Электромагнитные волны являются: электромагнитные волны — это… Что такое электромагнитные волны?

электромагнитные волны — это… Что такое электромагнитные волны?

ЭЛЕКТРОМАГНИ́ТНЫЕ ВО́ЛНЫ, электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды. Электромагнитной волной называют распространяющееся электромагнитное поле (см. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ).

Существование электромагнитных волн было предсказано М. Фарадеем (см. ФАРАДЕЙ Майкл) еще в 1832 г. Дж. Максвелл (см. МАКСВЕЛЛ Джеймс Клерк) в 1865 г. в результате анализа предложенной им системы уравнений (см. Максвелла уравнения (см. МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ)), описывающей электромагнитное поле, теоретически показал, что электромагнитное поле в вакууме может существовать и в отсутствие источников — зарядов и токов.

Поле без источников имеет вид волн, распространяющихся с конечной скоростью, которая в вакууме равна скорости света: с = 299792458±1,2 м/с. Совпадение скорости распространения электромагнитных волн в вакууме с измеренной ранее скоростью света позволило Максвеллу сделать вывод о том, что свет представляет собой электромагнитные волны. Подобное заключение в дальнейшем легло в основу электромагнитной теории света.

В 1888 г. теория электромагнитных волн получила экспериментальное подтверждение в опытах Г. Герца (см. ГЕРЦ Генрих Рудольф). Используя источник высокого напряжения и вибраторы (см. Герца вибратор (см. ГЕРЦА ВИБРАТОР)), Герцу удалось выполнить тонкие эксперименты по определению скорости распространения электромагнитной волны и ее длины. Экспериментально подтвердилось, что скорость распространения электромагнитной волны равна скорости света, что доказывало электромагнитную природу света.

В электродинамике (см. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА) электромагнитное поле описывается четырьмя уравнениями Максвелла, благодаря которым существует возможность единым образом подойти к описанию радиоволн, света, рентгеновских лучей и гамма-излучения. Оказалось, что они представляют собой не излучения различной природы, а электромагнитные волны с различной длиной волны.

В однородной и изотропной среде, свободной от зарядов и токов, уравнения Максвелла приводят к волновым уравнениям, которые показывают, что электромагнитные поля могут существовать в виде электромагнитных волн, скорость которых равна n = 1/v(ee_оmm_о) = с/v(em), где e_о и m_о — электрическая и магнитная постоянные, e и m — электрическая и магнитная проницаемость среды. В вакууме эта скорость равна скорости света, так как e= 1 и m= 1. В веществе скорость распространения электромагнитных волн всегда меньше, чем в вакууме.

Колебания электрического и магнитного полей в свободной электромагнитной волне происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях в направлениях, перпендикулярных направлению распространения волны. Из уравнений Максвелла следует, что векторы напряженностей Е и Н переменного электромагнитного поля для однородной и изотропной среды вдали от зарядов и токов удовлетворяют волновым уравнениям:

DЕ = d²Е/v²dt²
DН = d²Н/v²dt²
где D = d²/dx² + d²/dy² + d²/dz²_— оператор Лапласа (см. ЛАПЛАСА ОПЕРАТОР), v — фазовая скорость. Всякая функция, удовлетворяющая этим уравнениям, описывает некоторую волну. Следовательно, электромагнитные поля могут существовать в виде электромагнитных волн.

В отличие от статического электрического и магнитного полей, которые не существуют в отрыве от источника, электромагнитная волна существует без источника в том смысле, что после ее излучения электромагнитное поле не связано с источником.

Независимо от природы электромагнитные волны обладают общими свойствами. На скорость и характер распространения электромагнитных волн существенно влияет среда, в которой они распространяются. Электромагнитные волны могут испытывать преломление, в реальных средах имеет место дисперсия волн (см. ДИСПЕРСИЯ ВОЛН), вблизи неоднородностей наблюдаются дифракция волн (см. ДИФРАКЦИЯ ВОЛН), интерференция волн (см. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ВОЛН), полное внутреннее отражение (см. ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ) и другие явления, свойственные волнам любой природы.

