Elektromanyetik dalga nasıl ölçülür? Elektromanyetik dalgalar ve bunların radyasyonu

Bir elektrik akımı frekansını veya yönünü her değiştirdiğinde, elektromanyetik dalgalar (uzaydaki elektrik ve manyetik kuvvet alanlarının salınımları) üretir. Bir örnek, uzayda yayılan radyo dalgalarından oluşan halkalar oluşturan bir radyo vericisinin antenindeki değişen akımdır.

Bir elektromanyetik dalganın enerjisi, uzunluğuna, yani iki bitişik "tepe" arasındaki mesafeye bağlıdır. Dalga boyu ne kadar kısa olursa enerjisi de o kadar yüksek olur. Elektromanyetik dalgalar, uzunluklarına göre azalan sırayla radyo dalgaları, kızılötesi radyasyon, görünür ışık, ultraviyole, x-ışınları ve gama radyasyonuna ayrılır. Gama radyasyonunun dalga boyu metrenin yüz milyarda birine bile ulaşmazken, radyo dalgalarının uzunluğu kilometrelerle ölçülebilir.

Elektromanyetik dalgalar uzayda ışık hızında yayılırlar ve elektrik ve manyetik alanlarının kuvvet çizgileri birbirlerine ve dalganın hareket yönüne dik açılarda bulunur.

Elektromanyetik dalgalarİki yönlü bir radyo istasyonunun verici anteninden, göle bir çakıl taşı düştüğünde dalgaların yaptığı gibi, giderek genişleyen daireler halinde yayılır. Antendeki alternatif elektrik akımı, elektrik ve manyetik alanlardan oluşan dalgalar oluşturur.

Elektromanyetik dalga diyagramı

Elektromanyetik dalga düz bir çizgide hareket eder ve elektrik ve manyetik alanları enerji akışına diktir.

Elektromanyetik dalgaların kırılması

Tıpkı ışık gibi, tüm elektromanyetik dalgalar da maddeye direkt olmayan herhangi bir açıyla girdiklerinde kırılırlar.

Elektromanyetik dalgaların yansıması

Elektromanyetik dalgalar metal parabolik bir yüzeye düştüğünde bir noktaya odaklanırlar.

Elektromanyetik dalgaların yükselişi

Verici bir antenden yayılan elektromanyetik dalgaların yanlış modeli, elektrik akımının tek bir salınımından kaynaklanır. Akım antenden yukarı doğru aktığında, elektrik alanı (kırmızı çizgiler) yukarıdan aşağıya doğru yönlendirilir ve manyetik alan (yeşil çizgiler) saat yönünün tersine yönlendirilir. Akımın yönü değişirse aynı şey elektrik ve manyetik alanlarda da olur.

Elektromanyetik alanı tanımlayan, teorik olarak bir boşluktaki elektromanyetik alanın, kaynakların (yüklerin ve akımların) yokluğunda var olabileceğini gösterdi. Kaynakları olmayan bir alan, boşlukta ışık hızına eşit olan sonlu bir hızla yayılan dalgalar biçimindedir: İle= 299792458±1,2 m/sn. Elektromanyetik dalgaların boşluktaki yayılma hızının ışığın önceden ölçülen hızıyla çakışması, Maxwell'in ışığın elektromanyetik dalgalar olduğu sonucuna varmasına olanak sağladı. Benzer bir sonuç daha sonra ışığın elektromanyetik teorisinin temelini oluşturdu.

1888'de elektromanyetik dalgalar teorisi, G. Hertz'in deneylerinde deneysel olarak doğrulandı. Hertz, yüksek voltaj kaynağı ve vibratörler (bkz. Hertz vibratörü) kullanarak, bir elektromanyetik dalganın yayılma hızını ve uzunluğunu belirlemek için incelikli deneyler gerçekleştirebildi. Elektromanyetik dalganın yayılma hızının ışık hızına eşit olduğu deneysel olarak doğrulandı, bu da ışığın elektromanyetik doğasını kanıtladı.

