Sähkömagneettiset aallot

  Sähkömagneettisten aaltojen spektri.

Sähkömagneettiset aallot luokitellaan lambdan aallonpituuden tai siihen liittyvän aallon taajuuden f mukaan. Huomaa myös, että nämä parametrit karakterisoivat paitsi aaltoa myös sähkömagneettisen kentän kvanttiominaisuuksia. Vastaavasti ensimmäisessä tapauksessa sähkömagneettinen aalto kuvataan tässä tilavuudessa tutkituilla klassisilla laeilla ja toisessa tämän käsikirjan 5. osassa tutkituilla kvanttilailla.

Mieti sähkömagneettisten aaltojen spektrin käsitettä. Sähkömagneettisten aaltojen spektri   jota kutsutaan luonnossa esiintyvien sähkömagneettisten aaltojen taajuuskaistalle.

Sähkömagneettisen säteilyn spektri kasvavan taajuuden mukaan on:

1) radioaallot;

2) infrapunasäteily;

3) valon säteily;

4) röntgensäteily;

5) gammasäteily.

Sähkömagneettisen spektrin eri osiot eroavat spektrin tiettyyn osaan kuuluvien aaltojen säteily- ja vastaanottomenetelmissä. Tästä syystä sähkömagneettisen spektrin eri osien välillä ei ole teräviä rajoja.

Klassinen sähköodynamiikka tutkii radioaaltoja. Infrapunavaloa ja ultraviolettisäteilyä tutkitaan sekä klassisessa optiikassa että kvanttifysiikassa. Röntgen- ja gammasäteilyä tutkitaan kvantti- ja ydinfysiikassa.

Tarkastele yksityiskohtaisemmin sähkömagneettisten aaltojen spektriä.

Radioaallat.

Radioaallat ovat sähkömagneettisia aaltoja, joiden pituus ylittää 0,1 mm (taajuus alle 3 10 12 Hz \u003d 3000 GHz).

Radioaallot jaetaan:

1. Erittäin pitkät aallot, joiden aallonpituus on yli 10 km (taajuus alle 3 10 4 Hz \u003d 30 kHz);

2. pitkät aallot, pituusalueella 10 km - 1 km (taajuus alueella 3 10 4 Hz - 3 10 5 Hz \u003d 300 kHz);

3. Keskikokoiset aallot pituusalueella 1 km - 100 m (taajuusalueella 3 10 5 Hz -310 6 Hz \u003d 3 MHz);

4. Lyhyet aallot aallonpituusalueella 100–10 m (taajuusalueella 310 6 Hz – 310 7 Hz \u003d 30 MHz);

5. Äärimmäisen lyhyet aallot, joiden aallonpituus on alle 10 m (taajuus yli 310 7 Hz \u003d 30 MHz).

Äärimmäisen lyhyet aallot puolestaan \u200b\u200bjaetaan:

a) mittarin aallot;

b) senttimetriaalto;

c) millimetriaallat;

d) submillimetri tai mikrometri.

Aaltoja, joiden aallonpituus on alle 1 m (taajuus alle 300 MHz), kutsutaan mikroaaltoiksi tai erittäin korkeiden taajuuksien aaltoiksi (mikroaallot).

Koska radioalueella on suuria aallonpituuksia atomien kokoon verrattuna, radioaaltojen etenemistä voidaan harkita ottamatta huomioon väliaineen atomista rakennetta, ts. fenomenologisesti, kuten on tapana rakentaa Maxwellin teoriaa. Radioaaltojen kvanttiominaisuudet ilmenevät vain lyhyimmillä aaltoilla spektrin infrapuna-alueen vieressä ja ns. ultra Lyhyet pulssit, joiden kesto on luokkaa 10-12 sek-10-15 sekuntia, verrattavissa atomien ja molekyylien sisällä olevien elektronien värähtelyaikaan.

