων. Αυτά τα ρεύματα επηρεάζονται από τη δύναμη Ampere από την πλευρά του μαγνητικού πεδίου του κύματος, που κατευθύνεται στο πάχος της ουσίας. Αυτή η δύναμη δημιουργεί την πίεση που προκύπτει. Συνήθως η πίεση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας είναι αμελητέα. Έτσι, για παράδειγμα, η πίεση της ηλιακής ακτινοβολίας που έρχεται στη Γη σε μια απόλυτα απορροφητική επιφάνεια είναι περίπου 5 μPa.
Τα πρώτα πειράματα για τον προσδιορισμό της πίεσης ακτινοβολίας στα ανακλαστικά και απορροφητικά σώματα, τα οποία επιβεβαίωσαν το συμπέρασμα της θεωρίας του Maxwell, πραγματοποιήθηκαν από τον εξαιρετικό φυσικό του Πανεπιστημίου της Μόσχας P.N. Ο Λεμπέντεφ το 1900. Η ανακάλυψη ενός τόσο μικρού εφέ απαιτούσε από αυτόν εξαιρετική εφευρετικότητα και επιδεξιότητα στο στήσιμο και τη διεξαγωγή ενός πειράματος. Το 1900 πέτυχε να μετρήσει την πίεση του φωτός στερεά σώματα, και το 1910 - για αέρια. Το κύριο μέρος του Π.Ι. Ο Lebedev, για τη μέτρηση της πίεσης του φωτός, ήταν ελαφροί δίσκοι διαμέτρου 5 mm, αναρτημένοι σε ένα ελαστικό νήμα (Εικ. 5) μέσα σε ένα εκκενωμένο δοχείο.
Εικόνα 5 - Πείραμα P.I. Λεμπέντεφ
Οι δίσκοι ήταν κατασκευασμένοι από διάφορα μέταλλα και μπορούσαν να αλλάξουν κατά τη διάρκεια πειραμάτων. Το φως από ένα ισχυρό ηλεκτρικό τόξο κατευθύνθηκε στους δίσκους. Ως αποτέλεσμα της δράσης του φωτός στους δίσκους, το νήμα στρίβει και οι δίσκοι εκτρέπονται. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων του Π.Ι. Ο Lebedev ήταν πλήρως συνεπής με την ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell και είχε μεγάλη αξίαγια την έγκρισή της.
Η ύπαρξη πίεσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μας επιτρέπει να συμπεράνουμε ότι η μηχανική ώθηση είναι εγγενής στο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο Αυτή η σχέση μεταξύ της μάζας και της ενέργειας του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε μονάδα όγκου είναι ένας παγκόσμιος νόμος της φύσης. Σύμφωνα με ειδική θεωρίατη σχετικότητα, ισχύει για κάθε σώμα, ανεξάρτητα από τη φύση και την εσωτερική τους δομή.
Δεδομένου ότι η πίεση του φωτεινού κύματος είναι πολύ μικρή, δεν παίζει Σημαντικός ρόλοςστα φαινόμενα που συναντάμε στην καθημερινή ζωή. Αλλά σε αντίθετες κλίμακες του χώρου και μικροσκοπικά συστήματαο ρόλος αυτής της επίδρασης αυξάνεται απότομα. Έτσι, η βαρυτική έλξη των εξωτερικών στρωμάτων της ύλης κάθε άστρου προς το κέντρο εξισορροπείται από μια δύναμη, σημαντική συμβολή στην οποία συμβάλλει η πίεση του φωτός που προέρχεται από τα βάθη του αστεριού προς τα έξω. Στον μικρόκοσμο, η πίεση του φωτός εκδηλώνεται, για παράδειγμα, στο φαινόμενο της ανάκρουσης του φωτός του ατόμου. Βιώνεται από ένα διεγερμένο άτομο όταν εκπέμπει φως.
Η ελαφριά πίεση παίζει σημαντικό ρόλο στα αστροφυσικά φαινόμενα, ιδίως στο σχηματισμό ουρών κομητών, άστρων κ.λπ. Η φωτεινή πίεση φτάνει σε σημαντική τιμή στα σημεία όπου εστιάζεται η ακτινοβολία ισχυρών κβαντικών γεννητριών φωτός (λέιζερ). Έτσι, η πίεση της εστιασμένης ακτινοβολίας λέιζερ στην επιφάνεια μιας λεπτής μεταλλικής πλάκας μπορεί να οδηγήσει στη διάσπασή της, δηλαδή στην εμφάνιση μιας οπής στην πλάκα. Έτσι, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο έχει όλα τα χαρακτηριστικά υλικά σώματα- ενέργεια, τελική ταχύτητα διάδοσης, ορμή, μάζα. Αυτό υποδηλώνει ότι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο είναι μια από τις μορφές ύπαρξης της ύλης.
Το 1860-1865. ένας από τους μεγαλύτερους φυσικούς του 19ου αιώνα James Clerk Maxwellδημιούργησε μια θεωρία ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.Σύμφωνα με τον Maxwell, το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής εξηγείται ως εξής. Αν σε κάποιο σημείο του χώρου το μαγνητικό πεδίο αλλάζει με το χρόνο, τότε σχηματίζεται και εκεί ηλεκτρικό πεδίο. Εάν υπάρχει κλειστός αγωγός στο πεδίο, τότε το ηλεκτρικό πεδίο προκαλεί ρεύμα επαγωγής σε αυτό. Από τη θεωρία του Maxwell προκύπτει ότι η αντίστροφη διαδικασία είναι επίσης δυνατή. Εάν σε κάποια περιοχή του χώρου το ηλεκτρικό πεδίο αλλάζει με το χρόνο, τότε σχηματίζεται και εδώ μαγνητικό πεδίο.
Έτσι, οποιαδήποτε αλλαγή με την πάροδο του χρόνου στο μαγνητικό πεδίο έχει ως αποτέλεσμα ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο και οποιαδήποτε αλλαγή με την πάροδο του χρόνου στο ηλεκτρικό πεδίο προκαλεί ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Αυτά δημιουργώντας το ένα το άλλο εναλλασσόμενα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία σχηματίζουν ένα ενιαίο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.