Если среда неоднородна или содержит поверхности, на которых изменяются ее электрические или магнитные свойства, или если в пространстве имеются проводники, то тип возбуждаемых и распространяющихся электромагнитных волн может существенно отличаться от плоской линейно-поляризованной волны. Электромагнитные волны могут распространяться вдоль направляющих поверхностей (поверхностные волны), в передающих линиях и в полостях, образованных хорошо проводящими стенками.

В бегущей монохроматической электромагнитной волне плотности энергии электрического и магнитного полей, совершая гармоническое колебание с частотой 2w, равны друг другу в каждой точке в любой момент времени.

Колебания электрического и магнитного полей происходят во времени в одинаковой фазе, то есть электрическое и магнитное поля одновременно достигают минимумов и максимумов. Напряженности электрического и магнитного полей в свободной электромагнитной волне взаимосвязаны:

v(ee_о)^.Е = v(mm_о)^.Н, причем эти соотношения связывают как мгновенные, так и амплитудные значения полей.

Электромагнитные волны различных частотных диапазонов характеризуются различными способами возбуждения. Источником электромагнитных волн может быть любой электрический колебательный контур (см. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР) или проводник, по которому течет переменный электрический ток, так как для возбуждения электромагнитных волн необходимо создать в пространстве переменное электрическое поле или соответственно переменное магнитное поле. На расстоянии от источника много большем l образуется волновая зона (зона излучения), где распространяются сферические электромагнитные волны. Они поперечные и линейно поляризованы. Монохроматическую и когерентную волну излучает гармонический осциллятор (см. ОСЦИЛЛЯТОР). Ее рассматривают как монохроматическую волну, у которой постоянна частота колебаний. Свет представляет собой электромагнитные волны определенной длины волны. Опыты, в которых была открыта поляризация света, указывают на то, что эти волны поперечные.

В случае анизотропии среды могут возникнуть изменения поляризации. В общем случае концы поляризованной плоской волны описывают эллипсоид, и такая волна называется поляризованной эллиптически. Поляризация электромагнитной волны — очень важное ее свойство. От положения плоскости поляризации по отношению к отражающей поверхности зависит коэффициент отражения волны, степень поглощения волны кристаллами и характер рассеяния неоднородностями. Реальные электромагнитные волны имеют более сложную структуру, и на практике когерентной называют волну, у которой не меняется фаза за время наблюдения того или иного явления.

Характер изменения во времени Е и Н электромагнитной волны определяется законом изменения тока I и зарядов e, ее возбуждающих. Однако ее форма повторяет форму тока только в случае, если электромагнитные волны распространяются в линейной среде, электрические и магнитные свойства которой не зависят от Е и Н.

Частота колебаний электрического и магнитного полей в электромагнитной волне связана с длиной волны соотношением: l= с/n.

Электромагнитная волна обладает энергией, импульсом, массой, а если она является эллиптически- и циркулярнополяризованной, то обладает еще и моментом импульса.

Электромагнитная волна переносит энергию. Средняя величина энергии плоской поляризованной волны = ee_oA²/2 Дж/см³.

Энергия волны Е_в, протекающая через поверхность S , перпендикулярную распространению волны, за время t , равна Е_в = cSt. Величину I =c называют интенсивностью.

Если электромагнитные волны поглощаются или отражаются телами, то из теории Максвелла следует, что электромагнитные волны должны оказывать на тела давление. Когда волна поглощается, ее импульс передается тому объекту, который ее поглощает, следовательно, при поглощении электромагнитная волна оказывает давление на преграду. Давление электромагнитных волн объясняется том, что под действием электрического поля волны заряженные частицы вещества начинают упорядоченно двигаться и подвергаются со стороны магнитного поля действию сил Лоренца. Однако величина этого давления ничтожно мала. Существование давления электромагнитных волн приводит к выводу о том, что электромагнитному полю присущ механический импульс, модуль которого равен энергии, деленной на скорость света. Впервые давление электромагнитных волн экспериментально было обнаружено П. Н. Лебедевым (см. ЛЕБЕДЕВ Петр Николаевич) в 1900 г.

Появление квантовых генераторов, в частности лазеров (см. ЛАЗЕР), позволило получить значения напряженности электрического поля в электромагнитных волнах, сравнимых с внутриатомными полями. Это привело к развитию нелинейной теории электромагнитных волн. При распространении электромагнитной волны в нелинейной среде (см. НЕЛИНЕЙНАЯ СРЕДА) ее форма изменяется.

