Yük salınımlarının frekansında bir değişiklik geçiren elektromanyetik dalgaların radyasyonu, dalga boyunu değiştirir ve çeşitli özellikler kazanır. Bir kişi kelimenin tam anlamıyla elektromanyetik dalgalar yayan ve alan cihazlarla çevrilidir. BT Cep telefonları, radyo, TV yayıncılığı, tıbbi kurumlarda röntgen cihazları vb. İnsan vücudunun bile bir elektromanyetik alanı vardır ve çok ilginç olan her organın kendi radyasyon frekansı vardır. Yayılan yayılan yüklü parçacıklar birbirleri üzerinde etki ederek salınım frekansında ve hem yaratıcı hem de yıkıcı amaçlar için kullanılabilen enerji üretiminde bir değişikliğe neden olur.
Elektromanyetik radyasyon. Genel bilgi
Elektromanyetik radyasyon, elektrik ve manyetik alanların etkileşiminden kaynaklanan elektromanyetik salınımların yayılma durumunda ve yoğunluğunda bir değişikliktir.
Elektromanyetik radyasyonun karakteristik özelliklerinin derinlemesine bir çalışması şu şekilde gerçekleştirilir:
- elektrodinamik;
- optik;
- radyofizik.
Elektromanyetik dalgaların radyasyonu, enerjinin serbest bırakıldığı süreçte yüklerin dalgalanması nedeniyle oluşturulur ve yayılır. Mekanik dalgalara benzer bir yayılma paternine sahiptirler. Yüklerin hareketi ivme ile karakterize edilir - zamanla, elektromanyetik dalgaların emisyonu için temel bir koşul olan hızları değişir. Dalga gücü ivme kuvveti ile doğru orantılıdır ve onunla doğru orantılıdır.
belirleyen göstergeler özellikler Elektromanyetik radyasyon:
- yüklü parçacıkların salınım frekansı;
- yayılan akımın dalga boyu;
- polarizasyon.
Salınım yapan yüke en yakın olan elektrik alanı değişime uğrar. Bu değişiklikler için harcanan zaman aralığı, şarj salınımlarının zaman aralığına eşit olacaktır. Bir yükün hareketi, bir yay üzerinde asılı duran bir cismin titreşimleriyle karşılaştırılabilir, fark sadece hareket frekansındadır.
"Radyasyon" kavramı, meydana geldiği kaynaktan mümkün olduğunca uzaklaşan ve artan mesafe ile yoğunluğunu yitirerek bir dalga oluşturan elektromanyetik alanları içerir.
Elektromanyetik dalgaların yayılması
Maxwell'in çalışmaları ve keşfettiği elektromanyetizma yasaları, çalışmanın dayandığı gerçeklerin sağlayabileceğinden çok daha fazla bilgi elde etmeyi mümkün kılıyor. Örneğin, elektromanyetizma yasalarına dayanan sonuçlardan biri, elektromanyetik etkileşimin sonlu bir yayılma hızına sahip olduğu sonucudur.
Uzun menzilli eylem teorisini takip edersek, durağan bir durumda elektrik yükünü etkileyen kuvvetin, komşu yükün yeri değiştiğinde göstergelerini değiştirdiğini elde ederiz. Bu teoriye göre, yük kelimenin tam anlamıyla kendi türünün varlığını boşlukta “hissediyor” ve anında eylemi devralıyor.
Oluşan kısa menzilli eylem kavramları, neler olduğuna dair tamamen farklı bir görüşe sahiptir. Hareket eden yük, alternatif bir elektrik alanına sahiptir ve bu da yakındaki boşlukta alternatif bir manyetik alanın ortaya çıkmasına katkıda bulunur. Bundan sonra, alternatif bir manyetik alan, bir zincirde elektrikli olanın ve benzerlerinin görünümünü kışkırtır.
Bu nedenle, uzaydaki yükün konumundaki bir değişikliğin neden olduğu elektromanyetik alanda bir "pertürbasyon" vardır. Yayılır ve sonuç olarak mevcut alanı değiştirerek onu etkiler. Komşu yüke ulaşan "bozulma", üzerine etki eden kuvvetin göstergelerinde değişiklikler yapar. Bu, ilk yükün yer değiştirmesinden bir süre sonra olur.
Maxwell, elektromanyetik dalgaların yayılımı ilkesi konusuyla coşkuyla ilgileniyordu. Bunun için harcanan zaman ve çaba sonunda karşılığını verdi. Bu sürecin sonlu bir hızının varlığını ispatlamış ve bunun için matematiksel bir gerekçe sunmuştur.
Bir elektromanyetik alanın varlığının gerçekliği, sonlu bir "pertürbasyon" hızının varlığı ile doğrulanır ve atomlardan yoksun bir uzayda (vakum) ışığın hızına tekabül eder.
Elektromanyetik radyasyon ölçeği
Evren, farklı radyasyon aralıklarına ve radikal olarak farklı dalga boylarına sahip elektromanyetik alanlarla doludur; bunlar, birkaç on kilometreden bir santimetrenin çok küçük bir kısmına kadar değişebilir. Dünya'dan çok uzaklarda bulunan nesneler hakkında bilgi edinmenizi sağlarlar.
James Maxwell'in elektromanyetik dalgaların uzunluğundaki farkla ilgili açıklamasına dayanarak, uzayda alternatif bir manyetik alan oluşturan mevcut frekansların ve radyasyon uzunluklarının aralıklarının bir sınıflandırmasını içeren özel bir ölçek geliştirildi.
G. Hertz ve P. N. Lebedev, çalışmalarında Maxwell'in ifadelerinin doğruluğunu deneysel olarak kanıtladılar ve ışık radyasyonunun, atomların ve moleküllerin doğal titreşimiyle oluşan kısa uzunlukta elektromanyetik alan dalgaları olduğu gerçeğini doğruladılar.