Ιδιότητες ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων
Το σημαντικότερο αποτέλεσμα που προκύπτει από τη θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που διατύπωσε ο Maxwell ήταν η πρόβλεψη της πιθανότητας ύπαρξης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. ηλεκτρομαγνητικό κύμα- διάδοση ηλεκτρομαγνητικών πεδίων στο χώρο και στο χρόνο.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, σε αντίθεση με τα ελαστικά (ηχητικά) κύματα, μπορούν να διαδοθούν στο κενό ή σε οποιαδήποτε άλλη ουσία.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο κενό διαδίδονται με ταχύτητα c=299 792 km/s, δηλαδή με την ταχύτητα του φωτός.
Στην ύλη, η ταχύτητα ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι μικρότερη από ό,τι στο κενό. Η σχέση μεταξύ του μήκους κύματος, της ταχύτητάς του, της περιόδου και της συχνότητας των ταλαντώσεων που λαμβάνονται για τα μηχανικά κύματα ισχύει και για τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα:
Διακυμάνσεις διάνυσμα τάσης μικαι διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής σιεμφανίζονται σε αμοιβαία κάθετα επίπεδα και κάθετα προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος (διάνυσμα ταχύτητας).
Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα μεταφέρει ενέργεια.
Εύρος ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων
Γύρω μας πολύπλοκος κόσμοςΗλεκτρομαγνητικά κύματα διαφορετικές συχνότητες: ακτινοβολία από οθόνες υπολογιστών, κινητά τηλέφωνα, φούρνοι μικροκυμάτων, τηλεοράσεις κ.λπ. Επί του παρόντος, όλα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα χωρίζονται κατά μήκος κύματος σε έξι κύριες περιοχές.
ραδιοκύματα- πρόκειται για ηλεκτρομαγνητικά κύματα (με μήκος κύματος από 10.000 m έως 0,005 m), τα οποία χρησιμεύουν για τη μετάδοση σημάτων (πληροφοριών) σε απόσταση χωρίς καλώδια. Στις ραδιοεπικοινωνίες παράγονται ραδιοκύματα ρεύματα υψηλής συχνότηταςπου ρέει στην κεραία.
Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος από 0,005 m έως 1 micron, δηλ. μεταξύ ραδιοκυμάτων και ορατού φωτός ονομάζονται υπέρυθρη ακτινοβολία. Η υπέρυθρη ακτινοβολία εκπέμπεται από οποιοδήποτε θερμαινόμενο σώμα. Η πηγή υπέρυθρης ακτινοβολίας είναι φούρνοι, μπαταρίες, ηλεκτρικοί λαμπτήρες πυρακτώσεως. Με τη βοήθεια ειδικών συσκευών, η υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να μετατραπεί σε ορατό φως και να ληφθούν εικόνες θερμαινόμενων αντικειμένων στο απόλυτο σκοτάδι.
ΠΡΟΣ ΤΗΝ ορατό φωςαναφέρεται σε ακτινοβολία με μήκος κύματος περίπου 770 nm έως 380 nm, από κόκκινο έως μωβ. Η σημασία αυτού του τμήματος του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην ανθρώπινη ζωή είναι εξαιρετικά μεγάλη, αφού ένα άτομο λαμβάνει σχεδόν όλες τις πληροφορίες για τον κόσμο γύρω του με τη βοήθεια της όρασης.
Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αόρατη στο μάτι με μήκος κύματος μικρότερο από το ιώδες ονομάζεται υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ.Μπορεί να σκοτώσει παθογόνα βακτήρια.
ακτινοβολία ακτίνων Χαόρατο στο μάτι. Διέρχεται χωρίς σημαντική απορρόφηση μέσα από σημαντικά στρώματα μιας ουσίας που είναι αδιαφανής στο ορατό φως, η οποία χρησιμοποιείται για τη διάγνωση ασθενειών των εσωτερικών οργάνων.
Ακτινοβολία γάμμαονομάζεται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται από διεγερμένους πυρήνες και προέρχεται από την αλληλεπίδραση στοιχειωδών σωματιδίων.
Η αρχή της ραδιοεπικοινωνίας
Το κύκλωμα ταλάντωσης χρησιμοποιείται ως πηγή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Για αποτελεσματική ακτινοβολία, το κύκλωμα «ανοίγει», δηλ. δημιουργήσουν συνθήκες για να «πάνε» το γήπεδο στο διάστημα. Αυτή η συσκευή ονομάζεται ανοιχτό ταλαντωτικό κύκλωμα - κεραία.
ραδιοεπικοινωνίαονομάζεται μετάδοση πληροφοριών με χρήση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, οι συχνότητες των οποίων είναι στην περιοχή από έως Hz.
Ραντάρ (ραντάρ)
Μια συσκευή που εκπέμπει εξαιρετικά σύντομα κύματα και τα λαμβάνει αμέσως. Η ακτινοβολία πραγματοποιείται με βραχείς παλμούς. Οι παλμοί ανακλώνται από αντικείμενα, επιτρέποντας, μετά τη λήψη και την επεξεργασία του σήματος, να οριστεί η απόσταση από το αντικείμενο.
Το ραντάρ ταχύτητας λειτουργεί με παρόμοια αρχή. Σκεφτείτε πώς το ραντάρ καθορίζει την ταχύτητα ενός κινούμενου αυτοκινήτου.
Πολλοί νόμοι των διεργασιών κυμάτων είναι καθολικοί στη φύση τους και ισχύουν εξίσου για κύματα ποικίλης φύσης: μηχανικά κύματα σε ελαστικό μέσο, κύματα στην επιφάνεια του νερού, σε τεντωμένη χορδή κ.λπ. Ηλεκτρομαγνητικά κύματα, τα οποία είναι η διαδικασία διάδοσης του Οι ταλαντώσεις ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, δεν αποτελούν εξαίρεση. Αλλά σε αντίθεση με άλλους τύπους κυμάτων, που διαδίδονται σε κάποιο υλικό μέσο, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να διαδοθούν στο κενό: δεν απαιτείται υλικό μέσο για τη διάδοση των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Ωστόσο, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορούν να υπάρχουν όχι μόνο στο κενό, αλλά και στην ύλη.