2. Hertz'in elektromanyetik dalgaları tespit etme deneyini açıklayın

3. Hertz deneyinin sonuçlarını Maxwell teorisini kullanarak açıklayın. Elektromanyetik dalga neden eninedir?

Çünkü manyetik alan indüksiyon vektörlerinin yönleri ile elektrik alan kuvveti birbirine ve dalga yönüne diktir.

4. Elektromanyetik dalgaların radyasyonu neden elektrik yüklerinin hızlandırılmış hareketi ile ortaya çıkıyor? Yayılan bir elektromanyetik dalgadaki elektrik alan kuvveti, yayan yüklü parçacığın ivmesine nasıl bağlıdır?

5. Elektromanyetik alanın enerji yoğunluğu elektrik alan kuvvetine nasıl bağlıdır?

Elektromanyetik dalgalar alternatif bir elektromanyetik alanın uzayda yayılma sürecidir. Teorik olarak elektromanyetik dalgaların varlığı 1865 yılında İngiliz bilim adamı Maxwell tarafından tahmin edilmiş ve ilk kez 1888 yılında Alman bilim adamı Hertz tarafından deneysel olarak elde edilmiştir.

Maxwell'in teorisinden, vektörlerin salınımlarını tanımlayan formülleri takip edin. Eksen boyunca yayılan düzlem monokromatik elektromanyetik dalga X, denklemlerle tanımlanır

Burada e Ve H- anlık değerler ve e m ve H m - elektrik ve manyetik alan kuvvetinin genlik değerleri, ω - dairesel frekans, k- dalga sayısı. Aynı frekans ve faza sahip vektörler ve salınımlar karşılıklı olarak diktir ve ayrıca vektöre diktir - dalga yayılma hızı (Şekil 3.7). Yani elektromanyetik dalgalar eninedir.

Boşlukta elektromanyetik dalgalar hızla hareket eder. Dielektrik sabiti olan bir ortamda ε ve manyetik geçirgenlik µ Bir elektromanyetik dalganın yayılma hızı şuna eşittir:

Elektromanyetik salınımların frekansı ve dalga boyu prensipte herhangi bir şey olabilir. Dalgaların frekansa (veya dalga boyuna) göre sınıflandırılmasına elektromanyetik dalga ölçeği denir. Elektromanyetik dalgalar çeşitli türlere ayrılır.

Radyo dalgaları 10 3 ila 10 -4 m arasında bir dalga boyuna sahiptir.

Işık dalgaları katmak:

X-ışını radyasyonu - .

Işık dalgaları, spektrumun kızılötesi, görünür ve morötesi kısımlarını içeren elektromanyetik dalgalardır. Görünür spektrumun ana renklerine karşılık gelen vakumdaki ışığın dalga boyları aşağıdaki tabloda gösterilmektedir. Dalga boyu nanometre cinsinden verilir.

Masa

Işık dalgaları elektromanyetik dalgalarla aynı özelliklere sahiptir.

1. Işık dalgaları eninedir.

2. Vektörler bir ışık dalgasında salınır.

Deneyimler, her türlü etkinin (fizyolojik, fotokimyasal, fotoelektrik vb.) elektrik vektörünün salınımlarından kaynaklandığını göstermektedir. O aradı ışık vektör .

Işık vektörünün genliği e m genellikle harfle gösterilir A denklem (3.30) yerine denklem (3.24) kullanılır.

3. Işığın boşluktaki hızı.

Bir ışık dalgasının ortamdaki hızı formül (3.29) ile belirlenir. Ancak şeffaf ortamlar (cam, su) için bu olağandır.

Işık dalgaları için mutlak kırılma indisi kavramı tanıtıldı.

Mutlak kırılma indisiışığın boşluktaki hızının belirli bir ortamdaki hızına oranıdır

(3.29)'dan şeffaf ortamlar için eşitlik yazabiliriz.

Vakum için ε = 1 ve N= 1. Herhangi bir fiziksel ortam için N> 1. Örneğin su için N= 1,33, cam için. Kırılma indisi daha yüksek olan bir ortama optik olarak daha yoğun denir. Mutlak kırılma indislerinin oranına denir bağıl kırılma indeksi:

4. Işık dalgalarının frekansı çok yüksektir. Örneğin dalga boyuna sahip kırmızı ışık için.

Işık bir ortamdan diğerine geçtiğinde ışığın frekansı değişmez ancak hızı ve dalga boyu değişir.