Aralıklar arasında keskin geçişler yoktur, ancak net sınırları da yoktur. Radyasyonun frekansı ne olursa olsun, ölçekteki tüm noktalar, yüklü parçacıkların konumundaki bir değişiklik nedeniyle ortaya çıkan elektromanyetik dalgaları tanımlar. Yüklerin özellikleri dalga boyundan etkilenir. Göstergeleri değiştiğinde, yansıtıcı, delici yetenekler, görünürlük seviyesi vb. değişir.
Elektromanyetik dalgaların karakteristik özellikleri, hem boşlukta hem de maddeyle dolu bir boşlukta serbestçe yayılmalarını sağlar. Uzayda hareket eden radyasyonun davranışını değiştirdiğine dikkat edilmelidir. Vakumda radyasyonun yayılma hızı değişmez çünkü salınım frekansı dalga boyu ile sıkı bir şekilde bağlantılıdır.
Farklı aralıklardaki elektromanyetik dalgalar ve özellikleri
Elektromanyetik dalgalar şunları içerir:
- düşük frekanslı dalgalar. 100 kHz'den fazla olmayan bir salınım frekansı ile karakterize edilir. Bu aralık, örneğin bir mikrofon veya hoparlör, telefon ağları ve ayrıca radyo yayıncılığı, film endüstrisi vb. gibi elektrikli cihazların ve motorların çalışması için kullanılır. Düşük frekans aralığının dalgaları, bunlardan farklıdır. ile orantılı olarak yayılma hızındaki gerçek düşüşle daha yüksek bir salınım frekansı ile kare kök onların frekansları. Düşük frekanslı dalgaların keşfine ve çalışmasına önemli bir katkı Lodge ve Tesla tarafından yapılmıştır.
- Radyo dalgaları. 1886'da Hertz tarafından radyo dalgalarının keşfi, dünyaya kablo kullanmadan bilgi iletme yeteneği verdi. Bir radyo dalgasının uzunluğu, yayılımının doğasını etkiler. Onlar frekans gibidir ses dalgaları, alternatif akım nedeniyle ortaya çıkar (radyo iletişimi sürecinde, alıcı - antene alternatif akım akar). Yüksek frekanslı radyo dalgası, çevredeki alana önemli bir radyo dalgası emisyonuna katkıda bulunur ve bu da benzersiz fırsat bilgileri uzun mesafelerde iletin (radyo, televizyon). Bu tür mikrodalga radyasyonu, günlük yaşamda olduğu kadar uzayda da iletişim için kullanılır. Örneğin radyo dalgaları yayan bir mikrodalga mikrodalga fırın, ev hanımları için iyi bir yardımcı olmuştur.
- Kızılötesi radyasyon ("termal" olarak da adlandırılır). Elektromanyetik radyasyon ölçeğinin sınıflandırmasına göre, kızılötesi radyasyonun yayılma bölgesi radyo dalgalarından sonra ve görünür ışığın önündedir. Kızılötesi dalgalar, ısı yayan tüm cisimler tarafından yayılır. Bu tür radyasyon kaynaklarına örnek olarak sobalar, suyun ısı transferine dayalı ısıtma için kullanılan piller, akkor lambalar verilebilir. Bugüne kadar, tamamen karanlıkta ısı yayan nesneleri görmenizi sağlayan özel cihazlar geliştirilmiştir. Yılanlar, göz bölgesindeki ısıyı tanımak için böyle doğal sensörlere sahiptir. Bu, avlarını takip etmelerini ve geceleri avlanmalarını sağlar. Bir kişi kızılötesi radyasyonu, örneğin binaları ısıtmak, sebze ve ahşabı kurutmak için, askeri alanda (örneğin, gece görüş cihazları veya termal kameralar), bir ses merkezini veya TV'yi ve diğer cihazları kablosuz olarak kontrol etmek için kullanır. uzaktan kumanda.
- görülebilir ışık. Kırmızıdan menekşeye kadar bir ışık spektrumuna sahiptir ve ana ayırt edici özelliği olan insan gözü tarafından algılanır. Farklı dalga boylarında yayılan renk, insanın görsel algı sistemi üzerinde elektrokimyasal bir etkiye sahiptir, ancak bu aralıktaki elektromanyetik dalgaların özellikleri bölümünde yer almamaktadır.
- Morötesi radyasyon. İnsan gözü tarafından sabitlenmez ve mor ışıktan daha az dalga boyuna sahiptir. Küçük dozlarda ultraviyole ışınları terapötik bir etkiye neden olur, D vitamini üretimini teşvik eder, bakterisidal bir etkiye sahiptir ve merkezi sinir sistemi üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir. Ultraviyole ışınları ile ortamın aşırı doygunluğu hasara yol açar deri ve retinanın tahribatına neden olur, bu nedenle göz doktorları yaz aylarında güneş gözlüğü kullanılmasını tavsiye eder. Tıpta ultraviyole radyasyon kullanılır (UV ışınları kuvars lambalar için kullanılır), kimlik doğrulama için banknot, diskoteklerde eğlence amaçlı (bu tür aydınlatmalar açık renkli malzemelerin parlamasına neden olur) ve ayrıca yiyeceklerin uygunluğunu belirlemek için.
- X-ışını radyasyonu. Bu tür dalgalar insan gözüyle görülmez. Görünür ışık ışınlarının erişemeyeceği güçlü absorpsiyondan kaçınarak, maddenin katmanlarına nüfuz etme gibi inanılmaz bir özelliğe sahiptirler. Radyasyon, bazı kristal çeşitlerinin parıltısının ortaya çıkmasına katkıda bulunur ve fotoğraf filmini etkiler. Tıp alanında hastalıkları teşhis etmek için kullanılır iç organlar ve belirli bir hastalık listesini tedavi etmek, ürünlerin iç yapısını kusurlar ve teknolojideki kaynaklar açısından kontrol etmek.