Πρόβλεψη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.Η ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είχε προβλεφθεί θεωρητικά από τον Maxwell ως αποτέλεσμα της ανάλυσης του προτεινόμενου συστήματος εξισώσεων που περιγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Ο Maxwell έδειξε ότι ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στο κενό μπορεί να υπάρξει ακόμη και απουσία πηγών - φορτίων και ρευμάτων. Ένα πεδίο χωρίς πηγές έχει τη μορφή κυμάτων που διαδίδονται με πεπερασμένη ταχύτητα cm/s, στα οποία τα διανύσματα των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων σε κάθε χρονική στιγμή σε κάθε σημείο του χώρου είναι κάθετα μεταξύ τους και κάθετα προς την κατεύθυνση του κύματος διάδοση.
Πειραματικά, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ανακαλύφθηκαν και μελετήθηκαν από τον Hertz μόλις 10 χρόνια μετά τον θάνατο του Maxwell.
ανοιχτός δονητής.Για να κατανοήσετε πώς μπορούν να ληφθούν πειραματικά τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, σκεφτείτε ένα «ανοιχτό» κύκλωμα ταλάντωσης, στο οποίο οι πλάκες πυκνωτών απομακρύνονται (Εικ. 176) και επομένως το ηλεκτρικό πεδίο καταλαμβάνει μεγάλη περιοχήχώρος. Με την αύξηση της απόστασης μεταξύ των πλακών, η χωρητικότητα C του πυκνωτή μειώνεται και, σύμφωνα με τον τύπο Thomson, αυξάνεται η συχνότητα των φυσικών ταλαντώσεων. Αν αντικαταστήσουμε και τον επαγωγέα με ένα κομμάτι σύρμα, τότε η αυτεπαγωγή θα μειωθεί και η φυσική συχνότητα θα αυξηθεί ακόμη περισσότερο. Σε αυτή την περίπτωση, όχι μόνο το ηλεκτρικό πεδίο, αλλά και το μαγνητικό πεδίο, το οποίο προηγουμένως ήταν κλεισμένο μέσα στο πηνίο, θα καταλαμβάνει τώρα μια μεγάλη περιοχή χώρου που καλύπτει αυτό το καλώδιο.
Η αύξηση της συχνότητας των ταλαντώσεων στο κύκλωμα, καθώς και η αύξηση των γραμμικών του διαστάσεων, οδηγεί στο γεγονός ότι η περίοδος των φυσικών
Οι ταλαντώσεις γίνονται συγκρίσιμες με το χρόνο διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου σε όλο το κύκλωμα. Αυτό σημαίνει ότι οι διεργασίες των φυσικών ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων σε ένα τόσο ανοιχτό κύκλωμα δεν μπορούν πλέον να θεωρηθούν οιονεί στάσιμες.
Ρύζι. 176. Μετάβαση από κύκλωμα ταλάντωσης σε ανοιχτό δονητή
Η ισχύς του ρεύματος στα διάφορα σημεία του ταυτόχρονα είναι διαφορετική: στα άκρα του κυκλώματος είναι πάντα μηδέν, και στη μέση (όπου ήταν το πηνίο) ταλαντώνεται με μέγιστο πλάτος.
Στην περιοριστική περίπτωση, όταν το κύκλωμα ταλάντωσης έχει απλώς μετατραπεί σε ευθύγραμμο τμήμα καλωδίου, η κατανομή ρεύματος κατά μήκος του κυκλώματος σε κάποια χρονική στιγμή φαίνεται στο Σχ. 177α. Τη στιγμή που η ισχύς του ρεύματος σε έναν τέτοιο δονητή είναι μέγιστη, το μαγνητικό πεδίο που τον καλύπτει επίσης φτάνει στο μέγιστο και δεν υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο κοντά στον δονητή. Μετά από ένα τέταρτο της περιόδου, η τρέχουσα ισχύς εξαφανίζεται και μαζί της το μαγνητικό πεδίο κοντά στον δονητή. Τα ηλεκτρικά φορτία συγκεντρώνονται κοντά στα άκρα του δονητή και η κατανομή τους έχει τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 1776. Το ηλεκτρικό πεδίο κοντά στον δονητή αυτή τη στιγμή είναι μέγιστο.
Ρύζι. 177. Κατανομή κατά μήκος ενός ανοιχτού δονητή της ισχύος ρεύματος τη στιγμή που είναι μέγιστη (a) και η κατανομή των φορτίων μετά το ένα τέταρτο της περιόδου (β)
Αυτές οι ταλαντώσεις φορτίου και ρεύματος, δηλ. ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις σε έναν ανοιχτό δονητή, είναι αρκετά ανάλογες με τις μηχανικές ταλαντώσεις που μπορούν να συμβούν σε ένα ελατήριο ταλαντωτή εάν αφαιρεθεί το τεράστιο σώμα που είναι συνδεδεμένο με αυτό. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η μάζα μεμονωμένων τμημάτων του ελατηρίου και να θεωρηθεί ως ένα κατανεμημένο σύστημα, στο οποίο κάθε στοιχείο έχει τόσο ελαστικές όσο και αδρανείς ιδιότητες. Στην περίπτωση ενός ανοικτού ηλεκτρομαγνητικού δονητή, κάθε στοιχείο του έχει ταυτόχρονα και επαγωγή και χωρητικότητα.
Ηλεκτρικά και μαγνητικό πεδίοδονητής.Η μη οιονεί σταθερή φύση των ταλαντώσεων σε έναν ανοιχτό δονητή οδηγεί στο γεγονός ότι τα πεδία που δημιουργούνται από τα επιμέρους τμήματα του σε μια ορισμένη απόσταση από τον δονητή δεν αντισταθμίζουν πλέον το ένα το άλλο, όπως συμβαίνει για ένα «κλειστό» ταλαντευτικό κύκλωμα με αθροιστικές παραμέτρους, όπου οι ταλαντώσεις είναι οιονεί στάσιμες, το ηλεκτρικό πεδίο είναι εξ ολοκλήρου συγκεντρωμένο μέσα στον πυκνωτή και μαγνητικό - μέσα στο πηνίο. Λόγω ενός τέτοιου χωρικού διαχωρισμού ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, δεν σχετίζονται άμεσα μεταξύ τους: ο αμοιβαίος μετασχηματισμός τους οφείλεται μόνο στη μεταφορά ρεύματος - φορτίου κατά μήκος του κυκλώματος.
