J. Maxwell v roce 1864 vytvořil teorii elektro magnetické pole, podle kterého existují elektrická a magnetická pole jako propojené složky jediného celku - elektromagnetické pole. V prostoru, kde existuje střídavé magnetické pole, je buzeno střídavé elektrické pole a naopak.
Elektromagnetické pole- jeden z druhů látek, vyznačující se přítomností elektrických a magnetických polí spojených kontinuální vzájemnou přeměnou.
Elektromagnetické pole se šíří prostorem ve formě elektromagnetických vln. Kolísání vektoru napětí E a vektor magnetické indukce B se vyskytují ve vzájemně kolmých rovinách a kolmých na směr šíření vlny (vektor rychlosti).
Tyto vlny jsou emitovány kmitajícími nabitými částicemi, které se zároveň pohybují ve vodiči se zrychlením. Když se náboj pohybuje ve vodiči, vytváří se střídavé elektrické pole, které generuje střídavé magnetické pole, a to zase způsobuje vzhled střídavého elektrického pole ve větší vzdálenosti od náboje atd.
Elektromagnetické pole, které se šíří prostorem v čase, se nazývá elektromagnetická vlna.
Elektromagnetické vlny se mohou šířit ve vakuu nebo v jakékoli jiné látce. Elektromagnetické vlny ve vakuu se šíří rychlostí světla c=3-108 m/s. Ve hmotě je rychlost elektromagnetické vlny menší než ve vakuu. Elektromagnetická vlna přenáší energii.
Elektromagnetická vlna má tyto základní vlastnosti: se šíří přímočaře, je schopen lomu, odrazu a jsou mu vlastní jevy difrakce, interference a polarizace. Všechny tyto vlastnosti mají světelné vlny, zaujímající odpovídající rozsah vlnových délek na stupnici elektromagnetického záření.
Víme, že délka elektromagnetických vln může být velmi různá. Při pohledu na stupnici elektromagnetických vln udávající vlnové délky a frekvence různých záření rozlišujeme 7 rozsahů: nízkofrekvenční záření, rádiové záření, infračervené paprsky, viditelné světlo, ultrafialové paprsky, rentgenové záření a gama záření.
- Nízkofrekvenční vlny . Zdroje záření: vysokofrekvenční proudy, generátor střídavého proudu, elektrické stroje. Používají se pro tavení a kalení kovů, výrobu permanentních magnetů a v elektrotechnickém průmyslu.
- Rádiové vlny vyskytují se v anténách rozhlasových a televizních stanic, mobilních telefonech, radarech atd. Používají se v radiokomunikacích, televizi a radaru.
- Infračervené vlny Všechna zahřátá tělesa sálají. Použití: tavení, řezání, svařování žáruvzdorných kovů pomocí laserů, fotografování v mlze a tmě, sušení dřeva, ovoce a lesních plodů, přístroje pro noční vidění.
- Viditelné záření. Zdroje - Slunce, elektrická a zářivka, elektrický oblouk, laser. Použitelné: osvětlení, fotografický efekt, holografie.
- Ultrafialová radiace . Zdroje: Slunce, vesmír, plynová výbojka (křemenná) výbojka, laser. Je schopen zabíjet patogenní bakterie. Používá se k otužování živých organismů.
- Rentgenové záření .
Elektromagnetické vlny je proces šíření střídavého elektromagnetického pole v prostoru. Teoreticky existenci elektromagnetických vln předpověděl anglický vědec Maxwell v roce 1865 a poprvé je experimentálně získal německý vědec Hertz v roce 1888.
Z Maxwellovy teorie vycházejí vzorce, které popisují oscilace vektorů a. Rovinná monochromatická elektromagnetická vlna šířící se podél osy X, je popsána rovnicemi
Tady E A H- okamžité hodnoty a E m a H m - hodnoty amplitudy intenzity elektrického a magnetického pole, ω - kruhová frekvence, k- vlnové číslo. Vektory a kmitají se stejnou frekvencí a fází, jsou vzájemně kolmé a navíc kolmé na vektor - rychlost šíření vlny (obr. 3.7). To znamená, že elektromagnetické vlny jsou příčné.