- Gama radyasyonu. Bir atomun çekirdeğini yayan en kısa dalga boyundaki elektromanyetik radyasyon. Dalga boyunun azaltılması kalite göstergelerinde değişikliklere yol açar. Gama radyasyonu, X ışınlarından birçok kat daha fazla nüfuz etme gücüne sahiptir. Bir metre kalınlığındaki beton duvardan ve hatta birkaç santimetre kalınlığındaki kurşun bariyerlerden geçebilir. Maddelerin veya birliğin bozunması sırasında, radyasyon adı verilen atomun kurucu unsurları salınır. Bu tür dalgalar radyoaktif radyasyon olarak sınıflandırılır. patlamada nükleer savaş başlığıüzerinde Kısa bir zaman gama spektrumunun ışınları ile nötronlar arasındaki reaksiyonun ürünü olan bir elektromanyetik alan oluşur. Aynı zamanda ana unsurdur nükleer silahlar Zarar verici etkisi olan radyo elektroniği, kablolu iletişim ve güç kaynağı sağlayan sistemlerin çalışmasını tamamen bloke eder veya bozar. Ayrıca, bir nükleer silah patladığında çok fazla enerji açığa çıkar.
sonuçlar
Elektromanyetik alan dalgalarının belirli bir uzunluğa sahip olması ve belirli bir dalgalanma aralığında olması, hem insan vücudunu hem de insan vücuduna uyum düzeyini olumlu yönde etkileyebilir. çevre yardımcı elektrikli aletlerin geliştirilmesi ve insan sağlığı ve çevre üzerinde olumsuz ve hatta yıkıcı etkisi sayesinde.
1864'te James Clerk Maxwell, uzayda elektromanyetik dalgaların var olma olasılığını öngördü. Bu açıklamayı, o zamanlar elektrik ve manyetizma ile ilgili bilinen tüm deneysel verilerin analizinden çıkan sonuçlara dayanarak ortaya koydu.
Maxwell elektrodinamik yasalarını elektriksel ve manyetik fenomen ve böylece elektrik ve manyetik alan birbirinizi doğurun.
Başlangıçta, manyetik ve elektriksel olaylar arasındaki ilişkinin simetrik olmadığı gerçeğini vurguladı ve "girdap" terimini tanıttı. Elektrik alanı”, fenomenin kendi, gerçekten yeni bir açıklamasını sunuyor elektromanyetik indüksiyon Faraday tarafından keşfedilen: "manyetik alandaki herhangi bir değişiklik, çevreleyen alanda kapalı kuvvet çizgileri olan bir girdap elektrik alanının görünümüne yol açar."
Maxwell'e göre adil, "değişen bir elektrik alanı çevreleyen alanda bir manyetik alana yol açar" şeklindeki ters ifadeydi, ancak bu ifade ilk başta sadece bir hipotez olarak kaldı.
Maxwell sistemi yazdı matematiksel denklemler Manyetik ve elektrik alanlarının karşılıklı dönüşüm yasalarını tutarlı bir şekilde tanımlayan bu denklemler daha sonra elektrodinamiğin temel denklemleri haline geldi ve onları yazan büyük bilim adamının onuruna "Maxwell denklemleri" olarak adlandırılmaya başlandı. Maxwell'in yazılı denklemlere dayanan hipotezi, aşağıda verilen bilim ve teknoloji için son derece önemli birkaç sonuca sahipti.
Elektromanyetik dalgalar gerçekten var
Uzayda, zamanla yayılan enine elektromanyetik dalgalar olabilir. Dalgaların enine olduğu gerçeği, manyetik indüksiyon B ve elektrik alan şiddeti E vektörlerinin karşılıklı olarak dik olması ve her ikisinin de bir elektromanyetik dalganın yayılma yönüne dik bir düzlemde bulunması gerçeğiyle gösterilir.
Elektromanyetik dalgaların maddede yayılma hızı sonludur ve elektriksel ve manyetik özellikler dalganın yayıldığı malzeme. Bu durumda, sinüzoidal dalga λ'nın uzunluğu, belirli bir kesin ilişki λ = υ / f ile hız υ ile ilişkilidir ve alan salınımlarının frekansına f bağlıdır. Elektromanyetik dalganın boşluktaki hızı c, temel fiziksel sabitlerden biridir - ışığın boşluktaki hızı.
Maxwell bir elektromanyetik dalganın yayılma hızının sonlu olduğunu ilan ettiğinden, bu, onun hipotezi ile o zaman kabul edilen, dalgaların yayılma hızının sonsuz olması gerektiğini söyleyen uzun menzilli teori arasında bir çelişki yarattı. Maxwell'in teorisi bu nedenle kısa menzilli eylem teorisi olarak adlandırıldı.
Bir elektromanyetik dalgada, elektrik ve manyetik alanların birbirine dönüşümü aynı anda gerçekleşir, bu nedenle manyetik enerjinin hacimsel yoğunlukları ve elektrik enerjisi birbirine eşittir. Bu nedenle, elektrik alan kuvveti ve manyetik alan indüksiyon modüllerinin uzaydaki her noktada aşağıdaki ilişki ile birbirine bağlı olduğu ifadesi doğrudur:
Yayılma sürecindeki bir elektromanyetik dalga, bir elektromanyetik enerji akışı yaratır ve alanı dalga yayılma yönüne dik bir düzlemde düşünürsek, kısa sürede belirli bir miktarda elektromanyetik enerji içinden geçer. Elektromanyetik enerji akı yoğunluğu, bir elektromanyetik dalga tarafından birim zaman başına birim alan yüzeyinde taşınan enerji miktarıdır. Manyetik ve elektrik enerjisinin yanı sıra hız değerlerini değiştirerek, E ve B miktarları cinsinden akı yoğunluğu için bir ifade elde edebiliriz.
Dalga enerjisinin yayılma yönü, dalga yayılma hızının yönü ile çakıştığından, bir elektromanyetik dalgada yayılan enerji akışı, dalga yayılma hızıyla aynı şekilde yönlendirilmiş bir vektör kullanılarak belirlenebilir. Bu vektöre "Poynting vektörü" denir - 1884'te elektromanyetik alanın enerji akışının yayılma teorisini geliştiren İngiliz fizikçi Henry Poynting'in onuruna. Dalga enerjisi akı yoğunluğu W/sq.m olarak ölçülür.
