Electromagnetic radiation(electromagnetic waves) - isang kaguluhan ng mga electric at magnetic field na nagpapalaganap sa kalawakan.
Mga saklaw ng electromagnetic radiation
1 Mga alon ng radyo
2. Infrared radiation (Thermal)
3. Nakikitang radiation (Optical)
4. Ultraviolet radiation
5. Matigas na radiation
Ang mga pangunahing katangian ng electromagnetic radiation ay itinuturing na dalas at haba ng daluyong. Ang haba ng daluyong ay nakasalalay sa bilis ng pagpapalaganap ng radiation. Ang bilis ng pagpapalaganap ng electromagnetic radiation sa isang vacuum ay katumbas ng bilis ng liwanag sa ibang media ang bilis na ito ay mas mababa.
Ang mga kakaibang katangian ng mga electromagnetic wave mula sa punto ng view ng teorya ng mga oscillations at ang mga konsepto ng electrodynamics ay ang pagkakaroon ng tatlong magkaparehong patayo na vectors: ang wave vector, ang electric field strength vector E at ang magnetic field strength vector H.
Mga electromagnetic wave- ito ay mga transverse waves (shear waves), kung saan ang mga vectors ng electric at magnetic field strengths ay nag-o-ocillate patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng wave, ngunit malaki ang pagkakaiba ng mga ito sa waves sa tubig at sa tunog dahil maaari silang maipadala mula sa isang source sa isang receiver, kabilang ang sa pamamagitan ng vacuum.
Karaniwan sa lahat ng uri ng radiation ay ang bilis ng kanilang pagpapalaganap sa isang vacuum, katumbas ng 300,000,000 metro bawat segundo.
Ang electromagnetic radiation ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalas ng mga oscillation na nagpapakita ng numero buong cycle oscillations bawat segundo, o wavelength, i.e. ang distansya kung saan dumadami ang radiation sa isang oscillation (bawat isang oscillation period).
Ang dalas ng oscillation (f), wavelength (λ) at ang bilis ng pagpapalaganap ng radiation (c) ay nauugnay sa isa't isa sa pamamagitan ng kaugnayan: c = f λ.
Ang electromagnetic radiation ay karaniwang nahahati sa mga saklaw ng dalas. Walang matalim na paglipat sa pagitan ng mga saklaw kung minsan ay nagsasapawan, at ang mga hangganan sa pagitan ng mga ito ay arbitrary. Dahil ang bilis ng pagpapalaganap ng radiation ay pare-pareho, ang dalas ng mga oscillation nito ay mahigpit na nauugnay sa wavelength sa vacuum.
Ultrashort radio waves Nakaugalian na ang hatiin sa metro, decimeter, centimeter, millimeter at submillimeter o micrometer. Ang mga alon na may haba na λ na mas mababa sa 1 m ang haba (frequency na higit sa 300 MHz) ay karaniwang tinatawag ding mga microwave o microwave.
Infrared radiation- electromagnetic radiation na sumasakop sa spectral na rehiyon sa pagitan ng pulang dulo ng nakikitang liwanag (na may wavelength na 0.74 microns) at radiation ng microwave(1-2 mm).
Infrared radiation sinasakop ang pinakamalaking bahagi ng optical spectrum. Ang infrared radiation ay tinatawag ding "thermal" radiation, dahil ang lahat ng mga katawan, solid at likido, na pinainit sa isang tiyak na temperatura, ay naglalabas ng enerhiya sa infrared spectrum. Sa kasong ito, ang mga wavelength na ibinubuga ng katawan ay nakasalalay sa temperatura ng pag-init: mas mataas ang temperatura, mas maikli ang wavelength at mas mataas ang intensity ng radiation. Ang radiation spectrum ng isang ganap na itim na katawan sa relatibong mababa (hanggang sa ilang libong Kelvin) na temperatura ay higit sa lahat ay nasa saklaw na ito.
Ang nakikitang liwanag ay isang kumbinasyon ng pitong pangunahing kulay: pula, orange, dilaw, berde, cyan, indigo at violet Sa harap ng mga pulang rehiyon ng spectrum sa optical range ay infrared, at sa likod ng violet ay ultraviolet. Ngunit alinman sa infrared o ultraviolet ay hindi nakikita ng mata ng tao.
Ang nakikita, infrared at ultraviolet radiation ay bumubuo sa tinatawag na rehiyon ng optical spectrum sa malawak na kahulugan ng salita. Ang pinakatanyag na pinagmumulan ng optical radiation ay ang Araw. Ang ibabaw nito (photosphere) ay pinainit sa temperatura na 6000 degrees at kumikinang na may maliwanag na dilaw na liwanag. Ang bahaging ito ng spectrum ng electromagnetic radiation ay direktang nakikita ng ating mga pandama.
Optical radiation nangyayari kapag uminit ang mga katawan (tinatawag ding thermal radiation ang infrared radiation) dahil sa thermal na paggalaw mga atomo at molekula. Kung mas mainit ang isang katawan, mas mataas ang dalas ng radiation nito. Kapag pinainit sa isang tiyak na antas, ang katawan ay nagsisimulang kumikinang sa nakikitang hanay (incandescence), una pula, pagkatapos ay dilaw, at iba pa. Sa kabaligtaran, ang radiation mula sa optical spectrum ay may thermal effect sa mga katawan.
Sa kalikasan, madalas tayong nakatagpo ng mga katawan na naglalabas ng liwanag ng isang kumplikadong komposisyon ng parang multo, na binubuo ng kalooban ng iba't ibang haba. Samakatuwid, ang enerhiya ng nakikitang radiation ay nakakaapekto mga elemento ng photosensitive mata at gumagawa ng ibang sensasyon. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng iba't ibang sensitivity ng mata sa radiation na may iba't ibang mga wavelength.