В зависимости от длины электромагнитных волн существуют различные способы их излучения и регистрации, такие волны по-разному взаимодействуют с веществом и т. п. В вакууме электромагнитные волны распространяются со скоростью света независимо от частоты колебаний. Радиоволны, рентгеновские лучи и гамма-излучение находят свое место в единой шкале электромагнитных волн (см. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ШКАЛА), причем между соседними диапазонами шкалы нет резкой границы. Процессы излучения и поглощения электромагнитных волн от самых длинных волн до инфракрасного излучения достаточно полно описываются соотношениями электродинамики.

Источниками низкочастотных колебаний с частотой n — до 10³ Гц, и длиной волны l порядка 10³ — 10^-4м, являются генераторы переменного тока; электромагнитные волны такой длины применяются в электротехнике. Диапазон радиоволн простирается от длинных ДВ до ультракоротких УКВ и СВЧ волн. Источниками возбуждения радиоволн с частотой 3^.10⁵ — 3.10¹² Гц и длиной волны l — 3.10⁵ м, являются генераторы радиочастот, СВЧ-генераторы, массовые излучатели, ламповые генераторы; электромагнитные волны такого диапазона применяются в радиотехнике, телевидении, радиосвязи, радиолокации. Для радиоволны простейшим излучателем является электрический диполь — отрезок проводника, по которому протекает переменный ток. Такой диполь называется антенной.

Источником возбуждения инфракрасного излучения частотой порядка 10¹² Гц и длинами волн порядка 3^.10^-3 м, является излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях. Источником возбуждения ультрафиолетового излучения с частотой порядка 7,5^.10¹⁴ Гц, а также мягкого рентгеновского излучения, используемого в медицине, является излучение атомов при воздействии на них ускоренных электронов. Для возбуждения волн оптического и рентгеновского диапазонов характерны процессы, происходящие внутри атомов вещества, а для g-лучей — внутриядерные процессы. Процессы в атомах при воздействии на них ускоренных заряженных частиц сопровождаются гамма-излучением (см. ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ).

Еще более коротковолновое излучение возникает при торможении быстро заряженных частиц в веществе. Переход атомного ядра из одного состояния в другое или, например, аннигиляция частиц приводят к испусканию g-излучения — электромагнитных волн с наиболее высокими частотами колебаний. Жесткое гамма-излучение сопровождает ядерные процессы и радиоактивный распад (см. РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД).

Электромагнитному излучению присущи черты дискретности. По мере перехода от более длинных волн (малых частот) к более коротким (большим частотам) волновые свойства электромагнитных волн (интерференция (см. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ВОЛН), дифракция (см. ДИФРАКЦИЯ ВОЛН), поляризация (см. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ВОЛН)) проявляются слабее, а квантовые свойства, в которых определяющую роль играет энергия hn, проявляются сильнее. На высоких частотах доминируют процессы, имеющие существенно квантовую природу, а в оптическом диапазоне, и тем более в диапазонах рентгеновских и гамма-лучей, излучение и поглощение электромагнитных волн может быть описано только на основе представлений о дискретности этих процессов.

Во многих случаях электромагнитное излучение ведет себя не как набор монохроматических электромагнитных волн с определенной частотой, а как поток квазичастиц — фотонов (см. ФОТОН (элементарная частица)). В первую очередь это относится к электромагнитному излучению высокой частоты. А. Эйнштейн (см. ЭЙНШТЕЙН Альберт) обобщил идею М. Планка (см. ПЛАНК Макс) о дискретности излучения, предположив, что такая дискретность не связана с каким-то особым механизмом взаимодействия излучения с веществом, а внутренне присуща самому электромагнитному излучению, которое представляет собой кванты — фотоны. Эти представления получили экспериментальное подтверждение — на их основе были объяснены закономерности фотоэффекта (см. ФОТОЭФФЕКТ) и эффекта Комптона (см. КОМПТОНА ЭФФЕКТ). Но наряду с корпускулярными свойствами фотон обладает и волновыми свойствами. Квантовая теория поля внесла существенные дополнения и в представление об электромагнитных волнах. Рентгеновское излучение, гамма-излучение обычно рассматриваются как поток квантов- корпускул с энергией ђ, где ђ — постоянная Планка. Законы излучения атомов и молекул также объясняет квантовая теория излучения. На ее основе построены когерентные излучатели микроволн и световых волн — мазеры (см. МАЗЕР) и лазеры (см. ЛАЗЕР).