Vakum için - ; çevre için - , o zaman

.

Dolayısıyla ortamdaki ışığın dalga boyu, vakumdaki ışığın dalga boyunun kırılma indisine oranına eşittir.

5. Çünkü ışık dalgalarının frekansı çok yüksektir o zaman gözlemcinin gözü bireysel titreşimleri ayırt etmez, ancak ortalama enerji akışlarını algılar. Bu yoğunluk kavramını ortaya çıkarır.

Yoğunluk dalga tarafından aktarılan ortalama enerjinin zaman periyoduna ve dalganın yayılma yönüne dik olan saha alanına oranıdır:

Dalga enerjisi genliğin karesiyle orantılı olduğundan (bkz. formül (3.25)), yoğunluk, genliğin karesinin ortalama değeriyle orantılıdır.

Işık yoğunluğunun özelliği, görsel duyumlara neden olma yeteneği dikkate alınarak, ışık akısı - F .

6. Işığın dalga doğası, örneğin girişim ve kırınım gibi olaylarda kendini gösterir.

Elektromanyetik dalgalar uzun yıllar süren tartışmaların ve binlerce deneyin sonucudur. Mevcut toplumu altüst edebilecek doğal kökenli güçlerin varlığının kanıtı. Bu, basit bir gerçeğin gerçek kabulüdür; içinde yaşadığımız dünya hakkında çok az şey biliyoruz.

Fizik, doğa bilimlerinin kraliçesidir ve yalnızca yaşamın değil, dünyanın kendisinin de kökeni hakkındaki sorulara yanıt verme kapasitesine sahiptir. Bilim insanlarına, etkileşimi EMF (elektromanyetik dalgalar) üreten elektrik ve manyetik alanları inceleme yeteneği verir.

Elektromanyetik dalga nedir

Kısa bir süre önce, iki büyük bilim adamı Edison ve Tesla arasındaki anlaşmazlığı kurgu bir dokunuşla anlatan “Akıntılar Savaşı” (2018) filmi ülkemiz ekranlarında gösterime girdi. Biri doğru akımın, diğeri alternatif akımın faydalarını kanıtlamaya çalıştı. Bu uzun savaş ancak yirmi birinci yüzyılın yedinci yılında sona erdi.

"Savaşın" en başında görelilik teorisi üzerinde çalışan başka bir bilim adamı, elektrik ve manyetizmayı benzer olaylar olarak tanımladı.

On dokuzuncu yüzyılın otuzuncu yılında, İngiliz doğumlu fizikçi Faraday, elektromanyetik indüksiyon olgusunu keşfetti ve elektrik ve manyetik alanların birliği terimini tanıttı. Ayrıca bu alandaki hareketin ışık hızıyla sınırlı olduğunu savundu.

Biraz sonra İngiliz bilim adamı Maxwell'in teorisi, elektriğin manyetik bir etkiye neden olduğunu ve manyetizmanın bir elektrik alanının ortaya çıkmasına neden olduğunu söyledi. Bu alanların her ikisi de uzayda ve zamanda hareket ettiğinden, parazitler yani elektromanyetik dalgalar oluştururlar.

Basitçe söylemek gerekirse, bir elektromanyetik dalga, elektromanyetik alanın uzaysal bir bozulmasıdır.

Elektromanyetik dalgaların varlığı Alman bilim adamı Hertz tarafından deneysel olarak kanıtlandı.

Elektromanyetik dalgalar, özellikleri ve özellikleri

Elektromanyetik dalgalar aşağıdaki faktörlerle karakterize edilir:

• uzunluk (oldukça geniş aralık);
• sıklık;
• yoğunluk (veya titreşimin genliği);
• Enerji miktarı.

Tüm elektromanyetik radyasyonun temel özelliği, görünür ışık spektrumu için genellikle nanometre cinsinden belirtilen dalga boyudur (vakumda).