Bilang karagdagan sa thermal radiation, ang mga kemikal at kemikal na mapagkukunan ay maaaring magsilbi bilang mga mapagkukunan at mga receiver ng optical radiation. mga biological na reaksyon. Isa sa pinakasikat mga reaksiyong kemikal, na isang receiver ng optical radiation, ay ginagamit sa photography.
Matitigas na sinag. Ang mga hangganan ng mga rehiyon ng X-ray at gamma radiation ay maaari lamang matukoy nang may kondisyon. Para sa pangkalahatang gabay, maaari nating ipagpalagay na ang enerhiya ng X-ray quanta ay nasa hanay na 20 eV - 0.1 MeV, at ang enerhiya ng gamma quanta ay higit sa 0.1 MeV.
Ultraviolet radiation(ultraviolet, ultraviolet, UV) - electromagnetic radiation na sumasakop sa hanay sa pagitan ng nakikita at x-ray radiation(380 - 10 nm, 7.9×1014 - 3×1016 Hz). Ang hanay ay karaniwang nahahati sa malapit (380-200 nm) at malayo, o vacuum (200-10 nm) ultraviolet, ang huli ay pinangalanan dahil ito ay masinsinang hinihigop ng atmospera at pinag-aaralan lamang ng mga vacuum device.
Mahabang alon na ultraviolet radiation ay may medyo maliit na photobiological aktibidad, ngunit maaaring maging sanhi ng pigmentation ng balat ng tao, ay may positibong impluwensya sa katawan. Ang radiation sa subrange na ito ay maaaring magdulot ng glow ng ilang substance, kaya ginagamit ito para sa luminescent analysis komposisyong kemikal mga produkto.
Mid-wave na ultraviolet radiation ay may tonic at therapeutic effect sa mga buhay na organismo. Maaari itong maging sanhi ng erythema at tanning, i-convert ang bitamina D, na kinakailangan para sa paglaki at pag-unlad, sa isang absorbable form sa mga hayop, at may malakas na anti-ricket effect. Ang radiation sa subrange na ito ay nakakapinsala sa karamihan ng mga halaman.
Paggamot ng shortwave ultraviolet ay iba bactericidal effect, samakatuwid ito ay malawakang ginagamit para sa pagdidisimpekta ng tubig at hangin, pagdidisimpekta at pag-sterilize ng iba't ibang kagamitan at kagamitan.
Basic likas na tagsibol ultraviolet radiation sa Earth - ang Araw. Intensity ratio UV-A radiation at UV-B, kabuuan Ang mga sinag ng ultraviolet na umaabot sa ibabaw ng Earth ay nakasalalay sa iba't ibang mga kadahilanan.
Mga artipisyal na mapagkukunan ultraviolet radiation iba't iba. Ngayon mga artipisyal na mapagkukunan ultraviolet radiation malawakang ginagamit sa gamot, preventive, sanitary at hygienic na institusyon, agrikultura atbp. makabuluhang mas malaking pagkakataon ang ibinibigay kaysa kapag gumagamit ng natural ultraviolet radiation radiation.
Ang mga electromagnetic wave ay ang pagpapalaganap ng mga electromagnetic field sa espasyo at oras.
Gaya ng nabanggit sa itaas, ang pagkakaroon ng electromagnetic waves ay theoretically predicted ng dakilang English physicist na si J. Maxwell noong 1864. Sinuri niya ang lahat ng mga batas ng electrodynamics na kilala sa oras na iyon at sinubukang ilapat ang mga ito sa iba't ibang oras ng electric at magnetic field. Ipinakilala niya ang konsepto ng isang vortex electric field sa pisika at iminungkahi ang isang bagong interpretasyon ng batas electromagnetic induction, natuklasan ni Faraday noong 1831: ang anumang pagbabago sa magnetic field ay bumubuo ng isang vortex electric field sa nakapalibot na espasyo, ang mga linya ng puwersa na kung saan ay sarado.
Siya hypothesized ang pagkakaroon ng isang kabaligtaran na proseso: isang time-varying electric field ay bumubuo ng magnetic field sa nakapalibot na espasyo. Si Maxwell ang unang naglarawan ng dinamika bagong anyo bagay - ang electromagnetic field, at nagmula ng isang sistema ng mga equation (mga equation ni Maxwell) na nag-uugnay sa mga katangian ng electromagnetic field sa mga pinagmumulan nito - mga singil at agos ng kuryente. Sa isang electromagnetic wave, nangyayari ang magkaparehong pagbabago ng mga electric at magnetic field. Ang Figure 2 a, b ay naglalarawan ng magkaparehong pagbabago ng mga electric at magnetic field.
Figure 2 - Mutual transformation ng electric at magnetic field: a) Ang batas ng electromagnetic induction sa interpretasyon ni Maxwell; b) hypothesis ni Maxwell. Ang nagbabagong electric field ay bumubuo ng magnetic field
Ang dibisyon ng electromagnetic field sa electric at magnetic ay depende sa pagpili ng reference system. Sa katunayan, sa paligid ng mga singil sa pahinga sa parehong frame ng sanggunian, mayroon lamang isang electric field; gayunpaman, ang parehong mga singil na ito ay lilipat nang may kaugnayan sa isa pang reference system at bubuo sa reference system na ito, bilang karagdagan sa electric, isa ring magnetic field. Kaya, ang teorya ni Maxwell ay nag-uugnay sa mga electrical at magnetic phenomena.