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны представляют собой переменные электромагнитные поля, состоящие из двух неразрывно связанных и взаимно обусловленных составляющих — переменного электрического и магнитного полей. Возбуждение в некоторой области пространства переменного электрического поля приводит к возникновению в смежных областях пространства переменного магнитного поля, которое в свою очередь возбуждает переменное электрическое поле и т. д. Непременным условием существования электромагнитных волн является их распространение, которое в вакууме происходит со скоростью света, а в других средах — со скоростью, определяемой электрическими свойствами этих сред.

Свойства электромагнитных волн

Одной из важнейших характеристик электромагнитных волн, определяющих их специфические особенности, является частота электромагнитных колебаний и связанная с ней длина волны. Электромагнитные волны охватывают широкий спектр колебаний различных частот.

Широкую область электромагнитных колебаний занимают радиоволны. К радиоволнам относят колебания с частотами от 10 МГц до ~300 ГГц, что соответствует длинам волн от 30 км до 1 мм.
Радиоволны возбуждаются при помощи электрических цепей, питаемых переменными токами соответствующей частоты. Применительно к особенностям их распространения в земных условиях радиоволны различают по следующим диапазонам (табл. 1).

Таблица 1

К радиоволнам примыкают волны инфракрасного излучения с длиной волны до 0,77 мкм (частота до 4×10⁵ ГГц). Источниками этих волн служат слабонагретые тела, а также оптические квантовые генераторы. Инфракрасные лучи обнаруживаются по их тепловому действию.

За инфракрасным излучением следует видимое световое, которому соответствуют длины волн от 0,77 до 0,38 мкм (частота до 8×10⁵ ГГц). Источниками световых волн являются атомы и молекулы различных тел, излучающие эти волны под влиянием некоторых внешних воздействий (например, нагретые тела или газы, светящиеся под влиянием электрических разрядов). Мощным источником электромагнитных колебаний светового диапазона являются оптические квантовые генераторы (лазеры). Световое излучение обнаруживается глазом, а также по фотографическому, фотоэлектрическому и тепловому действиям.

Следующий диапазон электромагнитных колебаний занимают ультрафиолетовые лучи, длины волн которых лежат в пределах от 0,38 до 0,05 мкм (частота до 6×10⁶ ГГц). Источниками их являются возбужденные атомы различных тел, испускающие лучи под влиянием некоторых внешних воздействий. Эти лучи обнаруживаются фотоэлектрическим и фотографическим методами.

За ультрафиолетовыми лучами лежит область рентгеновских и еще более коротких — гамма-лучей, испускаемых атомами и отдельными элементарными частицами вещества (электронами, протонами и др.) под влиянием различных воздействий. Все короткие волны, начиная со световых, способны ионизировать газы; этим их свойством пользуются для обнаружения наиболее коротких электромагнитных волн.

Законы распространения электромагнитной энергии тесно связаны с электрическими и магнитными свойствами среды, которые характеризуются диэлектрической проницаемостью ε, измеряемой в фарадах на метр (Ф/м), магнитной проницаемостью µ, измеряемой в генри на метр (Г/м), и удельной электрической проводимостью σ, измеряемой в сименсах на метр (См/м). Однородную среду, в которой электромагнитные волны не испытывают поглощения, отражения и рассеяния, называют свободным пространством или вакуумом. Реально такого пространства не существует, но свойства космического пространства близки к нему. Для свободного пространства σ = 0, так как в нем нет свободных электрических зарядов, обусловливающих электропроводность.

Одной из важнейших характеристик электромагнитных волн является скорость их распространения, которая в свободном пространстве одинакова для всех длин волн и является одной из фундаментальных постоянных физики. В реальной среде скорость распространения электромагнитных волн зависит как от свойств среды, так и от частоты электромагнитных колебаний. Если электромагнитные параметры среды зависят от частоты колебаний, то волны различных частот будут распространяться в такой среде с различной скоростью. Это явление называют дисперсией, а среды, обладающие дисперсией, получили название диспергирующих. Свободное пространство, как указывалось выше, является недиспергирующей средой. Атмосфера в нижней ее части (ниже ионосферы) для радиоволн представляет собой недиспергирующую среду и поэтому скорость их распространения в атмосфере не зависит от частоты. Для световых волн нижние слои атмосферы являются диспергирующей средой.