Infrapuna- ja valonsäteily.

infrapuna, valomukaan lukien ultravioletti, säteily on sähkömagneettisten aaltojen spektrin optinen alue   sanan laajassa merkityksessä. Näiden aaltojen spektrialueiden läheisyys johti niiden tutkimukseen ja käytännön soveltamiseen käytettyjen menetelmien ja välineiden samankaltaisuuteen. Aikaisemmin näihin tarkoituksiin käytettiin linssejä, diffraktioreilaa, prismoja, kalvoja, optisesti aktiivisia aineita, jotka ovat osa erilaisia \u200b\u200boptisia laitteita (interferometrit, polarisaattorit, modulaattorit jne.).

Toisaalta spektrin optisen alueen säteilyllä on yleisiä lakeja, jotka säätelevät erilaisten väliaineiden kulkua, mikä voidaan saada aikaan geometrisella optiikalla, jota käytetään laajalti sekä optisten laitteiden että optisten signaalien etenemiskanavien laskemiseen ja rakentamiseen.

Optinen spektri vie sähkömagneettisten aallonpituusalueen alueella 210 - 6 m \u003d 2 μm - 10 - 8 m \u003d 10 nm (taajuudella välillä 1,510 14 Hz - 310 16 Hz). Optisen alueen yläraja   määritettynä pitkän aallonpituuden infrapuna-alueella, ja alempi lyhytaalto ultraviolettiraja   (Kuva 2.14).

Kuva 1.14.

Taajuuden kaistanleveys   on noin 18 oktaavia 1 , josta noin yksi oktaavi () kuuluu optiselle alueelle; ultravioletti - 5 oktaavia (), infrapunasäteilylle - 11 oktaavia (

Spektrin optisessa osassa aineen atomistisen rakenteen aiheuttamista ilmiöistä tulee merkittäviä. Tästä syystä kvanttiominaisuudet näkyvät yhdessä optisen säteilyn aalto-ominaisuuksien kanssa.

Röntgen- ja gammasäteily.

Röntgen- ja gammasäteilyn alalla säteilyn kvanttiominaisuudet tulevat etusijalle.

Röntgensäteily   syntyy nopeasti varautuneiden hiukkasten (elektronit, protonit jne.) jarruttamisen yhteydessä, ja se johtuu atomien elektronikuorien sisällä tapahtuvista prosesseista.

Gammasäteily on seurausta atomiytimien sisällä tapahtuvista ilmiöistä, samoin kuin ydinreaktioiden tulos. Röntgen- ja gammasäteilyn välinen raja määritetään ehdollisesti energian kvantin suuruudella 2 joka vastaa annettua säteilytaajuutta.

Röntgensäteet ovat sähkömagneettisia aaltoja, joiden pituus on 50 - 10 - 3 nm, mikä vastaa kvanttien energiaa välillä 20 eV - 1 MeV.

Gammasäteily koostuu sähkömagneettisista aalloista, joiden aallonpituus on alle 10 -2 nm, mikä vastaa kvanttienergiaa yli 0,1 MeV.

Valon sähkömagneettinen luonne.

Valo   edustaa näkyvää osaa sähkömagneettisten aaltojen spektristä, joiden aallonpituudet ovat välillä 0,4 - 0,76 um. Jokaiseen optisen säteilyn spektrikomponenttiin voidaan liittää tietty väri. Värjätään optisen säteilyn spektrikomponentit   määritetään niiden aallonpituudella. Säteilyn väri muuttuu, kun sen aallonpituus pienenee seuraavasti: punainen, oranssi, keltainen, vihreä, sininen, sininen, violetti.

Pisin aallonpituutta vastaava punainen valo määrittelee spektrin punaisen reunan. Violetti valo - vastaa violetti reunaa.