Kung ang isang alternating electric o magnetic field ay nasasabik sa tulong ng mga oscillating charge, kung gayon ang isang pagkakasunud-sunod ng magkaparehong pagbabago ng mga electric at magnetic field ay lilitaw sa nakapalibot na espasyo, na nagpapalaganap mula sa punto hanggang punto. Ang parehong mga patlang na ito ay puyo ng tubig, at ang mga vector at matatagpuan sa magkabilang patayo na mga eroplano. Ang proseso ng pagpapalaganap ng electromagnetic field ay ipinapakita sa eskematiko sa Fig. 3. Ang prosesong ito, na pana-panahon sa oras at espasyo, ay isang electromagnetic wave.
Figure 3 - Ang proseso ng pagpapalaganap ng electromagnetic field
Ang hypothesis na ito ay isang teoretikal na palagay lamang na walang eksperimentong kumpirmasyon, ngunit sa batayan nito ay naisulat ni Maxwell ang isang pare-parehong sistema ng mga equation na naglalarawan sa magkaparehong pagbabago ng mga electric at magnetic field, ibig sabihin, ang sistema ng mga equation ng electromagnetic field.
Kaya, ang isang bilang ng mga mahahalagang konklusyon ay sumusunod mula sa teorya ni Maxwell - ang mga pangunahing katangian ng mga electromagnetic wave.
May mga electromagnetic waves, i.e. isang electromagnetic field na nagpapalaganap sa espasyo at oras.
Sa kalikasan, ang mga electrical at magnetic phenomena ay kumikilos bilang dalawang panig ng isang proseso.
Ang mga electromagnetic wave ay ibinubuga ng mga oscillating charge. Ang pagkakaroon ng acceleration ay ang pangunahing kondisyon para sa paglabas ng mga electromagnetic wave, i.e.
- - anumang pagbabago sa magnetic field ay lumilikha ng vortex electric field sa nakapalibot na espasyo (Larawan 2a).
- - Ang anumang pagbabago sa electric field ay nasasabik sa isang vortex magnetic field sa nakapalibot na espasyo, ang mga linya ng induction na kung saan ay matatagpuan sa isang eroplano na patayo sa mga linya ng intensity ng alternating electric field at tinatakpan ang mga ito (Fig. 2b).
Ang mga linya ng induction ng umuusbong na magnetic field ay bumubuo ng isang "kanang tornilyo" na may vector. Ang mga electromagnetic wave ay nakahalang - mga vector at patayo sa isa't isa at nakahiga sa isang eroplano na patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon (Fig. 4).
Figure 4 - Transverse electromagnetic waves
Ang mga pana-panahong pagbabago sa electric field (tension vector E) ay bumubuo ng nagbabagong magnetic field (induction vector B), na bumubuo naman ng nagbabagong electric field. Ang mga oscillation ng mga vector E at B ay nangyayari sa magkabilang patayo na mga eroplano at patayo sa linya ng pagpapalaganap ng alon (velocity vector) at nasa phase sa anumang punto. Ang mga linya ng electric at magnetic field sa isang electromagnetic wave ay sarado. Ang mga nasabing field ay tinatawag na vortex fields.
Ang mga electromagnetic wave ay nagpapalaganap sa bagay sa isang may hangganan na bilis, at ito ay muling nakumpirma ang bisa ng teorya ng short-range na interaksyon.
Ang konklusyon ni Maxwell tungkol sa finite speed of propagation ng electromagnetic waves ay sumasalungat sa theory of long-range action na tinanggap noong panahong iyon, kung saan ang bilis ng propagation ng electric at magnetic field ay ipinapalagay na walang hanggan na malaki. Samakatuwid, ang teorya ni Maxwell ay tinatawag na theory of short-range action.
Ang ganitong mga alon ay maaaring magpalaganap hindi lamang sa mga gas, likido at solido, kundi pati na rin sa vacuum.
Ang bilis ng mga electromagnetic wave sa vacuum ay c=300,000 km/s. Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa isang vacuum ay isa sa mga pangunahing pisikal na constants.
Ang pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave sa isang dielectric ay isang tuluy-tuloy na pagsipsip at muling pagpapalabas ng electromagnetic energy ng mga electron at ions ng isang substance na nagsasagawa ng sapilitang oscillations sa alternating electric field ng wave. Sa kasong ito, ang bilis ng alon sa dielectric ay bumababa.
Ang mga electromagnetic wave ay nagdadala ng enerhiya. Kapag nagpapalaganap ang mga alon, lumilitaw ang isang daloy ng electromagnetic energy. Kung pipili kami ng isang site S (Larawan 4), na nakatuon patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon, pagkatapos ay sa maikling panahon Dt ang enerhiya DWem ay dadaloy sa site, katumbas ng
DWem = (kami + wm)xSDt.
Kapag lumilipat mula sa isang daluyan patungo sa isa pa, ang dalas ng alon ay hindi nagbabago.
Ang mga electromagnetic wave ay maaaring masipsip ng bagay. Ito ay dahil sa resonant na pagsipsip ng enerhiya ng mga sisingilin na particle ng bagay. Kung ang natural na dalas ng oscillation ng mga dielectric na particle ay malaki ang pagkakaiba sa dalas ng electromagnetic wave, ang pagsipsip ay nangyayari nang mahina, at ang daluyan ay nagiging transparent sa electromagnetic wave.
Kapag tinatamaan ang interface sa pagitan ng dalawang media, ang bahagi ng wave ay makikita, at ang bahagi ay pumasa sa kabilang medium, na na-refracte. Kung ang pangalawang daluyan ay metal, kung gayon ang alon na dumadaan sa pangalawang daluyan ay mabilis na nabubulok, at karamihan ng ang enerhiya (lalo na ang mga low-frequency vibrations) ay makikita sa unang medium (mga metal ay malabo sa electromagnetic waves).