Ve vakuu se elektromagnetické vlny šíří rychlostí. V médiu s dielektrickou konstantou ε a magnetickou permeabilitu µ rychlost šíření elektromagnetické vlny je rovna:
Frekvence elektromagnetických kmitů, stejně jako vlnová délka, může být v zásadě jakákoli. Klasifikace vln podle frekvence (nebo vlnové délky) se nazývá stupnice elektromagnetických vln. Elektromagnetické vlny se dělí na několik typů.
Rádiové vlny mají vlnovou délku od 103 do 10-4 m.
Světelné vlny zahrnout:
Rentgenové záření - .
Světelné vlny jsou elektromagnetické vlny, které zahrnují infračervenou, viditelnou a ultrafialovou část spektra. Vlnové délky světla ve vakuu odpovídající primárním barvám viditelného spektra jsou uvedeny v tabulce níže. Vlnová délka se udává v nanometrech.
Stůl
Světelné vlny mají stejné vlastnosti jako elektromagnetické vlny.
1. Světelné vlny jsou příčné.
2. Vektory a kmitají ve světelné vlně.
Zkušenosti ukazují, že všechny druhy vlivů (fyziologické, fotochemické, fotoelektrické atd.) jsou způsobeny oscilacemi elektrického vektoru. Je nazýván světelný vektor .
Vektorová amplituda světla E m se často označuje písmenem A a místo rovnice (3.30) je použita rovnice (3.24).
3. Rychlost světla ve vakuu.
Rychlost světelné vlny v prostředí je určena vzorcem (3.29). Ale u průhledných médií (sklo, voda) je to obvyklé.
Pro světelné vlny se zavádí pojem absolutního indexu lomu.
Absolutní index lomu je poměr rychlosti světla ve vakuu k rychlosti světla v daném prostředí
Od (3.29) s přihlédnutím k tomu, že pro transparentní média můžeme napsat rovnost.
Pro vakuum ε = 1 a n= 1. Pro jakékoli fyzické prostředí n> 1. Například pro vodu n= 1,33, pro sklo. Prostředí s vyšším indexem lomu se nazývá opticky hustší. přístup absolutní ukazatele refrakce se nazývá relativní index lomu:
4. Frekvence světelných vln je velmi vysoká. Například pro červené světlo s vlnovou délkou.
Když světlo prochází z jednoho média do druhého, nemění se frekvence světla, ale mění se rychlost a vlnová délka.
Pro vakuum - ; pro životní prostředí - , tedy
.
Vlnová délka světla v prostředí je tedy rovna poměru vlnové délky světla ve vakuu k indexu lomu
5. Protože frekvence světelných vln je velmi vysoká , pak oko pozorovatele nerozlišuje jednotlivé vibrace, ale vnímá průměrné energetické toky. Tím se zavádí pojem intenzity.
Intenzita je poměr průměrné energie přenesené vlnou k časovému období a k ploše místa kolmé ke směru šíření vlny:
Protože energie vlny je úměrná druhé mocnině amplitudy (viz vzorec (3.25)), intenzita je úměrná průměrné hodnotě druhé mocniny amplitudy.
Charakteristikou intenzity světla s přihlédnutím k jeho schopnosti vyvolávat zrakové vjemy je světelný tok - F .
6. Vlnová povaha světla se projevuje např. jevy jako interference a difrakce.
Technologický pokrok má opačná strana. Globální používání různých elektricky poháněných zařízení způsobilo znečištění, kterému se dává název elektromagnetický šum. V tomto článku se podíváme na podstatu tohoto jevu, míru jeho dopadu na lidský organismus a ochranná opatření.
Co to je a zdroje záření
Elektromagnetické záření je elektromagnetické vlnění, které vzniká při narušení magnetického nebo elektrického pole. Moderní fyzika interpretuje tento proces v rámci teorie vlnově-částicové duality. To znamená, že minimální část elektromagnetického záření je kvantová, ale zároveň má vlastnosti frekvenčních vln, které určují jeho hlavní charakteristiky.
Spektrum frekvencí vyzařování elektromagnetického pole nám umožňuje rozdělit jej do následujících typů:
- rádiové frekvence (patří sem rádiové vlny);
- termální (infračervené);
- optické (tj. viditelné okem);
- záření v ultrafialovém spektru a tvrdé (ionizované).