Her nanometre bir mikrometrenin binde birini temsil eder ve ardışık iki tepe (köşe) arasındaki mesafeyle ölçülür.

Bir dalganın karşılık gelen emisyon frekansı sinüzoidal salınımların sayısıdır ve dalga boyuyla ters orantılıdır.

Frekans genellikle Hertz cinsinden ölçülür. Böylece, daha uzun dalgalar daha düşük frekanslı radyasyona, daha kısa dalgalar ise yüksek frekanslı radyasyona karşılık gelir.

Dalgaların temel özellikleri:

• refraksiyon;
• refleks;
• emilim;
• parazit yapmak.

Elektromanyetik dalga hızı

Bir elektromanyetik dalganın gerçek yayılma hızı, ortamın malzemesine, optik yoğunluğuna ve basınç gibi faktörlerin varlığına bağlıdır.

Ek olarak, farklı malzemeler farklı atom "paketleme" yoğunluklarına sahiptir; ne kadar yakın konumlandırılırlarsa mesafe o kadar kısa ve hız o kadar yüksek olur. Sonuç olarak elektromanyetik dalganın hızı içinden geçtiği malzemeye bağlıdır.

Benzer deneyler, ana etki aracının yüklü bir parçacık olduğu hadron çarpıştırıcısında da gerçekleştirilir. Elektromanyetik olayların incelenmesi, ışığın küçük parçacıklara (fotonlar) ayrıştırıldığı kuantum düzeyinde gerçekleşir. Ancak kuantum fiziği ayrı bir konudur.

Görelilik teorisine göre dalganın en yüksek yayılma hızı ışık hızını aşamaz. Maxwell, çalışmalarında hız sınırının sonluluğunu tanımladı ve bunu yeni bir alanın - eterin - varlığıyla açıkladı. Modern resmi bilim henüz böyle bir ilişkiyi incelememiştir.

Elektromanyetik radyasyon ve çeşitleri

Elektromanyetik radyasyon, elektrik ve manyetik alanların salınımları olarak gözlemlenen, ışık hızında (boşlukta saniyede 300 km) yayılan elektromanyetik dalgalardan oluşur.

EM radyasyonu madde ile etkileşime girdiğinde, frekans değiştikçe davranışı niteliksel olarak değişir. Neden şuna dönüşüyor:

1. Radyo emisyonları. Radyo frekanslarında ve mikrodalga frekanslarında, em radyasyonu maddeyle öncelikle çok sayıda etkilenen atom üzerine dağıtılan ortak bir yük kümesi biçiminde etkileşime girer.
2. Kızılötesi radyasyon. Düşük frekanslı radyo ve mikrodalga radyasyonunun aksine, bir kızılötesi yayıcı tipik olarak, titreştikçe atomik düzeyde bir kimyasal bağın uçlarında değişen bireysel moleküllerde bulunan dipollerle etkileşime girer.
3. Görünür ışık emisyonu. Görünür aralıkta frekans arttıkça fotonlar bazı moleküllerin bağlı yapısını değiştirmeye yetecek enerjiye sahip olur.
4. Morötesi radyasyon. Frekans artar. Ultraviyole fotonlar artık moleküllerin bağları üzerinde iki kat etki edecek ve onları kimyasal olarak sürekli yeniden düzenleyecek kadar yeterli enerjiye (üç volttan fazla) sahiptir.
5. İyonlaştırıcı radyasyon. En yüksek frekanslarda ve en kısa dalga boylarında. Bu ışınların madde tarafından emilmesi gama spektrumunun tamamını etkiler. En ünlü etkisi radyasyondur.

Elektromanyetik dalgaların kaynağı nedir

Her şeyin kökenine ilişkin genç teoriye göre dünya, dürtü nedeniyle ortaya çıktı. Büyük patlama adı verilen devasa bir enerji açığa çıkardı. Evrenin tarihindeki ilk em-dalga böyle ortaya çıktı.