Ang pagpapalaganap sa media, ang mga electromagnetic wave, tulad ng iba pang mga alon, ay maaaring makaranas ng repraksyon at pagmuni-muni sa interface sa pagitan ng media, dispersion, absorption, interference; Kapag nagpapalaganap sa inhomogeneous media, ang wave diffraction, wave scattering at iba pang phenomena ay sinusunod.
Mula sa teorya ni Maxwell ito ay sumusunod na ang mga electromagnetic wave ay dapat magbigay ng presyon sa isang sumisipsip o sumasalamin na katawan. Ang presyon ng electromagnetic radiation ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa ilalim ng impluwensya ng electric field ng alon, ang mga mahinang alon ay lumitaw sa sangkap, iyon ay, ang iniutos na paggalaw ng mga sisingilin na particle. Ang mga alon na ito ay apektado ng puwersa ng Ampere mula sa magnetic field ng alon, na nakadirekta sa kapal ng sangkap. Ang puwersang ito ay lumilikha ng nagresultang presyon. Karaniwan ang presyon ng electromagnetic radiation ay bale-wala. Halimbawa, ang presyon ng solar radiation na dumarating sa Earth sa isang ganap na sumisipsip na ibabaw ay humigit-kumulang 5 μPa.
Ang mga unang eksperimento upang matukoy ang presyon ng radiation sa sumasalamin at sumisipsip ng mga katawan, na nakumpirma ang pagtatapos ng teorya ni Maxwell, ay isinagawa ng natitirang pisiko ng Moscow University P.N. Lebedev noong 1900. Ang pagtuklas ng gayong maliit na epekto ay nangangailangan ng kanyang pambihirang talino at kasanayan sa pag-set up at pagsasagawa ng eksperimento. Noong 1900, nagawa niyang sukatin ang liwanag na presyon sa mga solido, at noong 1910 - sa mga gas. Ang pangunahing bahagi ng aparato ng P.I Gumamit si Lebedev ng mga light disk na may diameter na 5 mm na sinuspinde sa isang nababanat na sinulid (Larawan 5) sa loob ng isang evacuated na sisidlan upang sukatin ang magaan na presyon.
Larawan 5 - Eksperimento P.I. Lebedeva
Ang mga disk ay gawa sa iba't ibang mga metal at maaaring palitan sa panahon ng mga eksperimento. Ang liwanag mula sa isang malakas na electric arc ay nakadirekta papunta sa mga disk. Bilang resulta ng pagkakalantad ng mga disk sa liwanag, ang thread ay napilipit at ang mga disk ay nalihis. Mga resulta ng mga eksperimento ni P.I. Si Lebedev ay ganap na naaayon sa electromagnetic theory ni Maxwell at nagkaroon malaking halaga para sa pag-apruba nito.
Ang pagkakaroon ng presyon ng mga electromagnetic wave ay nagbibigay-daan sa amin upang tapusin na ang electromagnetic field ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mekanikal na salpok. Ayon kay espesyal na teorya relativity, ito ay totoo para sa anumang mga katawan, anuman ang kanilang kalikasan at panloob na istraktura.
Dahil ang presyon ng liwanag na alon ay napakaliit, hindi ito naglalaro malaki ang bahagi sa mga phenomena na nakakaharap natin sa pang-araw-araw na buhay. Ngunit sa magkasalungat na sukat, kosmiko at mikroskopiko na mga sistema ang papel ng epektong ito ay tumataas nang husto. Kaya, ang gravitational attraction ng mga panlabas na layer ng matter ng bawat bituin sa gitna ay nababalanse ng isang puwersa, isang makabuluhang kontribusyon na ginawa ng presyon ng liwanag na nagmumula sa kailaliman ng bituin palabas. Sa microcosm, ang presyon ng liwanag ay nagpapakita mismo, halimbawa, sa kababalaghan ng liwanag na output mula sa isang atom. Nararanasan ito ng isang nasasabik na atom kapag naglalabas ito ng liwanag.
Ang magaan na presyon ay gumaganap ng isang makabuluhang papel sa astrophysical phenomena, lalo na sa pagbuo ng mga cometary tails, mga bituin, atbp. Ang liwanag na presyon ay umabot sa isang makabuluhang halaga sa mga lugar kung saan nakatutok ang radiation mula sa malalakas na quantum light generators (lasers). Kaya, ang presyon ng nakatutok na laser radiation sa ibabaw ng isang manipis na metal plate ay maaaring humantong sa pagkasira nito, iyon ay, sa hitsura ng isang butas sa plato. Kaya, ang electromagnetic field ay may lahat ng mga katangian materyal na katawan- enerhiya, huling bilis ng pagpapalaganap, momentum, masa. Ito ay nagpapahiwatig na ang electromagnetic field ay isa sa mga anyo ng pagkakaroon ng bagay.
Noong 1860-1865 isa sa mga pinakadakilang pisiko 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 isang tiyak na punto sa espasyo ang magnetic field ay nagbabago sa oras, kung gayon ang isang electric field ay nabuo din doon. Kung mayroong isang saradong konduktor sa field, kung gayon ang electric field ay nagiging sanhi ng isang sapilitan na kasalukuyang sa loob nito. Mula sa teorya ni Maxwell ito ay sumusunod na ang baligtad na proseso ay posible rin. Kung sa isang tiyak na rehiyon ng espasyo ang electric field ay nagbabago sa oras, kung gayon ang isang magnetic field ay nabuo din doon.
Kaya, ang anumang pagbabago sa magnetic field sa paglipas ng panahon ay nagdudulot ng pagbabago ng electric field, at ang anumang pagbabago sa electric field sa paglipas ng panahon ay nagdudulot ng pagbabago ng magnetic field. Ang mga alternating electric at magnetic field na ito na bumubuo sa isa't isa 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 isang 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 isang vacuum. Ang ugnayan sa pagitan ng haba ng daluyong, bilis, panahon at dalas ng mga oscillation na nakuha para sa mga mekanikal na alon ay totoo rin para sa mga electromagnetic wave:
Pagbabago ng boltahe ng 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 naglilipat ng enerhiya.