Luonnollinen valo   ei värjätty ja edustaa koko näkyvän spektrin sähkömagneettisten aaltojen superpositiota. Luonnollinen valo näkyy virittyneiden atomien aiheuttamien sähkömagneettisten aaltojen säteilyn seurauksena. Virityksen luonne voi olla erilainen: lämpö, \u200b\u200bkemiallinen, sähkömagneettinen jne. Virityksen seurauksena atomit lähettävät sähkömagneettisia aaltoja kaoottisella tavalla noin 10 - 8 sekunnin ajan. Koska atomien virityksen energiaspektri on riittävän leveä, koko näkyvästä spektristä lähetetään sähkömagneettisia aaltoja, joiden alkuvaihe, jonka suunta ja polarisaatio on satunnainen. Tästä syystä luonnollinen valo ei ole polarisoitunut. Tämä tarkoittaa, että luonnollisen valon sähkömagneettisten aaltojen spektrikomponenttien "tiheys", joilla on keskenään kohtisuora polarisaatio, on sama.

Valoalueen harmonisia sähkömagneettisia aaltoja kutsutaan yksivärisen. Kevyen yksivärisen aallon yksi pääominaisuuksista on voimakkuus. Valon aallon voimakkuus   edustaa energiavuon tiheyden keskiarvoa (1.25)   aallon kantama:

missä on Poynting-vektori.

Laske valon, tason, yksivärisen aallon voimakkuus sähkökentän amplitudilla homogeenisessa väliaineessa dielektrisellä ja magneettisella läpäisevyydellä kaavan mukaan (1.35) ottaen huomioon (1.30)   ja (1.32)   Siinä säädetään:

missä on väliaineen taitekerroin; - tyhjiön aallonkestävyys.

Perinteisesti optisia ilmiöitä pidetään säteiden avulla. Säteitä käyttävien optisten ilmiöiden kuvausta kutsutaan geometric- optiikka. Geometrisessa optiikassa kehitettyjä sääntöjä säteilyreittien löytämiseksi käytetään laajasti käytännössä optisten ilmiöiden analysointiin ja erilaisten optisten laitteiden rakentamiseen.

Määritetään säde valon aaltojen sähkömagneettisen esityksen perusteella. Ensinnäkin säteet ovat linjoja, joita pitkin sähkömagneettiset aallot leviävät. Tästä syystä palkki   on viiva jokaisessa pisteessä, jonka keskimääräinen sähkömagneettisen aallon Poynting-vektori on suunnattu tangentiaalisesti tähän viivaan.

Homogeenisissä isotrooppisissa väliaineissa keskimääräisen Poynting-vektorin suunta osuu normaalin kanssa aallonpintaan (tasafaasipinta), ts. pitkin aaltovektoria.

Siten homogeenisissä isotrooppisissa väliaineissa säteet ovat kohtisuorassa vastaavaan sähkömagneettisen aallon aallon kanssa.

Tarkastellaan esimerkiksi pisteen yksivärisen valonlähteen lähettämiä säteitä. Geometrisen optiikan kannalta lähdepisteestä säteily säteilysuunnassa lähtee monia säteitä. Valon sähkömagneettisen olemuksen paikasta lähteen kohdalta etenee pallomainen sähkömagneettinen aalto. Riittävän suurella etäisyydellä lähteestä aallonrintaman kaarevuus voidaan jättää huomioimatta, kun paikallisesti pallomainen aalto pidetään tasona. Jakamalla aaltorintaman pinta suureen määrään paikallisesti tasaisia \u200b\u200bosia, on mahdollista vetää normaali kunkin osan keskuksen läpi, jota pitkin tasoaalto etenee, ts. säteen geometrisessa optisessa tulkinnassa. Siksi molemmat lähestymistavat antavat saman kuvan tarkasteltavasta esimerkistä.

Geometrisen optiikan päätehtävänä on löytää palkin suunta (suunta). Suuntaviivayhtälö löytyy ratkaistuaan variaatioongelma löytää ns toimenpiteet halutuille raiteille. Tutkimatta yksityiskohtia tämän ongelman tiukasta muotoilusta ja ratkaisusta, voidaan olettaa, että säteet ovat suuntaratoja, joiden optinen kokonaispituus on pienin. Tämä lausunto on seurausta Fermat-periaatteesta.