При взаимном перемещении источника электромагнитных колебаний и приемника энергии возникает эффект Доплера, заключающийся в изменении частоты принимаемых колебаний. При удалении источника колебаний частота уменьшается, а при приближении — возрастает. Эффект Доплера имеет важное значение в астрономии и применяется при определении положения искусственных космических объектов.

Распространение электромагнитных волн

Если бы Земля была идеальным проводником и ее поверхность представляла собой плоскость, а атмосфера, в которой распространяются электромагнитные волны, была идеальным диэлектриком, то распространение электромагнитных волн происходило бы без поглощения и потери энергии, так как идеальный проводник полностью отражает волну, а в идеальном диэлектрике отсутствует поглощение. В подобном случае волны распространялись бы прямолинейно и с постоянной скоростью; уменьшение напряженности поля происходило бы только за счет расширения сферического фронта волны.

В действительных условиях, а именно вблизи границы раздела двух различных неоднородных сред (атмосферы и Земли), распространение электромагнитных волн существенно отличается от указанного выше идеального случая. Неоднородность обеих сред по отношению к электромагнитным колебаниям состоит в различии и постоянной изменчивости в пространстве и во времени их электрических параметров: диэлектрической проницаемости и электрической проводимости. Магнитная проницаемость для сред, встречающихся при распространении электромагнитных воли в земных условиях, близка к единице и поэтому она почти не влияет на распространение волн.

Поверхность Земли имеет сложную форму и отличается чрезвычайным разнообразием физических свойств. Водные пространства, а также участки суши с различным рельефом и разнообразным растительным покровом, населенные пункты и искусственные сооружения характеризуются различными электрическими параметрами, по-разному влияющими на распространение электромагнитных волн. Электрические параметры почвы, кроме того, непостоянны по глубине, причем по мере приближения к уровню грунтовых вод электрическая проводимость почвы повышается. Однако на распространение радиоволн существенно влияет только сравнительно тонкий поверхностный слой почвы.

Электрические параметры в общем случае зависят как от свойств среды, так и от длины волны взаимодействующих со средой электромагнитных колебаний. Так, для длинных волн почвы по электрическим параметрам приближаются к идеальному проводнику. Поэтому длинные волны отражаются от земли без заметного поглощения. При уменьшении длины волны проводимость почвы уменьшается и почва по свойствам приближается к диэлектрику. Вследствие этого короткие волны, распространяющиеся вблизи поверхности земли, заметно поглощаются уже на расстоянии нескольких десятков километров. Поглощение волн сильнее над влажной почвой и в особенности над морем. Однако поглощение становится существенным лишь при распространении радиоволн вблизи поверхности земли, на расстоянии порядка длины волны. При прохождении на больших расстояниях от поверхности радиоволны практически не испытывают поглощения почвой.

Электромагнитные колебания светового диапазона с помощью оптических систем светодальномеров излучаются узким направленным пучком. Непосредственное влияние Земли в этом случае не имеет места, так как световой пучок проходит на значительном (по сравнению с длиной волны) расстоянии от поверхности; происходит лишь искривление пути световой волны за счет изменения показателя преломления атмосферы.

Распространение радиоволн в зависимости от вида и ширины диаграммы направленности излучающей антенны захватывает значительное пространство. Однако при этом существенную роль играет лишь некоторая ограниченная область, внутри которой распространяются волны, наиболее эффективно действующие на приемное устройство.

Различия распространения электромагнитных волн

Изложенное свидетельствует о многообразии и сложности факторов. определяющих распространение радио- и световых волн в земных условиях. Ниже приведены характерные особенности распространения электромагнитных волн различных диапазонов.