Saklaw ng electromagnetic wave
Sa paligid natin kumplikadong mundo mga electromagnetic wave iba't ibang frequency: radiation mula sa mga monitor ng computer, mga cell phone, mga microwave oven, telebisyon, atbp. Sa kasalukuyan, ang lahat ng electromagnetic wave ay nahahati ayon sa wavelength sa anim na pangunahing hanay.
Mga alon ng radyo- ito ay mga electromagnetic wave (na may wavelength mula 10000 m hanggang 0.005 m), na ginagamit upang magpadala ng mga signal (impormasyon) sa isang distansya na walang mga wire. Sa mga komunikasyon sa radyo, nalilikha ang mga radio wave mataas na dalas ng mga alon, dumadaloy sa antenna.
Electromagnetic radiation na may wavelength mula 0.005 m hanggang 1 micron, i.e. na nakahiga sa pagitan ng hanay ng radio wave at ng nakikitang hanay ng liwanag ay tinatawag infrared radiation. Ang infrared radiation ay ibinubuga ng anumang pinainit na katawan. Ang mga pinagmumulan ng infrared radiation ay mga kalan, baterya, at maliwanag na lamp na de-kuryente. Gamit ang mga espesyal na aparato, ang infrared radiation ay maaaring ma-convert sa nakikitang liwanag at ang mga imahe ng pinainit na bagay ay maaaring makuha sa kumpletong kadiliman.
SA nakikitang liwanag isama ang radiation na may wavelength na humigit-kumulang 770 nm hanggang 380 nm, mula pula hanggang lila. 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 pamamagitan ng pangitain.
Ang electromagnetic radiation na may wavelength na mas maikli kaysa sa violet, na hindi nakikita ng mata, ay tinatawag 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.
Prinsipyo ng komunikasyon sa radyo
Ang isang oscillatory circuit ay ginagamit bilang pinagmumulan ng mga electromagnetic wave. 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 oscillating circuit - antenna.
Komunikasyon sa radyo ay ang 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 maikling pulso. Ang mga pulso ay makikita mula sa mga bagay, na nagpapahintulot, pagkatapos matanggap at maproseso ang signal, upang maitatag ang distansya sa bagay.
Ang bilis ng radar ay gumagana sa isang katulad na prinsipyo. Isipin kung paano nakita ng radar ang bilis ng isang gumagalaw na kotse.
Maraming mga pattern ng mga proseso ng alon ay unibersal sa kalikasan at pantay na wasto para sa mga alon na may 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 oscillations ng isang electromagnetic field, ay walang exception. Ngunit hindi tulad ng iba pang mga uri ng mga alon, ang pagpapalaganap nito ay nangyayari sa ilang materyal na daluyan, ang mga electromagnetic na alon ay maaaring magpalaganap sa kawalan: 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 isang vacuum, kundi pati na rin sa bagay.
Paghula ng mga electromagnetic wave. Ang pagkakaroon ng mga electromagnetic wave ay theoretically hinulaang ni Maxwell bilang isang resulta ng isang 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 sa kawalan ng 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 na 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 pagpapalaganap ng mga alon.
Ang mga electromagnetic wave ay eksperimento na 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 ang isang "bukas" na oscillatory circuit kung saan ang mga plate ng capacitor ay pinaghiwalay (Larawan 176) at samakatuwid ay sumasakop ang electric field. malaking lugar space. Habang tumataas ang distansya sa pagitan ng mga plato, bumababa ang capacitance C ng capacitor at, alinsunod sa formula ni Thomson, tumataas ang dalas ng natural na mga oscillation. Kung papalitan mo rin ang inductor ng isang piraso ng wire, bababa ang inductance at tataas pa ang dalas ng natural na mga oscillation. Sa kasong ito, hindi lamang ang electric, kundi pati na rin ang magnetic field, na dati ay nasa loob ng coil, ay sasakupin na ngayon ang isang malaking lugar 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 natural na panahon
Ang mga oscillations ay 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 lakas ng kasalukuyang sa iba't ibang mga lugar sa parehong oras ay naiiba: sa mga dulo ng circuit ito ay palaging zero, at sa gitna (kung saan ang coil ay bago) ito oscillates na may pinakamataas na amplitude.
Sa paglilimita ng kaso, kapag ang oscillatory circuit ay naging isang piraso ng tuwid na kawad, ang kasalukuyang pamamahagi sa kahabaan ng 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 nakapalibot dito ay umaabot din sa maximum, at walang electric field na malapit sa vibrator. Pagkatapos ng isang-kapat ng panahon, ang kasalukuyang lakas ay napupunta sa zero, 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 ng kasalukuyang kasama ng isang bukas na vibrator sa sandaling ito ay maximum (a), at 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 katulad ng mechanical oscillations na maaaring mangyari sa oscillator spring kung ang napakalaking katawan na nakakabit dito ay aalisin. Sa kasong ito, kakailanganing 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.
Electrical at magnetic field vibrator. Ang di-quasi-stationary na likas 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 ang magnetic ay nasa loob ng coil. Dahil sa spatial na paghihiwalay na ito ng mga electric at magnetic field, hindi sila direktang nauugnay sa isa't isa: ang kanilang magkaparehong pagbabago ay dahil lamang sa kasalukuyang - ang 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 nagbabagong magnetic field ay bumubuo ng isang vortex electric field, at ang isang nagbabagong electric field ay bumubuo ng isang magnetic field. Bilang isang resulta, ang pagkakaroon ng naturang "self-sustaining" na mga patlang na nagpapalaganap sa libreng espasyo sa isang malaking distansya mula sa vibrator ay nagiging posible. Ito ang mga electromagnetic wave na ibinubuga ng vibrator.