Detailní znázornění spektrálního rozsahu (škála elektromagnetického záření) je vidět na obrázku níže.
Povaha zdrojů záření
Podle původu se zdroje záření elektromagnetických vln ve světové praxi obvykle dělí na dva typy, a to:
- poruchy elektromagnetického pole umělého původu;
- záření pocházející z přírodních zdrojů.
Záření vycházející z magnetického pole kolem Země, elektrické procesy v atmosféře naší planety, jaderná fúze v hlubinách slunce – to vše je přírodního původu.
Pokud jde o umělé zdroje, jsou vedlejším efektem způsobeným provozem různých elektrických mechanismů a zařízení.
Záření, které z nich vychází, může být nízkoúrovňové a vysokoúrovňové. Stupeň intenzity vyzařování elektromagnetického pole zcela závisí na výkonových úrovních zdrojů.
Příklady zdrojů s vysokou úrovní EMR zahrnují:
- Elektrické vedení je obvykle vysokonapěťové;
- všechny druhy elektrické dopravy, jakož i doprovodná infrastruktura;
- televizní a rozhlasové věže, stejně jako mobilní a mobilní komunikační stanice;
- zařízení pro přeměnu napětí elektrické sítě (zejména vln vycházejících z transformátoru nebo rozvodny);
- výtahy a další typy zdvihacích zařízení, které využívají elektromechanickou elektrárnu.
Mezi typické zdroje vyzařující nízkoúrovňové záření patří následující elektrická zařízení:
- téměř všechna zařízení s CRT displejem (například: platební terminál nebo počítač);
- Různé typy domácí přístroje, počínaje žehličkami a konče klimatickými systémy;
- inženýrské systémy, které zajišťují dodávku elektřiny do různých objektů (sem patří nejen napájecí kabely, ale související zařízení, jako jsou zásuvky a elektroměry).
Samostatně stojí za to zdůraznit speciální vybavení používané v medicíně, které vyzařuje tvrdé záření (rentgenové přístroje, MRI atd.).
Dopad na člověka
V průběhu četných studií dospěli radiobiologové ke zklamání - dlouhodobé záření elektromagnetických vln může způsobit „exploze“ nemocí, to znamená, že způsobuje rychlý rozvoj patologických procesů v lidském těle. Navíc mnoho z nich způsobuje poruchy na genetické úrovni.
Video: Jak elektromagnetické záření ovlivňuje lidi.
https://www.youtube.com/watch?v=FYWgXyHW93Q
K tomu dochází v důsledku toho, že elektromagnetické pole vysoká úroveň biologická aktivita, která negativně ovlivňuje živé organismy. Faktor vlivu závisí na následujících složkách:
- povaha produkovaného záření;
- jak dlouho a s jakou intenzitou pokračuje.
Účinek záření, které má elektromagnetickou povahu, na lidské zdraví přímo závisí na lokalitě. Může být buď lokální nebo Všeobecné. V druhém případě dochází k rozsáhlé expozici, například záření produkovaném elektrickým vedením.
V souladu s tím se lokální ozáření týká expozice určitých oblastí těla. Přicházející z elektronické hodinky nebo mobilní telefon elektromagnetické vlny, nápadný příklad místního vlivu.
Samostatně je třeba poznamenat tepelný účinek vysokofrekvenčního elektromagnetického záření na živou hmotu. Energie pole se přemění na Termální energie(kvůli vibracím molekul) je tento efekt základem pro činnost průmyslových mikrovlnných zářičů používaných k ohřevu různých látek. Na rozdíl od jeho výhod ve výrobních procesech mohou být tepelné účinky na lidský organismus škodlivé. Z radiobiologického hlediska se nedoporučuje být v blízkosti „teplého“ elektrického zařízení.
Je třeba počítat s tím, že v každodenním životě jsme pravidelně vystaveni záření, a to nejen v práci, ale i doma nebo při pohybu po městě. Časem se biologický účinek kumuluje a zesiluje. Se zvyšujícím se elektromagnetickým šumem se zvyšuje počet charakteristických mozkových onemocnění resp nervový systém. Všimněte si, že radiobiologie je poměrně mladá věda, takže škody způsobené živým organismům elektromagnetickým zářením nebyly důkladně prozkoumány.