Bir maddeye bir elektrik alanı etki ettiğinde, içinde elektrik yüklü parçacıkların düzenli bir hareketi olan küçük akımlar ortaya çıkar. Elektromanyetik bir dalganın manyetik alanındaki bu akımlar, maddenin derinliklerine yönlendirilen Amper kuvvetinin etkisine tabi tutulur. Amper kuvveti ve bunun sonucunda basınç oluşturur.
Bu fenomen daha sonra 1900 yılında, deneysel çalışmaları Maxwell'in elektromanyetizma teorisini ve gelecekte kabulü ve onayını doğrulamak için çok önemli olan Rus fizikçi Pyotr Nikolaevich Lebedev tarafından araştırıldı ve deneysel olarak doğrulandı.
Bir elektromanyetik dalganın basınç uyguladığı gerçeği, elektromanyetik enerjinin hacimsel yoğunluğu ve vakumda dalga yayılma hızı cinsinden bir birim hacim için ifade edilebilen bir elektromanyetik alanda mekanik bir darbenin varlığını yargılamayı mümkün kılar:
Momentum kütlenin hareketi ile ilişkili olduğundan, elektromanyetik kütle gibi bir kavramı tanıtmak mümkündür ve daha sonra bir birim hacim için bu oran (SRT'ye göre) evrensel bir doğa yasası karakterini alacaktır ve maddenin şekli ne olursa olsun herhangi bir maddi cisim için geçerli olacaktır. Elektromanyetik alan o zaman bir maddi gövdeye benzer - enerjisi W, kütlesi m, momentumu p ve sonlu bir yayılma hızı v vardır. Yani elektromanyetik alan, maddenin doğada var olan biçimlerinden biridir.
1888'de ilk kez Heinrich Hertz, Maxwell'in elektromanyetik teorisini deneysel olarak doğruladı. Elektromanyetik dalgaların gerçekliğini deneysel olarak kanıtladı ve dalgaların metal yüzeylerden yansımasının yanı sıra çeşitli ortamlarda kırılma ve soğurma gibi özelliklerini inceledi.
Hertz dalga boyunu ölçtü ve bir elektromanyetik dalganın yayılma hızının ışık hızına eşit olduğunu gösterdi. Hertz'in deneysel çalışması, Maxwell'in elektromanyetik teorisinin tanınmasına yönelik son adımdı. Yedi yıl sonra, 1895'te Rus fizikçi Alexander Stepanovich Popov, kablosuz iletişim oluşturmak için elektromanyetik dalgalar kullandı.
DC devrelerinde yükler sabit bir hızla hareket eder ve bu durumda elektromanyetik dalgalar uzaya yayılmaz. Radyasyonun gerçekleşebilmesi için içinde alternatif akımların yani hızla yön değiştiren akımların uyarıldığı bir anten kullanılması gerekir.
En basit haliyle, bir elektrik dipol elektromanyetik dalgalar yaymak için uygundur. küçük boy dipol momenti zamanla hızla değişecek olan . Bugün, boyutu yaydığı dalga boyundan birkaç kat daha küçük olan "Hertz dipolü" olarak adlandırılan böyle bir dipoldür.
Bir Hertz dipol tarafından yayıldığında, maksimum elektromanyetik enerji akışı dipol eksenine dik bir düzleme düşer. Dipol ekseni boyunca elektromanyetik enerji yayılmaz. Hertz'in en önemli deneylerinde, elektromanyetik dalgaları hem yaymak hem de almak için temel dipoller kullanıldı ve elektromanyetik dalgaların varlığı kanıtlandı.
Elektromanyetik dalgalar hakkında genel kavramlar
Bugünkü dersimizde elektromanyetik dalgalar gibi gerekli bir konuyu ele alacağız. Ve bu konu önemlidir, çünkü sadece bizim tüm modern hayat televizyon, radyo yayıncılığı ve mobil iletişim. Bu nedenle, tüm bunların elektromanyetik dalgalar nedeniyle gerçekleştirildiğini vurgulamakta fayda var.
Şimdi elektromanyetik dalgalarla ilgili konunun daha detaylı bir değerlendirmesine geçelim ve öncelikle bu tür dalgaların tanımını seslendirelim.
Bildiğiniz gibi dalga uzayda yayılan bir pertürbasyondur, yani bir yerde bir tür pertürbasyon olmuşsa ve her yöne yayılıyorsa, o zaman bu pertürbasyonun yayılmasının bir dalga olgusundan başka bir şey olmadığını söyleyebiliriz. .
Elektromanyetik dalgalar, ortamın özelliklerine bağlı olarak uzayda sonlu bir hızla yayılan elektromanyetik salınımlardır. Başka bir deyişle, elektromanyetik dalgaya uzayda yayılan elektromanyetik alan veya elektromanyetik bir rahatsızlık denir.
Tartışmamıza elektromanyetik alanın elektromanyetik dalgaları teorisinin ilk olarak İngiliz bilim adamı James Maxwell tarafından yaratıldığı gerçeğiyle başlayalım. Bu çalışmayla ilgili en ilginç ve merak edilen şey, bildiğiniz gibi elektrik ve manyetik alanların bir arada var olduğu kanıtlandığından ortaya çıkmasıdır. Ancak herhangi bir maddenin yokluğunda tamamen var olabilecekleri ortaya çıktı. Bu çok önemli bir sonuçtur ve James Clerk Maxwell'in çalışmalarında yapılmıştır.
Maddenin olmadığı yerde bile bir elektromanyetik alanın var olabileceği ortaya çıktı. Burada ses dalgalarının sadece bir ortamın olduğu yerde var olduğunu söylemiştik. Yani parçacıklarla oluşan titreşimler, yalnızca bu rahatsızlığı iletme yeteneğine sahip parçacıkların olduğu yerde iletilme özelliğine sahiptir.