Σε έναν ανοιχτό δονητή, όπου το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο επικαλύπτονται στο διάστημα, εμφανίζεται η αμοιβαία επιρροή τους: ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο δίνης και ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Ως αποτέλεσμα, είναι δυνατή η ύπαρξη τέτοιων «αυτοσυντηρούμενων» πεδίων που διαδίδονται σε ελεύθερο χώρο σε μεγάλη απόσταση από τον δονητή. Αυτά είναι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που εκπέμπονται από τον δονητή.
Τα πειράματα του Hertz.Ο δονητής, με τη βοήθεια του οποίου ο G. Hertz το 1888 ήταν ο πρώτος που απέκτησε πειραματικά ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ήταν ένας ευθύς αγωγός με ένα μικρό διάκενο αέρα στη μέση (Εικ. 178a). Χάρη σε αυτό το κενό, θα μπορούσαν να μεταδοθούν σημαντικά φορτία στα δύο μισά του δονητή. Όταν η διαφορά δυναμικού φτάσει σε ένα ορισμένο οριακή τιμή, σημειώθηκε βλάβη στο διάκενο αέρα (πήδηξε μια σπίθα) και ηλεκτρικά φορτία μπορούσαν να ρέουν μέσω του ιονισμένου αέρα από το ένα μισό του δονητή στο άλλο. Σε ανοιχτό κύκλωμα προέκυψαν ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις. Για να υπάρχουν γρήγορα εναλλασσόμενα ρεύματα μόνο στον δονητή και να μην κλείνουν μέσω της πηγής ισχύος, συνδέθηκαν τσοκ μεταξύ του δονητή και της πηγής (βλ. Εικ. 178a).
Ρύζι. 178. Δονητής Hertz
Δονήσεις υψηλής συχνότητας στον δονητή υπάρχουν όσο ο σπινθήρας κλείνει το κενό μεταξύ των μισών του. Η απόσβεση τέτοιων ταλαντώσεων στον δονητή δεν συμβαίνει κυρίως λόγω απωλειών Joule στην αντίσταση (όπως σε ένα κλειστό κύκλωμα ταλάντωσης), αλλά λόγω της ακτινοβολίας ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Για την ανίχνευση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, ο Hertz χρησιμοποίησε έναν δεύτερο (λήπτη) δονητή (Εικ. 1786). Κάτω από τη δράση ενός εναλλασσόμενου ηλεκτρικού πεδίου του κύματος που προέρχεται από τον πομπό, τα ηλεκτρόνια στον δονητή λήψης εκτελούν εξαναγκασμένες ταλαντώσεις, δηλ. διεγείρεται ένα ταχέως εναλλασσόμενο ρεύμα στον δονητή. Εάν οι διαστάσεις του δονητή λήψης είναι ίδιες με αυτές του εκπεμπόμενου, τότε οι συχνότητες των φυσικών ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων σε αυτές συμπίπτουν και οι εξαναγκασμένες ταλαντώσεις στον δονητή λήψης φτάνουν σε αξιοσημείωτη τιμή λόγω συντονισμού. Αυτές οι ταλαντώσεις ανιχνεύθηκαν από το Hertz με το πέρασμα ενός σπινθήρα σε ένα μικροσκοπικό κενό στη μέση του δονητή λήψης ή από τη λάμψη ενός μικροσκοπικού σωλήνα εκκένωσης αερίου G, που συνδέεται μεταξύ των μισών του δονητή.
Ο Hertz όχι μόνο απέδειξε πειραματικά την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, αλλά για πρώτη φορά άρχισε να μελετά τις ιδιότητές τους - απορρόφηση και διάθλαση σε διαφορετικά μέσα, ανάκλαση από μεταλλικές επιφάνειεςκλπ. Πειραματικά, ήταν επίσης δυνατό να μετρηθεί η ταχύτητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, η οποία αποδείχθηκε ότι ήταν ίση με την ταχύτητα του φωτός.
Η σύμπτωση της ταχύτητας των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων με την ταχύτητα του φωτός που μετρήθηκε πολύ πριν την ανακάλυψή τους χρησίμευσε ως το σημείο εκκίνησης για την ταυτοποίηση του φωτός με τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα και τη δημιουργία μιας ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του φωτός.
Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα υπάρχει χωρίς πηγές πεδίων με την έννοια ότι μετά την εκπομπή του, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του κύματος δεν συνδέεται με την πηγή. Με αυτόν τον τρόπο, ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα διαφέρει από τα στατικά ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, τα οποία δεν υπάρχουν μεμονωμένα από την πηγή.
Μηχανισμός ακτινοβολίας ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.Η ακτινοβολία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων συμβαίνει με την επιταχυνόμενη κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων. Είναι δυνατόν να κατανοήσουμε πώς το εγκάρσιο ηλεκτρικό πεδίο ενός κύματος προκύπτει από το ακτινικό πεδίο Coulomb ενός σημειακού φορτίου χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο απλό συλλογισμό που προτείνεται από τον J. Thomson.
Ρύζι. 179. Πεδίο ακίνητης σημειακής φόρτισης
Θεωρήστε το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από ένα σημειακό φορτίο Εάν το φορτίο είναι σε ηρεμία, τότε το ηλεκτροστατικό του πεδίο αντιπροσωπεύεται από ακτινικές γραμμές δύναμης που αναδύονται από το φορτίο (Εικ. 179). Έστω τη στιγμή που το φορτίο υπό την επίδραση κάποιας εξωτερικής δύναμης αρχίζει να κινείται με επιτάχυνση a, και μετά από κάποιο χρονικό διάστημα η δράση αυτής της δύναμης σταματά, έτσι ώστε το φορτίο να κινείται περαιτέρω ομοιόμορφα με μια ταχύτητα. Το γράφημα της ταχύτητας φορτίου είναι φαίνεται στο Σχ. 180.