Obrázek ukazuje úroveň elektromagnetických vln produkovaných běžnými domácími spotřebiči.
Všimněte si, že úroveň intenzity pole výrazně klesá se vzdáleností. To znamená, že ke snížení jeho účinku se stačí vzdálit od zdroje na určitou vzdálenost.
Vzorec pro výpočet normy (normalizace) vyzařování elektromagnetického pole je uveden v příslušných GOST a SanPiN.
Radiační ochrana
Při výrobě se aktivně používají absorbující (ochranné) clony jako prostředky ochrany před zářením. Bohužel se doma pomocí takového zařízení nelze chránit před zářením elektromagnetického pole, protože k tomu není určeno.
- aby se dopad záření elektromagnetického pole snížil téměř na nulu, měli byste se vzdálit od elektrického vedení, rozhlasových a televizních věží na vzdálenost alespoň 25 metrů (je třeba vzít v úvahu výkon zdroje);
- u CRT monitorů a televizorů je tato vzdálenost mnohem menší - asi 30 cm;
- Elektronické hodinky by neměly být umístěny blízko polštáře, optimální vzdálenost pro ně je více než 5 cm;
- pokud jde o rádio a mobily, nedoporučujeme je přibližovat na více než 2,5 centimetru.
Všimněte si, že mnoho lidí ví, jak nebezpečné je stát vedle vedení vysokého napětí, ale většina lidí nepřikládá důležitost běžným domácím elektrickým spotřebičům. I když to stačí dát systémová jednotka na podlahu nebo jej přesuňte dále a ochráníte sebe i své blízké. Doporučujeme vám to udělat a poté změřit pozadí z počítače pomocí detektoru záření elektromagnetického pole, abyste jasně ověřili jeho snížení.
Tato rada platí i pro umístění lednice, mnozí ji umisťují blízko kuchyňského stolu, což je praktické, ale nebezpečné.
Žádná tabulka nemůže uvádět přesnou bezpečnou vzdálenost od konkrétního elektrického zařízení, protože záření se může lišit v závislosti na modelu zařízení a zemi výroby. V v současné době Neexistuje jediný mezinárodní standard, takže rozdílné země normy se mohou výrazně lišit.
Intenzitu záření lze přesně určit pomocí speciálního přístroje - fluxmetru. Podle norem přijatých v Rusku by maximální přípustná dávka neměla překročit 0,2 µT. Doporučujeme provádět měření v bytě pomocí výše uvedeného přístroje pro měření stupně vyzařování elektromagnetického pole.
Fluxmetr - přístroj pro měření stupně vyzařování elektromagnetického poleSnažte se zkrátit dobu, po kterou jste vystaveni záření, to znamená, že se dlouho nezdržujte v blízkosti provozovaných elektrických zařízení. Například není vůbec nutné při vaření neustále stát u elektrického sporáku nebo mikrovlnné trouby. U elektrických zařízení si můžete všimnout, že teplo nemusí vždy znamenat bezpečné.
Vždy vypněte elektrické spotřebiče, když je nepoužíváte. Lidé často nechávají zapnutá různá zařízení, přičemž neberou v úvahu, že v této době z elektrických zařízení vychází elektromagnetické záření. Vypněte svůj notebook, tiskárnu nebo jiné zařízení, není třeba se znovu vystavovat záření;
Elektromagnetická radiace(elektromagnetické vlny) - narušení elektrických a magnetických polí šířících se prostorem.
Rozsahy elektromagnetického záření
1 Rádiové vlny
2. Infračervené záření (tepelné)
3. Viditelné záření (optické)
4. Ultrafialové záření
5. Tvrdé záření
Za hlavní charakteristiky elektromagnetického záření jsou považovány frekvence a vlnová délka. Vlnová délka závisí na rychlosti šíření záření. Rychlost šíření elektromagnetického záření ve vakuu se rovná rychlosti světla v jiných prostředích je tato rychlost menší.