Ancak elektromanyetik alana gelince, maddenin olmadığı ve parçacıkların olmadığı yerde var olabilir. Elektromanyetik alan bir boşlukta var olur, yani belirli koşullar yaratırsak ve sanki uzayda genel bir elektromanyetik rahatsızlık yaratabilirsek, o zaman buna göre bu rahatsızlık her yöne yayılma yeteneğine sahiptir. Ve bu tam olarak bir elektromanyetik dalgaya sahip olacağımız şeydir.
Bir elektromanyetik dalganın emisyonunu ve bir elektromanyetik dalganın alımını üretebilen ilk kişi, Alman bilim adamı Heinrich Hertz'di. Elektromanyetik bir dalganın emisyonu ve alımı için böyle bir kurulum yaratan ilk kişi oydu.
Burada söylememiz gereken ilk şey, elektromanyetik dalga yaymak için elbette oldukça hızlı hareket eden bir elektrik yüküne ihtiyacımız olduğudur. Çok hızlı hareket eden veya hızlandırılmış bir elektrik yükünün olacağı böyle bir cihaz yaratmalıyız.
Heinrich Hertz, deneylerinin yardımıyla, güçlü ve yeterince algılanabilir bir elektromanyetik dalga elde etmek için, hareketli bir elektrik yükünün çok yüksek bir frekansta, yani on binlerce hertz mertebesinde salınması gerektiğini kanıtladı. Yükte böyle bir salınım meydana gelirse, çevresinde alternatif bir elektromanyetik alan oluşturulacağı ve her yöne yayılacağı da vurgulanmalıdır. Yani, bir elektromanyetik dalga olacak.
Elektromanyetik dalgaların özellikleri
Elektromanyetik bir dalganın elbette belirli özelliklere sahip olduğu ve Maxwell'in eserlerinde tam olarak bu özelliklerle ilgili olduğu gerçeğine dikkat etmek gerekir.
Elektromanyetik dalgaların özelliklerinin belirli farklılıkları olduğu ve ayrıca uzunluğuna çok bağlı olduğu da belirtilmelidir. Elektromanyetik dalgalar özelliklerine ve dalga boylarına bağlı olarak aralıklara ayrılır. Komşu aralıklar birbiriyle örtüşme özelliklerine sahip olduğundan, oldukça koşullu bir ölçeğe sahiptirler.
Bazı alanların ortak özelliklere sahip olduğunu bilmek gereksiz olmayacaktır. Bu özellikler şunları içerir:
Penetrasyon yeteneği;
yüksek hız maddede dağılım;
insan vücudu üzerindeki etkisi, hem olumlu hem de olumsuz, vb.
Elektromanyetik dalga türleri arasında radyo dalgaları, ultraviyole ve kızılötesi aralıklar bulunur. görülebilir ışık, X-ışını, gama radyasyonu ve diğerleri.
Ve şimdi aşağıdaki tabloyu dikkatlice inceleyelim ve elektromanyetik dalgaların nasıl sınıflandırılabileceğini, ne tür radyasyon, radyasyon kaynakları ve bunların frekansları olduğunu daha ayrıntılı olarak inceleyelim:
Elektromanyetik dalgalar hakkında ilginç gerçekler
Muhtemelen, bizi çevreleyen uzayın elektromanyetik radyasyonla nüfuz ettiği kimse için bir sır olmayacak. Bu tür radyasyon sadece telefon ve radyo antenleriyle değil, etrafımızdaki cisimler, Dünya, Güneş ve yıldızlarla da ilişkilidir. Salınımların frekansına bağlı olarak elektromanyetik dalgalar farklı isimler alabilir, ancak özleri benzerdir. Bu tür elektromanyetik dalgalar, hem radyo dalgalarını hem de kızılötesi radyasyon, ve görünür ışık ve X-ışınlarının yanı sıra biyolojik alanın ışınları.
Elektromanyetik alan gibi sınırsız bir enerji kaynağı, salınımın nedenidir. elektrik ücretleri atomlar ve moleküller. Bundan, salınım yaparak, yükün hızlanma ile hareket ettiği ve aynı zamanda elektromanyetik dalgalar yaydığı takip edilir.
Elektromanyetik dalgaların insan sağlığına etkisi
Bilim adamları uzun yıllar boyunca elektromanyetik alanların insan, hayvan ve bitki sağlığı üzerindeki etkisi sorunuyla ilgilendiler ve bu nedenle bu sorunu araştırmak ve incelemek için çok zaman ayırdılar.
Muhtemelen, her biriniz diskolara gittiniz ve ultraviyole lambaların etkisi altında açık renkli kıyafetlerin parlamaya başladığına dikkat ettiniz. Bu tür radyasyon canlı organizmalar için tehlike oluşturmaz.
Ancak bir solaryumu ziyaret ederken veya tıbbi amaçlar için ultraviyole lambaları kullanırken, bu tür maruz kalma kısa süreli görme kaybına neden olabileceğinden göz koruması kullanmak gerekir.
Ayrıca odaları dezenfekte etmek için kullanılan ultraviyole antiseptik lambaları kullanırken son derece dikkatli olmalısınız ve bunları kullanırken insan derisinin yanı sıra bitkileri de olumsuz etkileyerek yaprak yanıklarına neden olduklarından odadan çıkmalısınız.
Ancak çevremizi saran radyasyon kaynaklarına ve çeşitli cihazlara ek olarak, insan vücudunun da kendi elektrik ve manyetik alanları vardır. Ama şunu da bilmelisiniz insan vücudu Hayatı boyunca elektromanyetik alanlar sürekli değişme eğilimindedir.
Bir kişinin elektromanyetik alanını belirlemek için ensefalograf gibi doğru bir cihaz kullanılır. Bu cihazı kullanarak, bir kişinin elektromanyetik alanını yüksek doğrulukla ölçmek ve serebral korteksteki aktivitesini belirlemek mümkündür. Ensefalograf gibi bir cihazın ortaya çıkması sayesinde teşhis koymak mümkün oldu. çeşitli hastalıklar erken bir aşamada bile.