Φανταστείτε μια εικόνα των γραμμών του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται από αυτό το φορτίο, μετά από μεγάλο χρονικό διάστημα. Εφόσον το ηλεκτρικό πεδίο διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός c,
τότε η αλλαγή στο ηλεκτρικό πεδίο που προκαλείται από την κίνηση του φορτίου δεν μπορούσε να φτάσει στα σημεία που βρίσκονται έξω από τη σφαίρα της ακτίνας: έξω από αυτήν τη σφαίρα, το πεδίο είναι το ίδιο με ένα ακίνητο φορτίο (Εικ. 181). Η ισχύς αυτού του πεδίου (στο Gaussian σύστημα μονάδων) είναι ίση με
Ολόκληρη η αλλαγή στο ηλεκτρικό πεδίο που προκαλείται από την επιταχυνόμενη κίνηση του φορτίου με την πάροδο του χρόνου τη στιγμή του χρόνου βρίσκεται μέσα σε ένα λεπτό σφαιρικό στρώμα πάχους, η εξωτερική ακτίνα του οποίου είναι ίση με και η εσωτερική - Αυτό φαίνεται στο Σχ. 181. Μέσα στη σφαίρα της ακτίνας, το ηλεκτρικό πεδίο είναι το πεδίο ενός ομοιόμορφα κινούμενου φορτίου.
Ρύζι. 180. Γράφημα ποσοστού χρέωσης
Ρύζι. 181. Γραμμές της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου ενός φορτίου που κινείται σύμφωνα με το γράφημα της εικ. 180
Ρύζι. 182. Στην εξαγωγή του τύπου για την ένταση του πεδίου ακτινοβολίας ενός επιταχυνόμενου κινούμενου φορτίου
Εάν η ταχύτητα του φορτίου είναι πολύ μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός c, τότε αυτό το πεδίο τη χρονική στιγμή συμπίπτει με το πεδίο ενός σταθερού σημειακού φορτίου που βρίσκεται σε απόσταση από την αρχή (Εικ. 181): το πεδίο ενός Το φορτίο που κινείται αργά με σταθερή ταχύτητα κινείται μαζί του και η απόσταση που διανύει το φορτίο με την πάροδο του χρόνου, όπως φαίνεται από το Σχ. 180, μπορεί να θεωρηθεί ίσο εάν r»t.
Η εικόνα του ηλεκτρικού πεδίου μέσα στο σφαιρικό στρώμα είναι εύκολο να βρεθεί, δεδομένης της συνέχειας των γραμμών δύναμης. Για να γίνει αυτό, πρέπει να συνδέσετε τις αντίστοιχες ακτινικές γραμμές δύναμης (Εικ. 181). Η συστροφή στις γραμμές δύναμης που προκαλείται από την επιταχυνόμενη κίνηση του φορτίου «ξεφεύγει» από το φορτίο με ταχύτητα γ. Μια συστροφή στις γραμμές δύναμης μεταξύ
σφαίρες, αυτό είναι το πεδίο ακτινοβολίας που μας ενδιαφέρει, που διαδίδεται με ταχύτητα γ.
Για να βρείτε το πεδίο ακτινοβολίας, θεωρήστε μια από τις γραμμές έντασης, που σχηματίζει μια συγκεκριμένη γωνία με την κατεύθυνση της κίνησης του φορτίου (Εικ. 182). Αποσυνθέτουμε το διάνυσμα της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου στο σπάσιμο Ε σε δύο συνιστώσες: ακτινικό και εγκάρσιο. Η ακτινική συνιστώσα είναι η ισχύς του ηλεκτροστατικού πεδίου που δημιουργείται από το φορτίο σε απόσταση από αυτό:
Η εγκάρσια συνιστώσα είναι η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου στο κύμα που εκπέμπεται από το φορτίο κατά τη διάρκεια της επιταχυνόμενης κίνησης. Δεδομένου ότι αυτό το κύμα τρέχει κατά μήκος της ακτίνας, το διάνυσμα είναι κάθετο στην κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Από το σχ. 182 δείχνει ότι
Αντικαθιστώντας εδώ από το (2), βρίσκουμε
Λαμβάνοντας υπόψη ότι μια αναλογία είναι η επιτάχυνση a, με την οποία το φορτίο μετακινήθηκε κατά τη διάρκεια του χρονικού διαστήματος από το 0 στο, ξαναγράφουμε αυτήν την έκφραση με τη μορφή
Πρώτα απ 'όλα, δίνουμε προσοχή στο γεγονός ότι η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου του κύματος μειώνεται αντιστρόφως με την απόσταση από το κέντρο, σε αντίθεση με την ισχύ του ηλεκτροστατικού πεδίου, η οποία είναι ανάλογη με μια τέτοια εξάρτηση από την απόσταση, και θα πρέπει να αναμένεται αν λάβουμε υπόψη τον νόμο διατήρησης της ενέργειας. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει απορρόφηση ενέργειας όταν ένα κύμα διαδίδεται σε ένα κενό, η ποσότητα ενέργειας που έχει περάσει από μια σφαίρα οποιασδήποτε ακτίνας είναι η ίδια. Δεδομένου ότι το εμβαδόν επιφάνειας μιας σφαίρας είναι ανάλογο με το τετράγωνο της ακτίνας της, η ροή ενέργειας μέσω μιας μονάδας της επιφάνειάς της πρέπει να είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της ακτίνας. Θεωρώντας ότι η ενεργειακή πυκνότητα του ηλεκτρικού πεδίου του κύματος είναι ίση, συμπεραίνουμε ότι
Επιπλέον, σημειώνουμε ότι η ένταση πεδίου του κύματος στον τύπο (4) τη στιγμή του χρόνου εξαρτάται από την επιτάχυνση του φορτίου και τη στιγμή που το κύμα που εκπέμπεται τη στιγμή φτάνει σε ένα σημείο που βρίσκεται σε απόσταση μετά από ένα χρόνο ίσο με
Ακτινοβολία ταλαντούμενου φορτίου.Ας υποθέσουμε τώρα ότι το φορτίο κινείται συνεχώς κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής με κάποια μεταβλητή επιτάχυνση κοντά στην αρχή, για παράδειγμα, εκτελεί αρμονικές ταλαντώσεις. Όσο είναι, θα εκπέμπει ηλεκτρομαγνητικά κύματα συνεχώς. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου του κύματος σε ένα σημείο που βρίσκεται σε απόσταση από την αρχή των συντεταγμένων εξακολουθεί να προσδιορίζεται από τον τύπο (4) και το πεδίο τη στιγμή του χρόνου εξαρτάται από την επιτάχυνση του φορτίου a σε προγενέστερη στιγμή
Έστω η κίνηση του φορτίου μια αρμονική ταλάντωση κοντά στην αρχή με ορισμένο πλάτος Α και συχνότητα w:
Η επιτάχυνση του φορτίου κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας κίνησης δίνεται από την έκφραση
Αντικαθιστώντας την επιτάχυνση φορτίου στον τύπο (5), λαμβάνουμε
Μια αλλαγή στο ηλεκτρικό πεδίο σε οποιοδήποτε σημείο κατά τη διέλευση ενός τέτοιου κύματος είναι μια αρμονική ταλάντωση με συχνότητα, δηλαδή ένα ταλαντούμενο φορτίο εκπέμπει ένα μονοχρωματικό κύμα. Φυσικά, ο τύπος (8) ισχύει σε αποστάσεις μεγαλύτερες από το πλάτος των ταλαντώσεων φορτίου Α.