Zvláštností elektromagnetického vlnění z hlediska teorie kmitů a pojmů elektrodynamiky je přítomnost tří vzájemně kolmých vektorů: vlnového vektoru, vektoru intenzity elektrického pole E a vektoru intenzity magnetického pole H.
Elektromagnetické vlny- jedná se o příčné vlny (smykové vlny), ve kterých vektory sil elektrického a magnetického pole kmitají kolmo ke směru šíření vlny, ale od vlnění na vodě a od zvuku se výrazně liší tím, že mohou být přenášeny zdroje do přijímače, včetně vakua.
Společná pro všechny druhy záření je rychlost jejich šíření ve vakuu, která se rovná 300 000 000 metrů za sekundu.
Elektromagnetické záření je charakterizováno oscilační frekvencí, udávající počet úplných oscilačních cyklů za sekundu, neboli vlnovou délkou, tzn. vzdálenost, kterou se záření šíří během jednoho kmitu (za jednu periodu kmitu).
Frekvence kmitání (f), vlnová délka (λ) a rychlost šíření záření (c) spolu souvisí vztahem: c = f λ.
Elektromagnetické záření se obvykle dělí do frekvenčních rozsahů. Mezi rozsahy nejsou žádné ostré přechody, někdy se překrývají a hranice mezi nimi jsou libovolné. Vzhledem k tomu, že rychlost šíření záření je konstantní, je frekvence jeho kmitů striktně vázána na vlnovou délku ve vakuu.
Ultrakrátké rádiové vlny Je zvykem dělit na metr, decimetr, centimetr, milimetr a submilimetr nebo mikrometr. Vlny o délce λ menší než 1 m (frekvence větší než 300 MHz) se také nazývají mikrovlny nebo vlny. ultra vysoké frekvence(mikrovlnná trouba).
Infračervené záření- elektromagnetické záření, zabírající spektrální oblast mezi červeným koncem viditelného světla (s vlnovou délkou 0,74 mikronů) a mikrovlnným zářením (1-2 mm).
Infračervené záření zaujímá největší část optického spektra. Infračervené záření se také nazývá „tepelné“ záření, protože všechna tělesa, pevná i kapalná, zahřátá na určitou teplotu, vyzařují energii v infračerveném spektru. V tomto případě jsou vlnové délky emitované tělesem závislé na teplotě ohřevu: čím vyšší teplota, tím kratší vlnová délka a vyšší intenzita záření. Spektrum záření absolutně černého tělesa při relativně nízkých teplotách (až několik tisíc Kelvinů) leží převážně v tomto rozmezí.
Viditelné světlo je kombinací sedmi základních barev: červené, oranžové, žluté, zelené, azurové, indigové a fialové Před červenými oblastmi spektra v optickém rozsahu jsou infračervené a za fialovou ultrafialové. Ale ani infračervené ani ultrafialové záření není pro lidské oko viditelné.
Viditelné, infračervené a ultrafialové záření tvoří tzv oblast optického spektra v širokém slova smyslu. Nejznámějším zdrojem optického záření je Slunce. Jeho povrch (fotosféra) se zahřeje na teplotu 6000 stupňů a svítí jasně žlutým světlem. Tato část spektra elektromagnetického záření je přímo vnímána našimi smysly.
Optické záření nastává při zahřívání těles (infračervené záření se také nazývá tepelné záření) v důsledku tepelného pohybu atomů a molekul. Čím je těleso teplejší, tím vyšší je frekvence jeho záření. Při zahřátí na určitou úroveň začne tělo zářit ve viditelné oblasti (žhavení), nejprve červeně, pak žlutě a tak dále. Naopak záření z optického spektra působí na tělesa tepelně.
V přírodě se nejčastěji setkáváme s tělesy, která vyzařují světlo složitého spektrálního složení, skládajícího se z vůle různé délky. Energie viditelného záření tedy ovlivňuje světlocitlivé prvky oka a vytváří jiný vjem. Vysvětluje se to odlišnou citlivostí oka na záření o různých vlnových délkách.
Jako zdroj a přijímač optického záření mohou kromě tepelného záření sloužit chemické a biologické reakce. Jeden z nejznámějších chemické reakce, které jsou přijímačem optického záření, se používají ve fotografii.