Şu anda rahatsızlık oluşumunun kaynakları arasında şunlar bulunmaktadır:

• EMW yapay bir vibratör tarafından yayılır;
• atomik grupların veya molekül parçalarının titreşiminin sonucu;
• maddenin dış kabuğu üzerinde bir etki varsa (atom-moleküler düzeyde);
• ışığa benzer etki;
• nükleer bozunma sırasında;
• Elektron frenlemesinin sonucu.

Elektromanyetik radyasyonun ölçeği ve uygulaması

Radyasyon ölçeği, 3·10 6 ÷10 -2 ile 10 -9 ÷ 10 -14 arasında geniş bir dalga frekansı aralığını ifade eder.

Elektromanyetik spektrumun her bir parçasının günlük hayatımızda geniş bir uygulama alanı vardır:

1. Kısa dalgalar (mikrodalgalar). Bu elektrik dalgaları, dünya atmosferini bypass edebildikleri için uydu sinyali olarak kullanılıyor. Ayrıca mutfakta ısıtma ve yemek pişirmek için biraz geliştirilmiş bir versiyon kullanılıyor - bu bir mikrodalga fırın. Pişirme prensibi basittir - mikrodalga radyasyonunun etkisi altında su molekülleri emilir ve hızlanır, bu da yemeğin ısınmasına neden olur.
2. Radyo teknolojisinde (radyo dalgaları) uzun süreli parazitler kullanılır. Frekansları bulutların ve atmosferin geçişine izin vermiyor, bu sayede FM radyo ve televizyon elimizde mevcut.
3. Kızılötesi bozulma doğrudan ısıyla ilgilidir. Onu görmek neredeyse imkansızdır. TV'nizin, stereo sisteminizin veya araç stereo sisteminizin kontrol panelinden gelen ışını özel ekipman olmadan fark etmeye çalışın. Ülkelerin ordularında bu tür dalgaları okuyabilen cihazlar (gece görüş cihazları) kullanılmaktadır. Ayrıca mutfaklardaki endüktif ocaklarda.
4. Ultraviyole aynı zamanda ısıyla da ilgilidir. Bu radyasyonun en güçlü doğal “jeneratörü” güneştir. İnsan derisinde bronzluğun oluşması ultraviyole radyasyonun etkisinden kaynaklanmaktadır. Tıpta bu tür dalgalar aletleri dezenfekte etmek, mikropları öldürmek ve mikropları öldürmek için kullanılır.
5. Gama ışınları, yüksek frekanslı kısa dalga bozucu etkilerin yoğunlaştığı en güçlü radyasyon türüdür. Elektromanyetik spektrumun bu kısmında bulunan enerji, ışınlara daha fazla nüfuz etme gücü verir. Nükleer fizikte - barışçıl, nükleer silahlar - savaşta kullanım için geçerlidir.

Elektromanyetik dalgaların insan sağlığına etkisi

EMF'nin insanlar üzerindeki etkilerini ölçmek bilim adamlarının sorumluluğundadır. Ancak iyonlaştırıcı radyasyonun yoğunluğunu değerlendirmek için uzman olmanıza gerek yok - bu, onkoloji gibi ciddi hastalıklara yol açan insan DNA'sı düzeyinde değişikliklere neden olur.

Çernobil nükleer santral felaketinin zararlı etkilerinin doğa için en tehlikeli etkilerden biri olarak görülmesi boşuna değil. Bir zamanların güzel topraklarının birkaç kilometre karesi tamamen dışlanma bölgesi haline geldi. Yüzyılın sonuna kadar Çernobil nükleer santralindeki patlama, radyonüklitlerin yarı ömrü bitene kadar tehlike oluşturmaktadır.

Bazı emwave türleri (radyo, kızılötesi, ultraviyole) insanlara ciddi zararlar vermez, yalnızca rahatsızlık verir. Sonuçta, dünyanın manyetik alanını pratikte hissedemiyoruz, ancak bir cep telefonundan gelen emf baş ağrısına (sinir sistemi üzerindeki etki) neden olabilir.

Sağlığınızı elektromanyetizmadan korumak için makul önlemleri almanız yeterlidir. Yüzlerce saati bilgisayar oyunu oynayarak geçirmek yerine yürüyüşe çıkın.