Длинные волны при распространении вдоль поверхности Земли вследствие дифракции частично огибают земной шар и сравнительно слабо поглощаются. Поэтому поверхностная волна распространяется далеко за пределы прямой видимости (до 3000 км и более). Отражаясь от относительно устойчивых слоев ионосферы, длинные волны характеризуются постоянством условий распространения пространственной волны. Под действием флуктуаций в ионосфере напряженность поля пространственной волны меняется сравнительно слабо. Недостатком этого диапазона воли является высокий уровень атмосферных помех.

Распространение средних волн сопровождается резкими суточными колебаниями напряженности поля вместе приема. Днем преобладает поверхностная волна, которая частично огибает земной шар; однако вследствие значительного поглощения ее полупроводящей поверхностью Земли распространение поверхностной волны происходит не далее 1000 км. В ночное время усиливается пространственная волна, фаза колебаний в которой вследствие флуктуаций электронной концентрации в ионосфере непрерывно изменяется. Это вызывает изменение разности фаз накладывающихся поверхностной и пространственной волн, что приводит к колебаниям амплитуды результирующего поля, к ослаблениям и полному исчезновению приема, называемому замиранием.

Короткие волны распространяются на дальние расстояния главным образом пространственной волной, отраженной от ионосферы. Поле этой волны из-за изменений в ионосфере неустойчиво; возможно и замирание сигналов. Поверхностная волна вследствие значительного поглощения землей быстро затухает. Для этого диапазона характерно появление зоны молчания на некотором расстоянии от передатчика, в которой уверенный прием невозможен. Появление зоны молчания объясняется быстрым затуханием поверхностной волны и невозможностью, по условиям отражения, попадания в нее пространственной волны.

Ультракороткие волны распространяются почти прямолинейно, незначительно огибая выпуклость Земли за счет атмосферной рефракции и в меньшей степени (только метровые волны) за счет дифракции. Заметное отражение от ионосферы происходит только на метровых волнах (длиннее 4-5 м). Более короткие волны не могут попадать на землю пространственной волной и дальность их распространения определяется поверхностной волной, которая сравнительно быстро затухает за счет поглощения землей и атмосферой (в особенности для сантиметровых и миллиметровых волн). Атмосферные помехи в этом диапазоне незначительны.

Инфракрасные и световые волны распространяются почти прямолинейно. Их путь искривляется только за счет атмосферной рефракции. При распространении эти волны испытывают сильное поглощение и рассеяние в атмосфере, в особенности, если последняя насыщена жидкими и газообразными частицами воды и пылью. При помощи оптических систем световые и инфракрасные волны можно сконцентрировать в узкий луч большой мощности, в особенности когда источником излучения является лазер. Подстилающая поверхность не оказывает влияния на распространение этих волн. Наличие фона за счет рассеянного света атмосферы требует повышенной мощности источников света и соответствующей оптики, в противном случае применение световых волн в светлое время суток ограниченно. Наибольшая точность измерения направлений и расстояний при геодезических работах в настоящее время обеспечивается именно в диапазоне световых волн.

Электромагнитные волны | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Электромагнитные волны — Большая советская энциклопедия

Электромагни́тные волны

Электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью. Существование Э. в. было предсказано М. Фарадеем (См. Фарадей) в 1832. Дж. Максвелл в 1865 теоретически показал, что электромагнитные колебания не остаются локализованными в пространстве, а распространяются в вакууме со скоростью света (См. Скорость света) с во все стороны от источника. Из того обстоятельства, что скорость распространения Э. в. в вакууме равна скорости света, Максвелл сделал вывод, что свет представляет собой Э. в. В 1888 максвелловская теория Э. в. получила подтверждение в опытах Г. Герца, что сыграло решающую роль для её утверждения.

Теория Максвелла позволила единым образом подойти к описанию радиоволн (См. Радиоволны), света, рентгеновских лучей (См. Рентгеновские лучи) и гамма-излучения (См. Гамма-излучение). Оказалось, что это не излучения различной природы, а Э. в. с различной длиной волны. Частота ω колебаний электрического Е и магнитного Н полей связана с длиной волны λ соотношением: λ= 2πс/ω. Радиоволны, рентгеновские лучи и γ-излучение находят своё место в единой шкале Э. в. (рис.), причём между соседними диапазонами шкалы Э. в. нет резкой границы.