Tvrdé paprsky. Hranice oblastí rentgenového a gama záření lze určit jen velmi podmíněně. Pro obecnou orientaci můžeme předpokládat, že energie rentgenových kvant leží v rozmezí 20 eV - 0,1 MeV a energie gama kvant je více než 0,1 MeV.
Ultrafialová radiace(ultrafialové, ultrafialové, UV) - elektromagnetické záření, zabírající oblast mezi viditelným a rentgenovým zářením (380 - 10 nm, 7,9 × 1014 - 3 × 1016 Hz). Rozsah je konvenčně rozdělen na blízké (380-200 nm) a vzdálené, nebo vakuové (200-10 nm) ultrafialové záření, posledně jmenované tak, protože je intenzivně absorbováno atmosférou a je studováno pouze vakuovými zařízeními.
Dlouhovlnné ultrafialové záření má relativně malou fotobiologickou aktivitu, ale může způsobit pigmentaci lidské kůže a má pozitivní vliv na organismus. Záření v tomto podrozsahu může způsobit záři některých látek, proto se používá pro luminiscenční analýzu chemické složení produkty.
Středovlnné ultrafialové záření má tonizující a léčebný účinek na živé organismy. Může způsobit erytém a opálení, přeměnit vitamín D, který je nezbytný pro růst a vývoj, do vstřebatelné formy u zvířat a má silný účinek proti křivici. Záření v tomto podrozsahu je škodlivé pro většinu rostlin.
Léčba krátkovlnným ultrafialovým zářením Má baktericidní účinek, proto se široce používá k dezinfekci vody a vzduchu, dezinfekci a sterilizaci různých zařízení a náčiní.
Základní přírodní pramen ultrafialové záření na Zemi – Slunce. Poměr intenzity UV-A záření a UV-B, celkový ultrafialové paprsky dopadající na zemský povrch závisí na různých faktorech.
Umělé zdroje ultrafialová radiace různorodé. Dnes umělé zdroje ultrafialová radiaceširoce používané v lékařství, preventivních, hygienických a hygienických zařízeních, zemědělství atd. jsou poskytovány výrazně větší možnosti než při použití přírodních ultrafialová radiace záření.
Vladimír regionální
průmyslově - obchodní
lyceum
abstraktní
Elektromagnetické vlny
Dokončeno:
žák 11 třídy "B".
Lvov Michail
Kontrolovány:
Vladimír 2001
1. Úvod ……………………………………………………………… 3
2. Pojem vlny a její charakteristiky………………………………… 4
3. Elektromagnetické vlny……………………………………… 5
4. Experimentální důkaz existence
elektromagnetické vlny ……………………………………………………… 6
5. Hustota toku elektromagnetického záření………………. 7
6. Vynález rádia……………………………………………….… 9
7. Vlastnosti elektromagnetického vlnění…………………………………10
8. Modulace a detekce………………………………………… 10
9. Druhy rádiových vln a jejich distribuce……………………………… 13
Úvod
Vlnové procesy jsou v přírodě extrémně rozšířené. V přírodě existují dva typy vln: mechanické a elektromagnetické. Mechanické vlny se šíří hmotou: plynem, kapalinou nebo pevnou látkou. Elektromagnetické vlny nevyžadují k šíření žádnou látku, což zahrnuje rádiové vlny a světlo. Elektromagnetické pole může existovat ve vakuu, tedy v prostoru, který neobsahuje atomy. Přes značný rozdíl mezi elektromagnetickým vlněním a mechanickým vlněním se elektromagnetické vlny při svém šíření chovají podobně jako mechanické vlny. Ale stejně jako oscilace jsou všechny typy vln kvantitativně popsány stejnými nebo téměř stejnými zákony. Ve své práci se pokusím zamyslet nad příčinami výskytu elektromagnetických vln, jejich vlastnostmi a aplikací v našem životě.
Pojem vlny a její charakteristiky
Mávat se nazývají vibrace, které se šíří prostorem v čase.
Nejdůležitější vlastností vlny je její rychlost. Vlny jakékoli povahy se nešíří prostorem okamžitě. Jejich rychlost je konečná.