M. Faraday alan kavramını tanıttı:
duran bir yükün etrafındaki elektrostatik alan
hareketli yüklerin (akım) etrafında bir manyetik alan vardır.
1830'da M. Faraday, elektromanyetik indüksiyon fenomenini keşfetti: manyetik alan değiştiğinde, bir girdap elektrik alanı ortaya çıkıyor.
Şekil 2.7 - Girdap elektrik alanı
nerede, 
- elektrik alan şiddeti vektörü, 
- manyetik indüksiyon vektörü.
Alternatif bir manyetik alan, bir girdap elektrik alanı oluşturur.
1862'de D.K. Maxwell bir hipotez öne sürdü: elektrik alanı değiştiğinde, bir girdap manyetik alanı ortaya çıkıyor.
Tek bir elektromanyetik alan fikri ortaya çıktı.
Şekil 2.8 - Birleşik elektromanyetik alan.
Alternatif elektrik alanı bir girdap manyetik alanı oluşturur.
Elektromanyetik alan- bu, maddenin özel bir şeklidir - elektrik ve manyetik alanların bir kombinasyonu. Değişken elektrik ve manyetik alanlar aynı anda var olurlar ve tek bir elektromanyetik alan oluştururlar. Malzemedir:
Hem hareketsiz hem de hareketli yükler üzerinde eylemde kendini gösterir;
Yüksek fakat sınırlı bir hızla yayılır;
Bizim irade ve arzularımızdan bağımsız olarak var olur.
Sıfır şarj oranında, yalnızca bir elektrik alanı vardır. Sabit bir şarj hızında, bir elektromanyetik alan üretilir.
Yükün hızlandırılmış hareketiyle, uzayda sınırlı bir hızla yayılan bir elektromanyetik dalga yayılır. .
Elektromanyetik dalgalar fikrinin gelişimi Maxwell'e aittir, ancak Faraday, çalışmayı yayınlamaktan korkmasına rağmen (ölümünden 100 yıldan fazla bir süre sonra okundu) varlıklarını zaten biliyordu.
Elektromanyetik bir dalganın ortaya çıkmasının ana koşulu, elektrik yüklerinin hızlandırılmış hareketidir.
Elektromanyetik dalga nedir, aşağıdaki örneği hayal etmek kolaydır. Suyun yüzeyine bir çakıl taşı atarsanız, yüzeyde daireler halinde birbirinden ayrılan dalgalar oluşur. Belli bir yayılma hızı ile meydana geldikleri kaynaktan (pertürbasyon) hareket ederler. Elektromanyetik dalgalar için, bozulmalar uzayda hareket eden elektrik ve manyetik alanlardır. Zamanla değişen bir elektromanyetik alan, zorunlu olarak alternatif bir manyetik alana neden olur ve bunun tersi de geçerlidir. Bu alanlar birbirine bağlıdır.
Elektromanyetik dalga spektrumunun ana kaynağı Güneş yıldızıdır. Elektromanyetik dalgaların spektrumunun bir kısmı insan gözünü görür. Bu spektrum 380...780 nm aralığındadır (Şekil 2.1). Görünür spektrumda, göz ışığı farklı şekilde algılar. Farklı dalga boylarına sahip elektromanyetik salınımlar, farklı renklerde ışık algısına neden olur.
Şekil 2.9 - Elektromanyetik dalgaların spektrumu
Elektromanyetik dalga spektrumunun bir kısmı radyo ve televizyon yayıncılığı ve iletişim amaçları için kullanılır. Elektromanyetik dalgaların kaynağı, elektrik yüklerinin dalgalandığı bir teldir (anten). Telin yakınında başlayan alanların oluşum süreci, yavaş yavaş, noktadan noktaya, tüm alanı yakalar. Telden geçen ve bir elektrik veya manyetik alan oluşturan alternatif akımın frekansı ne kadar yüksek olursa, tel tarafından oluşturulan belirli bir uzunluktaki radyo dalgaları o kadar yoğun olur.
Radyo(lat. radyo - yayar, ışın yayar ← yarıçap - ışın) - uzayda serbestçe yayılan radyo dalgalarının sinyal taşıyıcı olarak kullanıldığı bir tür kablosuz iletişim.
Radyo dalgaları(radyodan...), dalga boyu > 500 µm olan elektromanyetik dalgalar (frekans< 6×10 12 Гц).
Radyo dalgaları zamanla değişen elektrik ve manyetik alanlardır. Radyo dalgalarının boş uzayda yayılma hızı 300.000 km/s'dir. Buna dayanarak, radyo dalgasının uzunluğunu (m) belirleyebilirsiniz.
λ=300/f, nerede f - frekans (MHz)
Bir telefon görüşmesi sırasında oluşan havanın ses titreşimleri, mikrofon tarafından kablolarla abonenin ekipmanına iletilen ses frekansının elektrik titreşimlerine dönüştürülür. Orada, hattın diğer ucunda, telefonun emitörü yardımıyla abone tarafından ses olarak algılanan hava titreşimlerine dönüştürülür. Telefonda iletişim araçları teller, radyo yayınlarında radyo dalgalarıdır.
Herhangi bir radyo istasyonunun vericisinin "kalbi" bir jeneratördür - belirli bir radyo istasyonu için yüksek, ancak kesinlikle sabit frekansta salınımlar üreten bir cihaz. Gerekli güce yükseltilen bu radyo frekansı salınımları, antene girer ve çevredeki uzayda tam olarak aynı frekanstaki elektromanyetik salınımları uyarır - radyo dalgaları. Radyo istasyonunun anteninden radyo dalgalarının alınma hızı, ışık hızına eşittir: 300.000 km / s, bu da sesin havada yayılmasından neredeyse bir milyon kat daha hızlıdır. Bu, Moskova Yayın İstasyonunda bir zamanda bir verici açılırsa, radyo dalgalarının Vladivostok'a 1/30 s'den daha kısa sürede ulaşacağı ve bu süre zarfında sesin yalnızca 10-11 yaymak için zamana sahip olacağı anlamına gelir. m.