Variantiaalista lähestymistapaa säteilyn määrittämiseksi voidaan soveltaa epähomogeenisiin väliaineisiin, ts. sellaiset välineet, joissa taitekerroin on väliaineen pisteiden koordinaattien funktio. Jos funktio kuvaa aallon etuosan pinnan muotoa epähomogeenisessa väliaineessa, niin se voidaan löytää ratkaisemalla osa-differentiaaliyhtälö, joka tunnetaan nimellä eikonal-yhtälö, ja analyyttisessä mekaniikassa yhtälönä Hamilton - Jacobi:

Siten sähkömagneettisen teorian geo-optisen lähentämisen matemaattinen perusta koostuu erilaisista menetelmistä säteiden sähkömagneettisten aaltojen kenttien määrittämiseksi eikonal-yhtälön perusteella tai jollain muulla tavalla. Geometrista-optista lähentämistä käytetään laajasti radioelektroniikan käytännössä ns kvasioptiset järjestelmät.

Yhteenvetona voidaan todeta, että kyky kuvata valoa samanaikaisesti aaltojen sijainneista ratkaisemalla Maxwellin yhtälöt ja käyttämällä säteitä, joiden suunta määritetään hiukkasten liikettä kuvaavilla Hamilton-Jacobi-yhtälöillä, on yksi valon dualismin ilmenemismuodoista, mikä, kuten tiedetään, johti pääpään muotoiluun. kvanttimekaniikan periaatteet.

Sähkömagneettinen aaltoasteikko

nimi

pituus,m

taajuus,Hz

Erittäin pitkä

3*10 2 - 3*10 4

Pitkä (radioaallot)

3*10 4 - 3*10 5

Keskikokoinen (radioaallot)

3*10 5 - 3*10 6

Lyhyt (radioaallot)

3*10 6 - 3*10 7

ultrashort

3*10 7 - 3*10 9

Televisio (UHF)

3*10 9 - 3*10 10

Tutka (UHF)

3*10 10 - 3*10 11

Infrapunasäteily

3*10 11 - 3*10 14

Näkyvä valo

3*10 14 - 3*10 15

Ultraviolettivalo

3*10 15 - 3*10 17

Röntgen (pehmeä)

3*10 17 - 3*10 20

Gammasäteily (kova)

3*10 20 - 3*10 22

Kosmiset säteet

Lähes kaikki, mitä tiedämme avaruudesta (ja mikromaailmasta), on meille tiedossa sähkömagneettisen säteilyn, ts. Sähkö- ja magneettikentän värähtelyjen avulla, jotka leviävät tyhjössä valon nopeudella. Oikeastaan \u200b\u200bvalo - tämä on erityinen tyyppi sähkömagneettisia aaltoja, ihmisen silmän havaitsema.

Tarkka kuvaus sähkömagneettisista aalloista ja niiden etenemisestä annetaan Maxwellin yhtälöillä. Laadullisesti tämä prosessi voidaan kuitenkin selittää ilman matematiikkaa. Ota lepoelektroni, melkein pisteen negatiivinen sähkövaraus. Hän luo itsensä ympärille sähköstaattisen kentän, joka vaikuttaa muihin varauksiin. Negatiivisiin voimiin vaikuttaa syrjäyttävä voima ja positiivisiin voimiin houkutteleva voima, ja kaikki nämä voimat on suunnattu tiukasti elektronista tulevien säteiden suuntaan. Etäisyyden myötä elektronin vaikutus muihin varauksiin heikkenee, mutta ei koskaan pudota nollaan. Toisin sanoen, koko itsensä ympäröivässä äärettömässä tilassa elektroni luo radiaalisen voimakentän (tämä pätee vain elektronille, joka lepää aina yhdessä pisteessä).