Při šíření mechanické vlny se pohyb přenáší z jedné části těla do druhé. S přenosem pohybu je spojen přenos energie. Hlavní vlastností všech vln, bez ohledu na jejich povahu, je přenos anergie bez přenosu hmoty. Energie pochází ze zdroje, který budí vibrace na začátku šňůry, struny atd. a šíří se spolu s vlnou. Energie proudí nepřetržitě jakýmkoliv průřezem. Tato energie se skládá z kinetické energie pohybu úseků šňůry a potenciální energie její pružné deformace. Postupné snižování amplitudy kmitů při šíření vlny je spojeno s přeměnou části mechanické energie na energii vnitřní.
Pokud necháte konec natažené gumové šňůry harmonicky vibrovat s určitou frekvencí v, pak se tyto vibrace začnou šířit podél šňůry. Vibrace jakékoli části šňůry se vyskytují se stejnou frekvencí a amplitudou jako vibrace konce šňůry. Ale pouze tyto oscilace jsou vzájemně fázově posunuty. Takové vlny se nazývají monochromatický .
Pokud je fázový posun mezi kmity dvou bodů šňůry roven 2n, pak tyto body kmitají úplně stejně: vždyť cos(2lvt+2l) = =сos2п vt . Takové oscilace se nazývají ve fázi(probíhají ve stejných fázích).
Vzdálenost mezi body nejblíže k sobě, které oscilují ve stejných fázích, se nazývá vlnová délka.
Vztah mezi vlnovou délkou λ, frekvencí v a rychlostí vlny c. Během jedné periody kmitání se vlna šíří po vzdálenosti λ. Proto je jeho rychlost určena vzorcem
Od období T a frekvence v souvisí vztahem T = 1 / v
Rychlost vlny je rovna součinu vlnové délky a frekvence kmitání.
Elektromagnetické vlny
Nyní přejděme k přímému uvažování o elektromagnetických vlnách.
Základní přírodní zákony mohou odhalit mnohem více, než je obsaženo ve faktech, z nichž jsou odvozeny. Jedním z nich jsou zákony elektromagnetismu objevené Maxwellem.
Mezi nesčetnými, velmi zajímavými a důležitými důsledky vyplývajícími z Maxwellových zákonů elektromagnetického pole si jeden zaslouží speciální pozornost. To je závěr, že elektromagnetická interakce se šíří konečnou rychlostí.
Podle teorie působení na krátkou vzdálenost mění pohyb náboje elektrické pole v jeho blízkosti. Toto střídavé elektrické pole generuje střídavé magnetické pole v sousedních oblastech vesmíru. Střídavé magnetické pole zase vytváří střídavé elektrické pole atd.
Pohyb náboje tak způsobuje „výbuch“ elektromagnetického pole, které se šíří čím dál tím větší plochy okolního prostoru.
Maxwell matematicky dokázal, že rychlost šíření tohoto procesu je rovna rychlosti světla ve vakuu.
Představte si, že se elektrický náboj jednoduše neposunul z jednoho bodu do druhého, ale uvedl do rychlých oscilací podél určité přímky. Poté se elektrické pole v bezprostřední blízkosti náboje začne periodicky měnit. Perioda těchto změn bude zjevně rovna periodě oscilací náboje. Střídavé elektrické pole bude generovat periodicky se měnící magnetické pole, které zase způsobí vznik střídavého elektrického pole ve větší vzdálenosti od náboje atd.
V každém bodě prostoru se elektrická a magnetická pole periodicky v čase mění. Čím dále je bod od náboje umístěn, tím později k němu dosáhnou oscilace pole. V důsledku toho v různých vzdálenostech od náboje dochází k oscilacím s různými fázemi.
Směry oscilačních vektorů intenzity elektrického pole a indukce magnetického pole jsou kolmé na směr šíření vlnění.
Elektromagnetická vlna je příčná.