Mga eksperimento ni Hertz. Ang vibrator, sa tulong kung saan unang eksperimento na nakuha ni G. Hertz ang mga electromagnetic wave noong 1888, ay isang tuwid na konduktor na may maliit na puwang ng hangin sa gitna (Larawan 178a). Salamat sa puwang na ito, posibleng magbigay ng makabuluhang singil sa dalawang halves ng vibrator. Kapag ang potensyal na pagkakaiba ay umabot sa isang tiyak limitahan ang halaga, nagkaroon ng breakdown sa air gap (isang spark ang tumalon) at ang mga electrical charge sa pamamagitan ng ionized air ay maaaring dumaloy mula sa isang kalahati ng vibrator patungo sa isa pa. Sa isang bukas na circuit, lumitaw ang mga electromagnetic oscillations. Upang matiyak na ang mabilis na alternating currents ay umiiral lamang sa vibrator at hindi short-circuited sa pamamagitan ng power source, ang mga chokes ay konektado sa pagitan ng vibrator at ang source (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 isang vibrator ay nangyayari pangunahin hindi dahil sa pagkalugi ng Joule sa paglaban (tulad ng sa isang closed oscillatory circuit), ngunit dahil sa radiation ng electromagnetic waves.
Upang makita ang mga electromagnetic wave, gumamit si Hertz ng pangalawang (receiving) vibrator (Fig. 1786). Sa ilalim ng impluwensya 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 naglalabas ng isa, kung gayon ang mga frequency ng natural na electromagnetic oscillations sa kanila ay nag-tutugma at ang sapilitang mga oscillations sa receiving vibrator ay umaabot sa isang kapansin-pansing halaga dahil sa resonance. Natukoy ni Hertz ang mga oscillations na ito sa pamamagitan ng pagdulas 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 ibabaw ng metal atbp. Sa eksperimento, posible ring sukatin ang bilis ng mga electromagnetic wave, na naging katumbas ng bilis ng liwanag.
Ang pagkakaisa ng bilis ng mga electromagnetic wave na may bilis ng liwanag na nasusukat bago pa man ang kanilang pagtuklas ay nagsilbing panimulang punto para sa pagtukoy ng liwanag sa mga electromagnetic wave at paglikha ng electromagnetic theory ng liwanag.
Ang isang electromagnetic wave ay umiiral nang walang field source sa kahulugan na pagkatapos ng paglabas nito, ang electromagnetic field ng wave ay hindi nauugnay sa pinagmulan. Ito ay kung paano naiiba ang isang electromagnetic wave sa mga static na electric at magnetic field, na hindi umiiral bukod sa pinagmulan.
Ang mekanismo ng radiation ng mga electromagnetic wave. Ang paglabas ng mga electromagnetic wave ay nangyayari sa pinabilis na paggalaw ng mga singil sa kuryente. Posibleng maunawaan kung paano lumabas 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 nakatigil na singil sa punto
Isaalang-alang natin ang electric field na nilikha ng isang point charge Kung ang charge ay nakapahinga, ang electrostatic field nito ay inilalarawan ng mga radial na linya ng puwersa na nagmumula sa charge (Fig. 179). Hayaang sa sandali ng oras ang singil, sa ilalim ng impluwensya ng ilang panlabas na puwersa, ay magsimulang gumalaw nang may acceleration a, at pagkaraan ng ilang oras ang pagkilos ng puwersang ito ay huminto, upang ang singil ay gumagalaw nang pantay sa bilis ng paggalaw ng singil ay ipinapakita sa Fig. 180.
Isipin natin ang isang larawan ng mga linya ng electric field na nilikha ng singil na ito pagkatapos ng mahabang panahon Dahil ang electric field ay nagpapalaganap sa bilis ng liwanag c,
pagkatapos ay 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 (Fig. 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 isang saglit na oras ay matatagpuan sa loob ng isang manipis na spherical layer ng kapal na ang panlabas na radius ay katumbas ng at ang panloob na radius - Ito ay ipinapakita sa Fig. 181. Sa loob ng isang globo ng radius, ang electric field ay ang field ng pantay na gumagalaw na singil.
kanin. 180. Grap ng bilis ng pag-charge
kanin. 181. Mga linya ng lakas ng electric field ng isang singil na gumagalaw ayon sa graph sa Fig. 180
kanin. 182. Upang makuha ang formula para sa lakas ng radiation field ng isang pinabilis na gumagalaw na singil
Kung ang bilis ng singil ay mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag c, kung gayon ang patlang na ito sa sandali ng oras ay tumutugma sa patlang ng isang nakatigil na singil sa punto na matatagpuan sa layo mula sa simula (Larawan 181): ang patlang ng isang dahan-dahang gumagalaw ang singil sa isang pare-parehong bilis, at ang distansya na nilakbay ng singil sa paglipas ng panahon, tulad ng makikita mula sa Fig. 180, ay maituturing na katumbas kung g»t.