Oletetaan, että tietty voima (emme määrittele sen luonnetta) häiriintyi yllättäen loput elektronista ja sai sen liikkumaan hieman sivulle. Nyt voimalinjojen tulisi poiketa uudesta keskustasta, missä elektroni on liikkunut. Latausta ympäröivää sähkökenttää ei voida kuitenkaan rakentaa välittömästi uudelleen. Tarpeeksi suurella etäisyydellä voimalinjat osoittavat pitkän ajan varauksen alkuperäisen sijainnin. Näin on, kunnes valon nopeudella etenevän sähkökentän rakenneuudistuksen aalto lähestyy. Tämä on sähkömagneettinen aalto, ja sen nopeus on avaruuden perusominaisuus universumissamme. Tietysti tämä kuvaus on erittäin yksinkertaistettu ja jotain siinä on jopa yksinkertaisesti väärin, mutta se antaa ensimmäisen kuvan elektromagneettisten aaltojen etenemisestä.

Seuraava on väärä tässä kuvauksessa. Kuvattu prosessi ei oikeastaan \u200b\u200bole aalto, toisin sanoen etenevä jaksollinen oskillaatioprosessi. Meillä on jakelu, mutta ei epäröintiä. Mutta tämä virhe on erittäin helppo korjata. Pakota sama voima, joka toi elektronin alkuperäisestä asennostaan, palauta se välittömästi paikalleen. Sitten säteittäisen sähkökentän ensimmäistä uudelleenjärjestelyä seuraa välittömästi toinen, alkuperäisen tilan palauttaminen. Anna nyt elektronien toistuvasti toistaa tämän liikkeen, ja sitten oikeat aallot juoksevat sähkökentän säteittäisillä voimalinjoilla kaikkiin suuntiin. Tämä kuva on jo paljon parempi kuin ensimmäinen. Se ei kuitenkaan myöskään ole aivan totta - aallot saadaan puhtaasti sähköisiltä eikä sähkömagneettisilta.

Tässä on aika palauttaa mieleen sähkömagneettisen induktion laki: muuttuva sähkökenttä tuottaa magneettisen ja muuttuva magneettikenttä tuottaa sähköisen. Nämä kaksi kenttää on kuin linkitetty toisiinsa. Heti kun luomme aallonmuotoisen muutoksen sähkökenttään, siihen lisätään välittömästi magneettinen aalto. Tätä aaltoparia on mahdoton erottaa - tämä on yksi sähkömagneettinen ilmiö.

Voit tarkentaa kuvausta edelleen ja päästä eroon epätarkkuuksista ja likimääräisistä likiarvoista. Jos saat tämän asian loppuun, saamme jo mainitut Maxwellin yhtälöt. Mutta lopetamme puolivälissä, koska toistaiseksi vain laadullinen ymmärrys asiasta on meille tärkeä ja kaikki pääkohdat ovat jo selkeät mallistamme. Tärkein on sähkömagneettisen aallon etenemisen riippumattomuus lähteestä.

Itse asiassa sähkö- ja magneettikentän aallot, vaikka ne syntyivät varauksen värähtelyjen takia, etenevät kaukana siitä täysin itsenäisesti. Riippumatta siitä, mitä lähteen varaukselle tapahtuu, siitä tuleva signaali ei tartu lähtevään sähkömagneettiseen aaltoon - koska se ei leviä nopeammin kuin valo. Tämän ansiosta voimme pitää sähkömagneettisia aaltoja itsenäisinä fysikaalisina ilmiöinä yhdessä niitä tuottavien varausten kanssa.

Spektri- ja muut optiset analyysimenetelmät perustuvat aineen ja sähkömagneettisen säteilyn vuorovaikutuksesta johtuvien erilaisten ilmiöiden ja vaikutusten käyttöön. Kuten edellisessä osassa selitettiin, valolla on kaksoisluonne ja sillä on sekä aalto- että hiukkasominaisuudet (erilliset). Sähkömagneettinen aalto koostuu kahdesta komponentista - sähköisestä (sähkökentän voimakkuuden vektori) ja magneettisesta (magneettisen induktion vektori), jotka on suunnattu kohtisuorassa toisiinsa nähden ja aallon liikesuuntaan nähden. Toisin kuin muut aaltoprosessit, esimerkiksi ääniaallot, sähköä johtavan väliaineen ei tarvita sähkömagneettisen säteilyn etenemiseen. Koska sähkömagneettisen säteilyn hiukkas-aalto on luonteeltaan kahta tyyppistä ominaisuutta, kvantti ja aalto, voidaan sitä kuvata vastaavasti. Aallon ominaispiirteitä ovat värähtelytaajuus, aallonpituus ja aaltojen lukumäärä ja kvantti - kvanttienergia.