Elektromagnetické vlny jsou emitovány oscilujícími náboji. Je důležité, aby se rychlost pohybu takových nábojů měnila s časem, tj. aby se pohybovaly se zrychlením. Přítomnost zrychlení je hlavní podmínkou pro emisi elektromagnetických vln. Elektromagnetické pole je znatelně emitováno nejen při kmitání náboje, ale také při jakékoli rychlé změně jeho rychlosti. Čím větší je zrychlení, se kterým se náboj pohybuje, tím větší je intenzita vyzařované vlny.
Maxwell byl hluboce přesvědčen o realitě elektromagnetických vln. Jejich experimentálního objevu se ale nedožil. Teprve 10 let po jeho smrti byly elektromagnetické vlny experimentálně získány Hertzem.
Experimentální důkaz existence
elektromagnetické vlny
Elektromagnetické vlny nejsou na rozdíl od mechanických vln viditelné, ale jak byly potom objeveny? Chcete-li odpovědět na tuto otázku, zvažte Hertzovy experimenty.
Vzájemným spojením střídavých elektrických a magnetických polí vzniká elektromagnetická vlna. Změna jednoho pole způsobí zobrazení dalšího. Jak známo, čím rychleji se magnetická indukce v čase mění, tím větší je intenzita výsledného elektrického pole. A naopak, čím rychleji se mění síla elektrického pole, tím větší je magnetická indukce.
Pro generování intenzivních elektromagnetických vln je nutné vytvořit elektromagnetické kmity o dostatečně vysoké frekvenci.
Vysokofrekvenční oscilace lze získat pomocí oscilačního obvodu. Frekvence oscilací je 1/ √ LC. Odtud je vidět, že čím menší je indukčnost a kapacita obvodu, tím větší bude.
K produkci elektromagnetických vln G. Hertz použil jednoduché zařízení, dnes nazývané Hertzův vibrátor.
Toto zařízení je otevřený oscilační obvod.
Z uzavřeného okruhu můžete přejít na otevřený okruh, pokud postupně oddalujete desky kondenzátoru, čímž se zmenšuje jejich plocha a zároveň se snižuje počet závitů v cívce. Nakonec to bude jen rovný drát. Toto je otevřený oscilační obvod. Kapacita a indukčnost Hertzova vibrátoru jsou malé. Frekvence oscilací je proto velmi vysoká.
V otevřeném obvodu nejsou náboje koncentrovány na koncích, ale jsou distribuovány po celém vodiči. Aktuální v tento momentčas ve všech úsecích vodiče směřuje stejným směrem, ale síla proudu není v různých úsecích vodiče stejná. Na koncích je nulová a uprostřed dosahuje maxima (v běžných obvodech střídavého proudu je síla proudu ve všech úsecích v daném časovém okamžiku stejná.) Elektromagnetické pole také pokrývá celý prostor v blízkosti obvodu .
Hertz přijímal elektromagnetické vlny buzením série pulzů rychle střídavého proudu ve vibrátoru pomocí zdroje vysokého napětí. Oscilace elektrických nábojů ve vibrátoru vytvářejí elektromagnetické vlnění. Pouze oscilace ve vibrátoru neprovádí jedna nabitá částice, ale obrovské množství elektronů pohybujících se ve shodě. V elektromagnetické vlně jsou vektory E a B na sebe kolmé. Vektor E leží v rovině procházející vibrátorem a vektor B je na tuto rovinu kolmý. Vlny jsou vyzařovány s maximální intenzitou ve směru kolmém k ose vibrátoru. Podél osy nedochází k žádnému záření.
Elektromagnetické vlny byly zaznamenávány společností Hertz pomocí přijímacího vibrátoru (rezonátoru), což je stejné zařízení jako vyzařovací vibrátor. Vlivem střídavého elektrického pole elektromagnetické vlny dochází v přijímacím vibrátoru k vybuzení proudových kmitů. Pokud se vlastní frekvence přijímacího vibrátoru shoduje s frekvencí elektromagnetické vlny, je pozorována rezonance. Oscilace v rezonátoru nastávají s velkou amplitudou, když je umístěn rovnoběžně s vyzařujícím vibrátorem. Hertz objevil tyto vibrace pozorováním jisker ve velmi malé mezeře mezi vodiči přijímacího vibrátoru. Hertz nejenže získal elektromagnetické vlny, ale také zjistil, že se chovají jako jiné typy vln.