Η ενέργεια ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος.Η ενεργειακή πυκνότητα του ηλεκτρικού πεδίου ενός μονοχρωματικού κύματος που εκπέμπεται από ένα φορτίο μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας τον τύπο (8):
Η ενεργειακή πυκνότητα είναι ανάλογη του τετραγώνου του πλάτους της ταλάντωσης του φορτίου και της τέταρτης ισχύος της συχνότητας.
Οποιαδήποτε διακύμανση συνδέεται με περιοδικές μεταβάσεις ενέργειας από τη μια μορφή στην άλλη και αντίστροφα. Για παράδειγμα, οι ταλαντώσεις ενός μηχανικού ταλαντωτή συνοδεύονται από αμοιβαίους μετασχηματισμούς της κινητικής ενέργειας και της δυναμικής ενέργειας ελαστικής παραμόρφωσης. Όταν μελετήσαμε τις ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις σε ένα κύκλωμα, είδαμε ότι το ανάλογο της δυναμικής ενέργειας ενός μηχανικού ταλαντωτή είναι η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου στον πυκνωτή και το ανάλογο της κινητικής ενέργειας είναι η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου. Αυτή η αναλογία ισχύει όχι μόνο για τοπικές ταλαντώσεις, αλλά και για διεργασίες κυμάτων.
Σε ένα μονοχρωματικό κύμα που ταξιδεύει σε ένα ελαστικό μέσο, η κινητική και η δυναμική ενεργειακή πυκνότητα σε κάθε σημείο εκτελούν αρμονικές ταλαντώσεις με διπλάσια συχνότητα και με τέτοιο τρόπο ώστε οι τιμές τους να συμπίπτουν ανά πάσα στιγμή. Το ίδιο συμβαίνει και σε ένα κινούμενο μονοχρωματικό ηλεκτρομαγνητικό κύμα: οι ενεργειακές πυκνότητες του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου, που κάνουν μια αρμονική ταλάντωση με μια συχνότητα, είναι ίσες μεταξύ τους σε κάθε σημείο ανά πάσα στιγμή.
Η ενεργειακή πυκνότητα του μαγνητικού πεδίου εκφράζεται ως επαγωγή Β ως εξής:
Εξισώνοντας τις ενεργειακές πυκνότητες των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων σε ένα κινούμενο ηλεκτρομαγνητικό κύμα, είμαστε πεπεισμένοι ότι η επαγωγή του μαγνητικού πεδίου σε ένα τέτοιο κύμα εξαρτάται από τις συντεταγμένες και τον χρόνο με τον ίδιο τρόπο όπως η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου. Με άλλα λόγια, σε ένα κινούμενο κύμα, η επαγωγή του μαγνητικού πεδίου και η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι ίσες μεταξύ τους σε οποιοδήποτε σημείο και ανά πάσα στιγμή (στο σύστημα μονάδων Gauss):
Ροή ενέργειας ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος.Η συνολική ενεργειακή πυκνότητα του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου στο κινούμενο κύμα είναι διπλάσια από την ενεργειακή πυκνότητα του ηλεκτρικού πεδίου (9). Η πυκνότητα της ενεργειακής ροής y που μεταφέρεται από το κύμα είναι ίση με το γινόμενο της ενεργειακής πυκνότητας και της ταχύτητας διάδοσης του κύματος. Χρησιμοποιώντας τον τύπο (9), μπορεί κανείς να δει ότι η ροή ενέργειας μέσω οποιασδήποτε επιφάνειας ταλαντώνεται με συχνότητα Για να βρεθεί η μέση τιμή της πυκνότητας της ροής ενέργειας, είναι απαραίτητο να υπολογιστεί ο μέσος όρος της έκφρασης (9) με την πάροδο του χρόνου. Δεδομένου ότι η μέση τιμή είναι 1/2, παίρνουμε
Ρύζι. 183. Γωνιακή κατανομή ενέργειας» που εκπέμπεται από ταλαντούμενο φορτίο
Η πυκνότητα της ροής ενέργειας σε ένα κύμα εξαρτάται από την κατεύθυνση: στην κατεύθυνση στην οποία συμβαίνουν οι ταλαντώσεις φορτίου, η ενέργεια δεν εκπέμπεται καθόλου Ο μεγαλύτερος αριθμόςη ενέργεια εκπέμπεται σε επίπεδο κάθετο προς αυτή την κατεύθυνση Η γωνιακή κατανομή της ενέργειας που εκπέμπεται από ένα ταλαντούμενο φορτίο φαίνεται στο Σχ. 183. Ένα φορτίο ταλαντώνεται κατά μήκος ενός άξονα
κατεύθυνση ενέργειας, δηλ. Το διάγραμμα δείχνει μια γραμμή που συνδέει τα άκρα αυτών των τμημάτων.