Radyo dalgaları yalnızca havada değil, örneğin uzayda hiç olmadığı yerlerde de yayılır. Bu bakımdan, havanın veya su gibi başka bir yoğun ortamın kesinlikle gerekli olduğu ses dalgalarından farklıdırlar.
elektromanyetik dalga
uzayda yayılan bir elektromanyetik alandır (vektörlerin salınımları 
). Yükün yakınında, elektrik ve manyetik alanlar bir p/2 faz kayması ile değişir.
Şekil 2.10 - Birleşik elektromanyetik alan.
Yükten çok uzakta, elektrik ve manyetik alanlar fazda değişir.
Şekil 2.11 - Elektrik ve manyetik alanlarda faz içi değişim.
Elektromanyetik dalga enine.
Elektromanyetik dalganın hızının yönü, vektör gimlet kolunu döndürürken sağ vidanın hareket yönü ile çakışmaktadır. 
vektöre 
.
Şekil 2.12 - Elektromanyetik dalga.
Ayrıca, bir elektromanyetik dalgada, ilişki 
, burada c ışığın boşluktaki hızıdır.
Maxwell, elektromanyetik dalgaların enerjisini ve hızını teorik olarak hesapladı.
Böylece, dalga enerjisi frekansın dördüncü gücü ile doğru orantılıdır. Bu, dalgayı daha kolay sabitlemek için yüksek frekanslı olması gerektiği anlamına gelir.
Elektromanyetik dalgalar G. Hertz (1887) tarafından keşfedildi.
Kapalı bir salınım devresi elektromanyetik dalgalar yaymaz: kapasitörün elektrik alanının tüm enerjisi, bobinin manyetik alanının enerjisine dönüştürülür. Salınım frekansı, salınım devresinin parametreleri tarafından belirlenir: 
.
Şekil 2.13 - Salınım devresi.
Frekansı artırmak için L ve C'yi azaltmak gerekir, yani. bobini düz bir tele çevirin ve 
, plakaların alanını azaltın ve maksimum mesafeye yayın. Bu, özünde düz bir iletken elde ettiğimizi gösterir.
Böyle bir cihaza Hertz vibratör denir. Ortası kesilerek yüksek frekanslı bir transformatöre bağlanmıştır. Küçük küresel iletkenlerin sabitlendiği tellerin uçları arasında, elektromanyetik dalganın kaynağı olan bir elektrik kıvılcımı atlar. Dalga, elektrik alan şiddeti vektörü iletkenin bulunduğu düzlemde titreşecek şekilde yayılır.
Şekil 2.14 - Hertz vibratör.
Aynı iletken (anten) emitöre paralel olarak yerleştirilirse, içindeki yükler salınım yapacak ve iletkenler arasında zayıf kıvılcımlar atlayacaktır.
Hertz, bir deneyde elektromanyetik dalgaları keşfetti ve Maxwell tarafından hesaplanan ve c=3'e eşit olan hızlarına denk gelen hızlarını ölçtü. 10 8 m/s.
Alternatif bir elektrik alanı, sırayla, alternatif bir elektrik alanı oluşturan alternatif bir manyetik alan üretir, yani alanlardan birini uyaran bir anten, tek bir elektromanyetik alanın ortaya çıkmasına neden olur. Bu alanın en önemli özelliği elektromanyetik dalgalar şeklinde yayılmasıdır.
Kayıpsız bir ortamda elektromanyetik dalgaların yayılma hızı, ortamın nispeten dielektrik ve manyetik geçirgenliğine bağlıdır. Hava için, ortamın manyetik geçirgenliği bire eşittir, bu nedenle bu durumda elektromanyetik dalgaların yayılma hızı ışık hızına eşittir.
Anten, yüksek frekanslı bir jeneratörden güç alan dikey bir tel olabilir. Jeneratör, iletkendeki serbest elektronların hareketini hızlandırmak için enerji harcar ve bu enerji alternatif bir elektromanyetik alana, yani elektromanyetik dalgalara dönüştürülür. Jeneratör akım frekansı ne kadar yüksek olursa, elektromanyetik alan o kadar hızlı değişir ve dalga iyileşmesi o kadar yoğun olur.
Anten kablosuna bağlı, hem kuvvet çizgileri pozitifte başlayan ve negatif yüklerde biten bir elektrik alanı hem de çizgileri telin akımı etrafında kapanan bir manyetik alan. Nasıl daha az dönem salınımlar, bağlı alanların enerjisinin tele (yani jeneratöre) geri dönmesi için ne kadar az zaman kalır ve elektromanyetik dalgalar şeklinde daha fazla yayılan serbest alanlara o kadar fazla geçer. Elektromanyetik dalgaların etkin radyasyonu, dalga boyunun ve yayılan telin uzunluğunun ölçülebilirliği koşulu altında meydana gelir.
Böylece belirlenebilir ki Radyo dalgası- bu, yayıcı ve kanal oluşturan cihazlarla ilişkili olmayan, 10 -3 ila 10 12 Hz salınım frekansına sahip bir dalga şeklinde uzayda serbestçe yayılan bir elektromanyetik alandır.
Antendeki elektronların salınımları, bir periyot ile periyodik olarak değişen EMF kaynağı tarafından oluşturulur. T. Bir anda antendeki alan maksimum değer, o zaman bir süre sonra aynı değere sahip olacak T. Bu süre zarfında, antende ilk anda var olan elektromanyetik alan bir mesafeye hareket edecektir.
λ = ut (1)
Alanın aynı değere sahip olduğu uzayda iki nokta arasındaki minimum uzaklığa denir. dalga boyu.(1)'den aşağıdaki gibi, dalga boyu λ yayılma hızına ve antendeki elektronların salınım süresine bağlıdır. Çünkü Sıklık akım f = 1 / T, daha sonra dalga boyu λ = υ / f .
Radyo bağlantısı aşağıdaki ana bölümleri içerir:
verici
Alıcı
Radyo dalgalarının yayıldığı ortam.