Особенности Э. в., законы их возбуждения и распространения описываются Максвелла уравнениями. Если в какой-то области пространства существуют электрические заряды е и токи I, то изменение их со временем t приводит к излучению (См. Излучение) Э. в. На скорость распространения Э. в. существенно влияет среда, в которой они распространяются. Э. в. могут испытывать преломление, в реальных средах имеет место Дисперсия волн, вблизи неоднородностей наблюдаются Дифракция волн, Интерференция волн (прямой и отражённой), полное внутреннее отражение и другие явления, свойственные волнам (См. Волны) любой природы. Пространств, распределение электромагнитных полей, временные зависимости E (t) и H (t), определяющие тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации (см. Поляризация волн) и другие особенности Э. в. задаются, с одной стороны, характером источника излучения, и с другой — свойствами среды, в которой они распространяются. В случае однородной и изотропной среды, вдали от зарядов и токов, создающих электромагнитное поле, уравнения Максвелла, приводят к волновым уравнениям:

; ,

описывающим распространение плоских монохроматических Э. в.:

Е = E₀ cos (kr — ωt + φ)

Н = H₀ cos (kr — ωt + φ).

Здесь ε — Диэлектрическая проницаемость, μ∇ — магнитная проницаемость среды, E₀ и H₀— амплитуды колебаний электрических и магнитных полей, ω — частота этих колебаний, φ — произвольный сдвиг фазы, k — волновой вектор, r — радиус-вектор точки; ∇² — Лапласа оператор.

Если среда неоднородна или содержит поверхности, на которых изменяются её электрические либо магнитные свойства, или если в пространстве имеются проводники, то тип возбуждаемых и распространяющихся Э. в. может существенно отличаться от плоской линейно-поляризованной волны. Э. в. могут распространяться вдоль направляющих поверхностей (поверхностные волны), в передающих линиях и в полостях, образованных хорошо проводящими стенками (см. Радиоволновод, Световод, Квазиоптика).

Характер изменения во времени Е и Н определяется законом изменения тока I

3. Электромагнитные волны.

Электромагнитное
поле.
Электромагнитное поле — особая форма
материи, через которую осуществляется
взаимодействие между электрически
заряженными частицами.

Электромагнитная
волна.
Электромагнитная волна – это
распространяющееся в пространстве
электромагнитное поле, в определенном
направлении, в частотном диапазоне и
конечной скоростью, зависящими от
свойств среды.

Исследования
электромагнитных волн Д. Максвеллом и
Г. Герцем.
Теорию электромагнитной волны и
электромагнитного поля впервые обосновал
(1864г.) Джеймс Максвелл. Он показал, что
электрические и магнитные поля существуют
вместе. Дж. Максвелл доказал, что
переменный ток создает переменное
магнитное поле, которое в свою очередь
создает переменное электрическое поле
и т.д. Поддерживая в проводнике переменный
ток, который периодически изменяется
по величине и направлению, Герц получил
непрерывное излучение электромагнитных
волн.

Электромагнитная
волна как процесс взаимосвязанного
изменения векторов Е и В.
Электромагнитная волна представляет
собой процесс последовательного,
взаимосвязанного изменения векторов
напряжённости электрического (Е)
и магнитного (В)
полей, направленных перпендикулярно
лучу распространения волны, при котором
изменение электрического поля вызывает
изменения магнитного поля, которые, в
свою очередь, вызывают изменения
электрического поля.

Два
условия электромагнитного волнового
процесса.
Для электромагнитного волнового процесса
необходимы два условия: излучение волн
и их прием.

Изобретение
радио. А.С. Попов.
Изобретение первого радиоприемного
устройства принадлежит А.С. Попову. В
своих опытах А. Попов использовал
заземлённую мачтовую антенну, изобретённую
в 1893 году Теслой. А.С. Попов (1859 – 1906) —
русский физик и электроротехник,
профессор, изобретатель, Почётный
инженер-электрик (1899). Один из изобретателей
радио.

Свойства
электромагнитной волны.
Электромагнитные волны являются
поперечными – колебания векторов
напряжённости электрического поля и
индукции магнитного поля происходят в
плоскости, перпендикулярной направлению
распространения волны.