Η κατανομή της ενέργειας σε κατευθύνσεις στο χώρο χαρακτηρίζεται από μια επιφάνεια, η οποία προκύπτει από την περιστροφή του διαγράμματος γύρω από τον άξονα
Πόλωση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.Το κύμα που δημιουργείται από τον δονητή κατά τις αρμονικές ταλαντώσεις ονομάζεται μονοχρωματικό. Ένα μονοχρωματικό κύμα χαρακτηρίζεται από μια ορισμένη συχνότητα co και μήκος κύματος X. Το μήκος κύματος και η συχνότητα σχετίζονται μέσω της ταχύτητας διάδοσης του κύματος c:
Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα στο κενό είναι εγκάρσιο: το διάνυσμα της έντασης του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου του κύματος, όπως φαίνεται από τον παραπάνω συλλογισμό, είναι κάθετο προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Ας σχεδιάσουμε το σημείο παρατήρησης Р στο σχ. 184 σφαίρα με κέντρο την αρχή, γύρω από την οποία το φορτίο ακτινοβολίας ταλαντώνεται κατά μήκος του άξονα. Σχεδιάστε παραλληλισμούς και μεσημβρινούς πάνω του. Τότε το διάνυσμα Ε του κυματοπεδίου θα κατευθύνεται εφαπτομενικά στον μεσημβρινό, και το διάνυσμα Β είναι κάθετο στο διάνυσμα Ε και κατευθύνεται εφαπτομενικά στον παράλληλο.
Για να το επαληθεύσουμε αυτό, ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα τη σχέση μεταξύ των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων σε ένα κινούμενο κύμα. Αυτά τα πεδία μετά την εκπομπή του κύματος δεν σχετίζονται πλέον με την πηγή. Όταν το ηλεκτρικό πεδίο του κύματος αλλάζει, προκύπτει ένα μαγνητικό πεδίο, οι γραμμές δύναμης του οποίου, όπως είδαμε στη μελέτη του ρεύματος μετατόπισης, είναι κάθετες στις γραμμές δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου. Αυτό το εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο, μεταβαλλόμενο, οδηγεί με τη σειρά του στην εμφάνιση ενός ηλεκτρικού πεδίου δίνης, το οποίο είναι κάθετο στο μαγνητικό πεδίο που το δημιούργησε. Έτσι, κατά τη διάδοση ενός κύματος, το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο υποστηρίζονται μεταξύ τους, παραμένοντας αμοιβαία κάθετα όλη την ώρα. Δεδομένου ότι σε ένα κινούμενο κύμα τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία αλλάζουν φάση μεταξύ τους, το στιγμιαίο «πορτρέτο» του κύματος (διανύσματα Ε και Β σε διαφορετικά σημεία της γραμμής κατά μήκος της κατεύθυνσης διάδοσης) έχει τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 185. Ένα τέτοιο κύμα ονομάζεται γραμμικά πολωμένο. Ένα αρμονικό ταλαντούμενο φορτίο εκπέμπει γραμμικά πολωμένα κύματα προς όλες τις κατευθύνσεις. Σε ένα γραμμικά πολωμένο κύμα που ταξιδεύει προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, το διάνυσμα Ε βρίσκεται πάντα στο ίδιο επίπεδο.
Δεδομένου ότι τα φορτία σε έναν γραμμικό ηλεκτρομαγνητικό δονητή εκτελούν ακριβώς μια τέτοια ταλαντευόμενη κίνηση, το ηλεκτρομαγνητικό κύμα που εκπέμπεται από τον δονητή είναι γραμμικά πολωμένο. Είναι εύκολο να επαληθευτεί αυτό πειραματικά αλλάζοντας τον προσανατολισμό του δονητή λήψης σε σχέση με αυτόν που εκπέμπει.
Ρύζι. 185. Ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία σε κινούμενο γραμμικά πολωμένο κύμα
Το σήμα είναι μεγαλύτερο όταν ο δονητής λήψης είναι παράλληλος με αυτόν που εκπέμπει (βλ. Εικ. 178). Εάν ο δονητής λήψης στραφεί κάθετα προς τον δονητή που εκπέμπει, τότε το σήμα εξαφανίζεται. Οι ηλεκτρικές ταλαντώσεις στον δονητή λήψης μπορούν να εμφανιστούν μόνο λόγω της συνιστώσας του ηλεκτρικού πεδίου του κύματος που κατευθύνεται κατά μήκος του δονητή. Επομένως, ένα τέτοιο πείραμα δείχνει ότι το ηλεκτρικό πεδίο στο κύμα είναι παράλληλο με τον δονητή που ακτινοβολεί.
Άλλοι τύποι πόλωσης εγκάρσιων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι επίσης δυνατοί. Αν, για παράδειγμα, το διάνυσμα Ε σε κάποιο σημείο της διέλευσης του κύματος περιστρέφεται ομοιόμορφα γύρω από την κατεύθυνση διάδοσης, παραμένοντας αμετάβλητο σε απόλυτη τιμή, τότε το κύμα ονομάζεται κυκλικά πολωμένο ή κυκλικά πολωμένο. Ένα στιγμιαίο "πορτρέτο" του ηλεκτρικού πεδίου ενός τέτοιου ηλεκτρομαγνητικού κύματος φαίνεται στο Σχ. 186.