Verici gücünü artırmak, daha verimli bir anten bağlamak ve alıcının hassasiyetini artırmak mümkün olduğundan, verici ve alıcı radyo bağlantısının kontrol edilebilir öğeleridir. Ortam, radyo bağlantısının kontrolsüz bir öğesidir.
Telsiz iletişim hattı ile kablolu hatlar arasındaki fark, kablolu hatların, kontrollü elemanlar olan (elektrik parametrelerini değiştirebilirsiniz) bağlantı bağlantısı olarak teller veya kablolar kullanmasıdır.
Elektromanyetik radyasyon, tam olarak Evrenimiz yaşadığı sürece var olur. Dünyadaki yaşamın evriminde önemli bir rol oynamıştır. Aslında bu, uzayda yayılan elektromanyetik alanın durumunun bir bozulmasıdır.
Elektromanyetik radyasyonun özellikleri
Herhangi bir elektromanyetik dalga, üç özellik kullanılarak tanımlanır.
1. Frekans.
2. Polarizasyon.
polarizasyon- ana dalga özelliklerinden biri. Elektromanyetik dalgaların enine anizotropisini açıklar. Tüm dalga salınımları aynı düzlemde meydana geldiğinde radyasyon polarize olarak kabul edilir.
Bu fenomen pratikte aktif olarak kullanılmaktadır. Örneğin, sinemada 3D filmler gösterilirken.
Polarizasyon yardımı ile IMAX gözlükleri, amaçlanan görüntüyü ayırır. farklı gözler. 
Sıklık gözlemcinin (bu durumda dedektör) bir saniyede geçtiği dalga tepelerinin sayısıdır. Hertz cinsinden ölçülür.
dalga boyu- salınımları bir fazda meydana gelen en yakın elektromanyetik radyasyon noktaları arasındaki belirli bir mesafe.
Elektromanyetik radyasyon hemen hemen her ortamda yayılabilir: yoğun maddeden boşluğa.
Vakumda yayılma hızı saniyede 300 bin km'dir.
ilginç görünüm EM dalgalarının doğası ve özellikleri hakkında aşağıdaki videoya bakın:
Elektromanyetik dalga türleri
Tüm elektromanyetik radyasyon frekansa bölünür. 
1. Radyo dalgaları. Kısa, ultra kısa, ekstra uzun, uzun, orta vardır.
Radyo dalgalarının uzunluğu 10 km ile 1 mm arasında ve 30 kHz ile 300 GHz arasında değişmektedir.
Kaynakları hem insan faaliyetleri hem de çeşitli doğal atmosferik olaylar olabilir.
2. . Dalga boyu 1mm - 780nm aralığındadır ve 429 THz'e kadar ulaşabilir. Kızılötesi radyasyona termal radyasyon da denir. Gezegenimizdeki tüm yaşamın temeli.
3. Görünür ışık. Uzunluk 400 - 760/780nm. Buna göre 790-385 THz arasında dalgalanıyor. Bu, insan gözünün görebildiği tüm radyasyon spektrumunu içerir.
4. . Dalga boyu kızılötesi radyasyondan daha kısadır.
10 nm'ye kadar ulaşabilir. bu tür dalgalar çok büyüktür - yaklaşık 3x10 ^ 16 Hz.
5. X-ışınları. 6x10 ^ 19 Hz dalgalar ve uzunluk yaklaşık 10 nm - 5 pm'dir.
6. Gama dalgaları. Bu, x-ışınlarından daha büyük olan ve uzunluğu daha kısa olan herhangi bir radyasyonu içerir. Bu tür elektromanyetik dalgaların kaynağı kozmik, nükleer süreçlerdir.
Uygulama kapsamı
19. yüzyılın sonundan beri bir yerlerde, tüm insani ilerleme elektromanyetik dalgaların pratik uygulamasıyla ilişkilendirildi.
Bahsetmeye değer ilk şey radyo iletişimidir. İnsanların birbirlerinden uzak olsalar bile iletişim kurmasını mümkün kıldı.
Uydu yayıncılığı, telekomünikasyon Daha fazla gelişme ilkel radyo
Bilgi imajını şekillendiren bu teknolojilerdir. modern toplum.
Elektromanyetik radyasyon kaynakları, çeşitli elektrik hatlarının yanı sıra büyük endüstriyel tesisler olarak düşünülmelidir.
Elektromanyetik dalgalar askeri işlerde (radar, karmaşık elektrikli cihazlar) aktif olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, ilaç kullanılmadan yapılmamıştır. Kızılötesi radyasyon birçok hastalığın tedavisinde kullanılabilir.
röntgen bir kişinin iç dokularına verilen hasarı belirlemeye yardımcı olur.
Lazerler yardımıyla takı hassasiyeti gerektiren bir takım işlemler yapılmaktadır. 
Elektromanyetik radyasyonun bir kişinin pratik yaşamındaki önemini abartmak zordur.
Elektromanyetik alan hakkında Sovyet videosu:
İnsanlar üzerinde olası olumsuz etki
Yararlarına rağmen, güçlü elektromanyetik radyasyon kaynakları aşağıdaki semptomlara neden olabilir:
Tükenmişlik;
Mide bulantısı.
Belirli dalga türlerine aşırı maruz kalmak iç organlara, merkezi organlara zarar verir. gergin sistem, beyin. İnsan ruhundaki değişiklikler mümkündür.
EM dalgalarının insan üzerindeki etkisi hakkında ilginç bir video:
Bu tür sonuçlardan kaçınmak için, dünyanın hemen hemen tüm ülkelerinde elektromanyetik güvenliği yöneten standartlar vardır. Her radyasyon türünün kendi düzenleyici belgeleri vardır (hijyenik standartlar, radyasyon güvenliği standartları). Elektromanyetik dalgaların insanlar üzerindeki etkisi tam olarak anlaşılamamıştır, bu nedenle WHO, etkilerinin en aza indirilmesini önermektedir.