aallonpituus, λ edustaa etäisyyttä, jonka aalto kulkee värähtelyjen yhden jakson aikana (kahden peräkkäisen maksimin välinen etäisyys). Aallonpituus mitataan metreinä (m), mutta joissain tapauksissa käytännössä on edullista käyttää useita mittayksiköitä - nanometriä (nm) tai mikrometriä (μm), samoin kuin ylimääräisiä yksiköitä, kuten angströmiä (Å).

taajuus, ν   - tämä on värähtelyjen lukumäärä sekunnissa ja se mitataan hertseinä (1 Hz \u003d 1 s -1) tai monina yksiköinä, esimerkiksi 1 MHz \u003d 10 6 Hz. Aallonpituus ja värähtelytaajuus ovat suhteessa muodon yhtälöllä:

missä c on aallon etenemisnopeus tietyssä väliaineessa. Sähkömagneettisen aallon suhteen muoto:

missä c 0 on valon etenemisnopeus tyhjiössä (2,99792,10 8 m / s), n on väliaineen taitekerroin. Värähtelytaajuus on yleensä tavanomainen ominaisuus kuin aallonpituus, koska se riippuu vain säteilylähteen ominaisuuksista eikä väliaineen ominaisuuksista. Aallonpituus riippuu väliaineen luonteesta, lämpötilasta ja paineesta.

Aallon numeroedustaa aaltojen lukumäärää 1 cm kohti tyhjiössä ja sillä on ulottuvuus (cm -1), määritetään muodon lausekkeella:

Sähkömagneettista säteilyä voidaan pitää myös hiukkasvirrana - fotoneina. Sähkömagneettisen säteilyn aalto- ja hiukkasluonteen välinen suhde määritetään Planck-yhtälön perusteella:

joka ei ole ristiriidassa tunnetun kaavan kanssa:

kun otat sen huomioon:

sitten vastaavasti:

Energian saamiseksi yhtä moolia ainetta kohti on välttämätöntä kertoa tämä arvo Avogadro-luvulla, ts. meillä on vastaavasti:



energian yksikkö on joule (J). Spektroskopia käyttää usein myös järjestelmän ulkopuolista mittayksikköä - elektronivoltta (eV):

planckin kaavasta:

tai vastaava muoto:

samoin kuin muodon suhteet:

tästä seuraa, että:

tai edellyttäen, että havaitaan kvanttimuutokset alemmasta energiatasosta korkeampaan tai päinvastoin - kvanttimuutokset korkeammalta energiatasolta alemmalle energiatasolle, meillä on vastaavasti:

tässä tapauksessa, jos, niin tapahtuu energian absorptio ja elektronin siirtyminen matalammasta energiatasosta korkeampaan energiatasoon. Jos kuitenkin tapahtuu käänteinen prosessi - elektronin siirtyminen korkeammalta energiatasolta alemmalle energiatasolle ja seurauksena ylimääräisen energian päästö energiakvanttien muodossa. Edellä saaduista suhteista käy ilmi, että mitä pidempi sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus (mitä matalampi värähtelytaajuus), sitä alhaisempi on sen energia ja päinvastoin - mitä pienempi sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus (mitä suurempi värähtelytaajuus), sitä suurempi sen energia on. Kaikkien sähkömagneettisen säteilyn energioiden (aallonpituudet, taajuudet) joukkoa kutsutaan sen sähkömagneettiseksi spektriksi. Spektroskooppisissa määritysmenetelmissä spektri (absorptiospektri, emissiospektri) viittaa kvantienergian ja tietyn energian hallussa olevien kvanttien lukumäärän väliseen suhteeseen. Yllä oleva taulukko kuvaa hyvin sähkömagneettisen spektrin rakennetta. Kuten on selvää, spektroskooppisille analyysimenetelmille sopiva alue, joka perustuu ideoihin absorptio- tai emissiospektristä, on melko kapealla alueella sähkömagneettisesta spektristä. Tällaista aluetta kutsutaan myös sähkömagneettisen säteilyn optiseksi alueeksi. Muita sähkömagneettisen spektrin alueita käytetään tarkempissa analyysimenetelmissä, kuten esimerkiksi neutroniaktivaatioanalyysissä, röntgendiffraktioanalyysissä, mikroaaltospektroskopiassa, ydin- ja elektroniparamagneettisen resonanssin spektroskopiassa (NMR ja EPR -spektroskopia).