Ang pattern ng electric field sa loob ng spherical layer ay madaling mahanap, isinasaalang-alang ang pagpapatuloy ng mga linya ng field. Upang gawin ito, kailangan mong ikonekta ang kaukulang mga linya ng puwersa ng radial (Larawan 181). Dahil sa pinabilis na paggalaw ng singil, ang kink sa mga linya ng puwersa ay "tumatakbo palayo" mula sa singil sa isang bilis c. Isang break sa mga linya ng kuryente 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 gumagawa ng isang tiyak na anggulo sa direksyon ng paggalaw ng singil (Larawan 182). I-decompose natin ang electric field strength vector 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 naglalakbay sa isang radius, ang vector ay patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Mula sa Fig. 182 malinaw na
Ang pagpapalit dito mula sa (2), makikita natin
Isinasaalang-alang na ang ratio ay ang acceleration a kung saan ang singil ay gumagalaw sa pagitan ng oras mula 0 hanggang isulat muli ang expression na ito sa anyo
Una sa lahat, bigyang-pansin natin ang katotohanan na ang lakas ng patlang ng kuryente ng isang alon ay bumababa sa kabaligtaran na proporsyon sa distansya mula sa gitna, kabaligtaran sa lakas ng patlang ng electrostatic na proporsyonal sa naturang pag-asa sa distansya gaya ng inaasahan. kung isasaalang-alang natin ang batas ng konserbasyon ng enerhiya. Dahil walang pagsipsip ng enerhiya ang nangyayari kapag ang isang alon ay kumakalat sa isang vacuum, ang dami ng enerhiya na dumadaan sa isang sphere ng anumang radius ay pareho. Dahil ang ibabaw na lugar ng isang globo ay proporsyonal sa parisukat ng radius nito, ang daloy ng enerhiya sa pamamagitan ng isang yunit ng ibabaw nito ay dapat na inversely proporsyonal sa parisukat ng radius. Isinasaalang-alang na ang densidad ng enerhiya ng electric field ng alon ay pantay-pantay, dumating tayo sa konklusyon na
Susunod, tandaan namin na ang lakas ng field ng wave sa formula (4) sa sandali ng oras ay depende sa acceleration ng singil, at sa sandali ng oras ang wave na ibinubuga sa sandaling ito ay umabot sa isang punto na matatagpuan sa layo pagkatapos ng isang oras na katumbas ng
Radiation ng isang oscillating charge. Ipagpalagay natin ngayon na ang singil ay patuloy na gumagalaw sa isang tuwid na linya na may ilang variable na acceleration malapit sa pinanggalingan ng mga coordinate, halimbawa, ito ay nagsasagawa ng mga harmonic oscillations. Pagkatapos ay patuloy itong maglalabas ng electromagnetic waves. Ang lakas ng electric field ng alon 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 depende sa acceleration ng charge a sa isang mas maagang sandali.
Hayaang ang paggalaw ng singil ay isang harmonic oscillation malapit sa pinanggalingan ng mga coordinate na may partikular na amplitude A at frequency co:
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 pagbabago sa electric field sa anumang punto sa panahon ng pagpasa ng naturang wave ay kumakatawan sa isang harmonic oscillation na may dalas, ibig sabihin, ang isang oscillating charge ay nagpapalabas ng isang monochromatic wave. Siyempre, ang formula (8) ay may bisa sa mga distansyang malaki kumpara sa amplitude ng charge A oscillations.
Electromagnetic wave enerhiya. 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 mga oscillations ng singil at ang ika-apat na kapangyarihan ng dalas.
Ang anumang pagbabagu-bago ay nauugnay sa mga pana-panahong paglipat ng enerhiya mula sa isang uri patungo sa isa pa at pabalik. 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 isang kapasitor, 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 densidad ng enerhiya sa bawat punto ay sumasailalim sa isang harmonic oscillation na may dobleng dalas, at upang ang kanilang mga halaga ay magkakasabay sa anumang oras. Ang parehong ay totoo sa isang naglalakbay na monochromatic electromagnetic wave: ang mga density ng enerhiya ng mga electric at magnetic field, na gumaganap ng isang harmonic oscillation na may dalas na 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 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 electromagnetic wave. Ang kabuuang density ng enerhiya ng electromagnetic field sa isang naglalakbay na alon ay dalawang beses sa density ng enerhiya ng electric field (9). Ang energy flux density y na dala ng wave ay katumbas ng produkto ng energy density at ang wave propagation speed. Gamit ang formula (9), makikita mo 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 average na halaga ay 1/2, kung gayon para makuha 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: sa direksyon kung saan ang singil ay nag-oscillates, ang enerhiya ay hindi inilalabas sa lahat. Pinakamalaking dami ang enerhiya ay ibinubuga sa isang eroplanong patayo sa direksyon na ito Ang angular na pamamahagi ng enerhiya na ibinubuga ng isang oscillating charge ay ipinapakita sa Fig. 183. Ang singil ay nag-oscillates sa kahabaan ng axis Mula sa pinagmulan ng mga coordinate, ang mga segment ay iginuhit, ang haba nito ay proporsyonal sa radiation na ibinubuga sa isang ibinigay.