Ρύζι. 186. Ηλεκτρικό πεδίο σε κινούμενο κυκλικά πολωμένο κύμα
Ένα κυκλικά πολωμένο κύμα μπορεί να ληφθεί προσθέτοντας δύο γραμμικά πολωμένα κύματα της ίδιας συχνότητας και πλάτους που διαδίδονται προς την ίδια κατεύθυνση, τα διανύσματα ηλεκτρικού πεδίου στα οποία είναι αμοιβαία κάθετα. Σε κάθε ένα από τα κύματα, το διάνυσμα ηλεκτρικού πεδίου σε κάθε σημείο εκτελεί μια αρμονική ταλάντωση. Προκειμένου το άθροισμα τέτοιων αμοιβαίων κάθετων ταλαντώσεων να οδηγήσει σε περιστροφή του διανύσματος που προκύπτει, είναι απαραίτητη μια μετατόπιση φάσης Με άλλα λόγια, τα γραμμικά πολωμένα κύματα που προστίθενται πρέπει να μετατοπίζονται κατά το ένα τέταρτο του μήκους κύματος μεταξύ τους.
Ορμή κύματος και ελαφριά πίεση.Μαζί με την ενέργεια, ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα έχει και ορμή. Εάν ένα κύμα απορροφάται, τότε η ορμή του μεταφέρεται στο αντικείμενο που το απορροφά. Επομένως, κατά τη διάρκεια της απορρόφησης, το ηλεκτρομαγνητικό κύμα ασκεί πίεση στο φράγμα. Η προέλευση της κυματικής πίεσης και η τιμή αυτής της πίεσης μπορούν να εξηγηθούν ως εξής.
Σκηνοθετημένο σε ευθεία γραμμή. Τότε η ισχύς που απορροφάται από το φορτίο P είναι ίση με
Υποθέτουμε ότι όλη η ενέργεια του προσπίπτοντος κύματος απορροφάται από το φράγμα. Δεδομένου ότι το κύμα φέρνει ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας της επιφάνειας φραγμού ανά μονάδα χρόνου, τότε η πίεση που ασκεί το κύμα σε κανονική πρόσπτωση είναι ίση με την ενεργειακή πυκνότητα του κύματος. Η δύναμη πίεσης του απορροφούμενου ηλεκτρομαγνητικού κύματος προσδίδει στο φράγμα ανά μονάδα χρόνου μια ώθηση ίση, σύμφωνα με τον τύπο (15), με την απορροφούμενη ενέργεια διαιρούμενη με την ταχύτητα του φωτός c . Και αυτό σημαίνει ότι το απορροφούμενο ηλεκτρομαγνητικό κύμα είχε ορμή, η οποία είναι ίση με την ενέργεια διαιρούμενη με την ταχύτητα του φωτός.
Για πρώτη φορά, η πίεση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ανακαλύφθηκε πειραματικά από τον P. N. Lebedev το 1900 σε εξαιρετικά λεπτά πειράματα.
Πώς διαφέρουν οι οιονεί στάσιμες ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις σε ένα κλειστό ταλαντωτικό κύκλωμα από τις ταλαντώσεις υψηλής συχνότητας σε έναν ανοιχτό δονητή; Δώσε μου μια μηχανική αναλογία.
Εξηγήστε γιατί τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα δεν ακτινοβολούν σε ένα κλειστό κύκλωμα κατά τη διάρκεια ηλεκτρομαγνητικών οιονεί στατικών ταλαντώσεων. Γιατί εμφανίζεται ακτινοβολία κατά τη διάρκεια ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων σε έναν ανοιχτό δονητή;
Περιγράψτε και εξηγήστε τα πειράματα του Hertz σχετικά με τη διέγερση και την ανίχνευση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Τι ρόλο παίζει το διάκενο σπινθήρα στους δονητές εκπομπής και λήψης;
Εξηγήστε πώς, με γρήγορη κίνηση ηλεκτρικό φορτίοτο διαμήκη ηλεκτροστατικό πεδίο μετατρέπεται σε εγκάρσιο ηλεκτρικό πεδίο του ηλεκτρομαγνητικού κύματος που εκπέμπεται από αυτό.
Με βάση τις ενεργειακές εκτιμήσεις, δείξτε ότι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου του σφαιρικού κύματος που εκπέμπεται από τον δονητή μειώνεται ως 1 1r (σε αντίθεση με το ηλεκτροστατικό πεδίο).
Τι είναι ένα μονοχρωματικό ηλεκτρομαγνητικό κύμα; Τι είναι το μήκος κύματος; Πώς σχετίζεται με τη συχνότητα; Ποια είναι η εγκάρσια ιδιότητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων;
Ποια είναι η πόλωση ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος; Ποιους τύπους πόλωσης γνωρίζετε;
Ποια επιχειρήματα μπορείτε να δώσετε για να δικαιολογήσετε το γεγονός ότι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα έχει ορμή;
Εξηγήστε το ρόλο της δύναμης Lorentz στην εμφάνιση της δύναμης πίεσης ηλεκτρομαγνητικού κύματος στο φράγμα.
), που περιγράφει το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, έδειξε θεωρητικά ότι ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στο κενό μπορεί να υπάρξει ακόμη και απουσία πηγών - φορτίων και ρευμάτων. Ένα πεδίο χωρίς πηγές έχει τη μορφή κυμάτων που διαδίδονται με πεπερασμένη ταχύτητα, η οποία στο κενό είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός: Με= 299792458±1,2 m/s. Η σύμπτωση της ταχύτητας διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο κενό με την ταχύτητα του φωτός που μετρήθηκε νωρίτερα επέτρεψε στον Maxwell να συμπεράνει ότι το φως είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Αυτό το συμπέρασμα αποτέλεσε αργότερα τη βάση της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του φωτός.
Το 1888, η θεωρία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έλαβε πειραματική επιβεβαίωση στα πειράματα του G. Hertz. Χρησιμοποιώντας μια πηγή υψηλής τάσης και δονητές (βλέπε δονητή Hertz), ο Hertz μπόρεσε να εκτελέσει ανεπαίσθητα πειράματα για να προσδιορίσει την ταχύτητα διάδοσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος και το μήκος του. Επιβεβαιώθηκε πειραματικά ότι η ταχύτητα διάδοσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός, γεγονός που απέδειξε την ηλεκτρομαγνητική φύση του φωτός.