Taulukon numero 1.   Sähkömagneettisen spektrin alueet

Radioaallot, kuten valo, ovat sähkömagneettisia aaltoja, jotka leviävät avaruudessa nopeudella 300 000 km / sNe siirtävät energiaa avaruuden kautta, jonka sähkömagneettiset värähtelyt aiheuttavat. Mutta ne syntyvät, kun sähkökenttä muuttuu, esimerkiksi kun vaihtovirta kulkee johtimen läpi tai kun kipinät liukuvat avaruuden läpi, toisin sanoen sarja virtapulsseja, jotka seuraavat nopeasti toisiaan.

Sähkömagneettinen kenttä esiintyy sähköisten värähtelyjen aikana ja piirissä, ts. Suljetussa piirissä, joka sisältää kondensaattorin ja induktorin. Jokaisen piirin sähkövirran suunnan muutoksen myötä sen ympärille syntyy muuttuva magneettikenttä, joka Macwell-teorian mukaan synnyttää välttämättä sähkökentän. Suljetut kenttävoimat näyttävät hajoavan kondensaattorilevyiltä ja lähetetään matkustamaan avaruuteen.

Sähkömagneettiselle säteilylle on ominaista sen siirtämän energian taajuus, aallonpituus ja teho. Sähkömagneettisten aaltojen taajuus näyttää kuinka monta kertaa sekunnissa sähkövirran suunta muuttuu emitterissä, ja siksi kuinka monta kertaa sekunnissa sähkö- ja magneettikentän voimakkuus muuttuu jokaisessa avaruuspisteessä. Taajuus hertseinä mitataan. Yksi hertsi ( hz) - tämä on yksi värähtely sekunnissa; megahertsi ( MHz) - miljoona kertaa sekunnissa. Tietäen, että sähkömagneettisten aaltojen nopeus on yhtä suuri kuin valon nopeus, voit määrittää etäisyyden niiden pisteiden välillä avaruudessa, joissa sähkö (tai magneettikenttä) on samassa vaiheessa. Tätä etäisyyttä kutsutaan aallonpituudeksi. Taajuus yhdessä MHzvastaa aallonpituutta 300 m.Valon aallot vastaavat aallonpituuksia 0,4 - 0,8 n.

Sähkömagneettiset aallot kulkevat vapaasti ilman ja ulkoavaruuden kautta. Mutta jos he kohtaavat metallilangan - antennin - tai minkä tahansa johtavan kappaleen, ne antavat sille energiansa aiheuttaen samalla johtimella saman taajuuden vaihtovirran. Osa sähkömagneettisista aalloista heijastuu kuitenkin johtimien pinnalta. Tämä on perusta heidän käytölle radiopaikoissa.

Sähkömagneettisten aaltojen, kuten minkä tahansa aaltojen, merkittävä ominaisuus on niiden kyky kulkea kappaleidensa ympäri polullaan. Mutta tämä on mahdollista vain, kun ruumiin mitat ovat pienemmät kuin aallonpituus tai ovat verrattavissa siihen. Jos vartalo on aallonpituutta pidempi, se voi heijastaa sitä. Esimerkiksi lentokoneen havaitsemiseksi tutkan aallonpituuden on oltava alle 10 m.