direksyon ng enerhiya, i.e. 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 nakukuha sa pamamagitan ng pag-ikot ng diagram sa paligid ng axis
Polariseysyon ng mga electromagnetic wave. Ang alon na nabuo ng isang vibrator sa panahon ng mga harmonic vibrations ay tinatawag na monochromatic. Ang isang monochromatic wave ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na frequency с at wavelength X. Ang wavelength at frequency ay nauugnay sa pamamagitan ng bilis ng pagpapalaganap ng alon na may:
Ang isang electromagnetic wave sa isang vacuum ay transverse: ang vector ng electromagnetic field na lakas ng wave, tulad ng makikita mula sa mga argumento sa itaas, ay patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng wave. Dumaan tayo sa observation point P sa Fig. 184 sphere na may sentro sa pinanggalingan ng mga coordinate, sa paligid kung saan nag-o-oscillate ang radiating charge kasama ang axis nito. Gumuhit tayo 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 na mailabas ang alon, ay hindi na nauugnay sa pinagmulan. Kapag nagbago ang electric field ng isang alon, lumilitaw ang isang magnetic field, ang mga linya ng field na kung saan, tulad ng nakita natin kapag pinag-aaralan ang kasalukuyang displacement, ay patayo sa mga linya 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, habang ang alon ay nagpapalaganap, 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 pagbabago sa mga electric at magnetic field ay nangyayari sa phase sa isa't isa, ang instant "portrait" ng wave (vectors E at B sa iba't ibang mga punto ng linya kasama ang direksyon ng propagation) ay may anyo na ipinapakita sa Fig . 185. Ang nasabing alon ay tinatawag na linearly polarized. Ang isang singil na gumaganap ng isang harmonic oscillation ay naglalabas ng mga linearly 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 tiyak na sumasailalim sa oscillating motion na ito, ang electromagnetic wave na ibinubuga ng vibrator ay linearly polarized. Madali itong i-verify 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 ng isa (tingnan ang Fig. 178). Kung ang receiving vibrator ay nakabukas patayo sa naglalabas, mawawala ang signal. Ang mga elektrikal na panginginig ng boses sa receiving vibrator ay maaari lamang lumitaw 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 tiyak na punto sa panahon ng pagpasa ng isang alon ay pantay na umiikot sa paligid ng direksyon ng pagpapalaganap, na nananatiling hindi nagbabago sa magnitude, kung gayon ang alon ay tinatawag na circularly polarized o polarized sa isang bilog. Ang isang agarang "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, kung saan ang mga electric field vectors ay magkaparehong patayo. Sa bawat alon, ang electric field vector sa bawat punto ay sumasailalim sa isang harmonic oscillation. Upang ang pagdaragdag ng naturang magkabilang patayo na mga oscillations ay magresulta sa isang pag-ikot ng nagresultang vector, isang phase shift ay kinakailangan, sa madaling salita, ang pagdaragdag ng mga linearly polarized na alon ay dapat ilipat sa pamamagitan ng isang-kapat ng wavelength na may kaugnayan sa bawat isa.
Wave impulse at light pressure. 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. Kasunod nito na kapag hinihigop, ang electromagnetic wave ay nagdudulot ng presyon sa hadlang. Ang pinagmulan ng presyon ng alon at ang magnitude ng presyur na ito ay maaaring ipaliwanag bilang mga sumusunod.
Nakadirekta sa isang tuwid na linya. Kung gayon ang kapangyarihan P na hinihigop ng singil ay katumbas ng
Ipagpalagay namin na ang lahat ng enerhiya ng alon ng insidente ay hinihigop ng hadlang. Dahil ang isang alon ay nagdadala ng enerhiya sa bawat yunit ng ibabaw na lugar ng isang balakid sa bawat yunit ng oras, ang presyon na ibinibigay ng alon sa panahon ng normal na saklaw ay katumbas ng density ng enerhiya ng alon yunit ng oras isang salpok na katumbas, ayon sa formula (15), sa hinihigop na enerhiya na hinati sa bilis ng liwanag c . Nangangahulugan ito na ang hinihigop na electromagnetic wave ay may momentum na katumbas ng enerhiya na hinati sa bilis ng liwanag.
Sa unang 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? Magbigay ng mekanikal na pagkakatulad.
Ipaliwanag kung bakit ang mga electromagnetic wave ay hindi nailalabas sa panahon ng electromagnetic quasi-stationary oscillations sa isang closed circuit. Bakit nangyayari ang radiation sa panahon ng mga electromagnetic oscillations sa isang bukas na vibrator?
Ilarawan at ipaliwanag ang mga eksperimento ni Hertz sa kapana-panabik at pag-detect ng mga electromagnetic wave. Ano ang papel na ginagampanan ng spark gap sa pagpapadala at pagtanggap ng mga vibrator?
Ipaliwanag kung paano, sa panahon ng pinabilis na paggalaw, singil ng kuryente ang longitudinal electrostatic field ay nagiging transverse electric field ng electromagnetic wave na ibinubuga nito.
Batay sa mga pagsasaalang-alang sa enerhiya, ipakita na ang lakas ng electric field ng isang spherical wave na ibinubuga ng vibrator ay bumababa bilang 1 1r (hindi katulad para sa isang electrostatic field).
Ano ang isang monochromatic electromagnetic wave? Ano ang wavelength? Paano ito nauugnay sa dalas? Ano ang katangian ng transverse electromagnetic waves?
Ano ang tawag sa polarization ng 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 pressure force ng electromagnetic wave sa isang obstacle.
), na naglalarawan sa electromagnetic field, theoretically nagpakita na ang electromagnetic field sa isang vacuum ay maaaring umiral sa kawalan ng mga mapagkukunan - mga singil at mga alon. Ang isang patlang na walang pinagmumulan ay may anyo ng mga alon na nagpapalaganap sa isang may hangganan na bilis, na sa isang vacuum ay katumbas ng bilis ng liwanag: Sa= 299792458±1.2 m/s. Ang pagkakataon ng bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa vacuum na may dating nasusukat na bilis ng liwanag ay nagbigay-daan kay Maxwell na tapusin na ang liwanag ay mga electromagnetic wave. Ang isang katulad na konklusyon ay nabuo ang batayan ng electromagnetic theory ng liwanag.
Noong 1888, ang teorya ng electromagnetic waves ay nakatanggap ng eksperimentong kumpirmasyon sa mga eksperimento ni G. Hertz. Gamit ang mataas na boltahe na pinagmulan at mga vibrator (tingnan ang Hertz vibrator), nakapagsagawa si Hertz ng mga banayad na eksperimento upang matukoy ang bilis ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave at ang haba nito. Nakumpirma sa eksperimento na ang bilis ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave ay katumbas ng bilis ng liwanag, na nagpatunay sa electromagnetic na katangian ng liwanag.