Sähkömagneettisten aaltojen tuottama energia riippuu generaattorin (säteilijän) tehosta ja etäisyydestä siihen. Yksikköalueen läpi kulkeva energiavirta on suoraan verrannollinen uudelleensensorin tehoon ja kääntäen verrannollinen siihen nähden olevan etäisyyden neliöön. Esimerkiksi, osoitamme, että auringon sähkömagneettisen säteilyn energiavirta maan pinnalla on 1 kW / m 2 , ja lähetettyjen radioasemien energiavirrat ovat vain tuhansia ja miljoonia watteja per 1 m 2 .

Radioaallot, ts. Radiotekniikassa nyt käytettävät sähkömagneettiset aallot, vievät alueen tai, kuten tutkijat ja insinöörit sanovat, vähintään 10 tuhannen pituisilla sähkömagneettisilla aaltoilla. m(30 kC) enintään 1 mm(300 tuhatta MHz).

Tämä on vain osa laajasta sähkömagneettisten aaltojen spektristä (katso väri. Tab. S. 193). Valo- ja radioaallot, lämpö- ja röntgensäteet, ultravioletti- ja valtavat gammasäteet - niillä kaikilla on sama luonne. Nämä ovat sähkömagneettisia värähtelyjä, jotka eroavat toisistaan \u200b\u200bvain aallonpituudella.

Radioaaltoja (pienenevällä aallonpituudella) seuraavat termiset tai infrapunasäteet. Niiden jälkeen on kapea osa näkyvän valon aaltoja, ja sen takana on ultraviolettisäteiden spektri, johon silmämme ei enää reagoi. Ne voidaan havaita valokuvalevyllä. Ultravioletti seuraa röntgenkuvat. Niillä on ominaisuus tunkeutua sellaisten kappaleiden ja esineiden läpi, jotka ovat täysin läpäisemättömiä näkyvän valonsäteen suhteen. Ne kulkevat ihmiskehon kudosten, puun ja jopa metallien läpi. Kauempana on gammasädealue; ne vapautuvat radioaktiivisten aineiden atomien ytimen rapistuessa.

Taajuusalueiden väliset rajat on ehdollisesti hahmoteltu. Nämä alueet seuraavat jatkuvasti, mutta kulkevat yksi toisensa jälkeen toisiinsa, ja joissain tapauksissa jopa päällekkäin.

Yleisesti on hyväksytty jakaa yleisradioinnissa käytetty radioaaltojen spektri neljään alueeseen:

Aallot-taajuuden aallonpituus

Pitkä - 0,1 - 0,4 MHz välillä 3000 - 700 m

Keskipitkä - välillä 0,5 - 1,5 MHz, välillä 600 - 200 m

Lyhyt - 3 - 25 MHz välillä 100 - 11 m

Erittäin lyhyt - 100 MHz: iin saakka 10 - 1 m

Mittariaaltojen lisäksi ultra-lyhyiden aaltojen (VHF) alue sisältää myös desimetrin, senttimetrien ja millimetrien aallot. Käytettyjen alueiden lähettämiseen:

Pitkät aallot - 2000 - 750 m

Keskimääräiset aallot - 600 - 180 m

Lyhyet aallot - 80-10 m

Erittäin lyhyet aallot - 10-5 m

Nämä ovat ns. Lähetyskaistat. Muut radiospektrin osat on tarkoitettu radiopuhelinviestintään, lentokoneiden radioviestintään, majakka-, meri- ja muihin erityisradiopalveluihin.

Aallolla 600 mkuuluisa SOS-signaali lähetetään - hätäsignaali. Vain hätälähettimet toimivat tällä aallolla.

Lyhyet aallot toimivat etäviestinnässä. Mittarilla aallot ovat televisio-ohjelmia. Desimetrin ja senttimetrien aallot käyttävät tutkaa, radionavigointia, radiogeodesiaa. Millimetriaaltoja on viime aikoina käytetty yhä enemmän radiolokointiin. Niitä käytetään myös erityisissä fyysisissä opinnoissa.

  • RADIO

  • Sähkömagneettiset aallot