Синфазность
напряженностей Е и В в распространяющейся
волне.
Е – напряженность электрического поля;
В — напряженность магнитного поля.
Скорость волны С направлена вдоль оси
X. Векторы E и B в каждой точке оси X
совершают синусоидальные колебания
вдоль осей Y и Z соответственно, меняясь
при этом синфазно.

Длина
электромагнитной волны.
Длина волны λ — это расстояние между
двумя ближайшими точками оси X, в которых
колебания значений поля происходят в
одинаковой фазе (например, между двумя
ближайшими максимумами поля).

Частота
электромагнитной волны.
Частотой электромагнитной волны
называется частота, с которой меняются
значения E и B в данной точке пространства.
Частота волны совпадает с частотой
колебаний излучающего заряда.

Основные
свойства волновых процессов в
электромагнитном поле.
Экспериментально было выяснено, что
электромагнитным волнам присущи те же
основные свойства, что и другим видам
волновых процессов: 1. Отражение; 2.
Поглощение; 3. Преломление; 4. Интерференция;
5. Дифракция.

Отражение
электромагнитной волны.
Электромагнитные волны отражаются от
металлического листа – это было
обнаружено ещё Герцем. Угол отражения
при этом равен углу падения.

Поглощение
электромагнитной волны.
Электромагнитные волны частично
поглощаются при прохождении сквозь
диэлектрик.

Преломление
электромагнитной волны.
Электромагнитные волны меняют направление
распространения при переходе из воздуха
в диэлектрик (и вообще на границе двух
различных диэлектриков).

Интерференция
электромагнитной волны.
Герц определил, что из двух волн первая
приходила к приёмному вибратору
непосредственно от излучающего вибратора,
вторая — после отражения от металлического
листа.

Дифракция
электромагнитной волны.
Электромагнитные волны огибают
препятствия, размеры которых соизмеримы
с длиной волны.

Демонстрации:

Силовые
линии магнитного поля.

Защита
Земли магнитным полем от солнечной
радиации.

Опыт
Ханса Эрстеда.

Опыты
с магнитным полем Анри Ампера.

Устройство
и работа электродвигателя.

Опыт
Фарадея переменным магнитным полем.

Опыт
Фарадея с индукционным током.

Генератор
переменного электрического тока Фарадея.

Устройство
и работа трансформатора.

Кипячение
воды трансформатором.

Контрольные
вопросы

1. Сформулируйте
   физические характеристики магнитного
   поля тока.

2. Объясните,
   в чем основная силовая характеристика
   магнитного поля.

3. Определите
   доказательно на примерах, в чем значение
   магнитного поля для жизни на Земле.

4. Сформулируйте
   закон взаимодействия электрических
   токов — закон Ампера.

5. Дайте
   определение электродвигателю.

6. Дайте
   определение переменному электрическому
   току.

7. Раскройте
   физические характеристики явления
   электромагнитной индукции.

8. Раскройте
   значение открытия Фарадеем электромагнитной
   индукции.

9. Назовите
   выводы Фарадея о существовании
   индукционного электрического тока.

10. Сформулируйте
    понятие и дайте определение индукционному
    электрическому току.

11. Назовите
    теоретические выводы М. Фарадея об
    электромагнитной индукции.

12. Дайте
    определение электромагнитной индукции.

13. Дайте
    определение генератору переменного
    электрического тока.

14. Дайте
    определение и назовите основные элементы
    электрогенератора.

15. Покажите
    на примерах использование электрогенераторов
    в промышленных целях.

16. Каким
    образом электроэнергия передается на
    дальние расстояния?

17. Дайте
    определение трансформатору.

18. Назовите
    основные исторические этапы создания
    трансформаторов.

19. Дайте
    определение электромагнитной волны.

20. Дайте
    определение электромагнитному полю.

21. Покажите
    доказательно значение исследований
    электромагнитных волн Д. Максвеллом и
    Г. Герцем.

22. Объясните
    векторные особенности электромагнитной
    волны как процесса взаимосвязанного
    изменения векторов Е и В.

23. Назовите
    два условия электромагнитного волнового
    процесса.

24. Значение
    исследований А.С. Попова в изобретении
    радио.

25. Определите
    физические свойства электромагнитной
    волны.

26. Что
    такое синфазность напряженностей Е и
    В в распространяющейся волне?

27. Объясните
    смысл понятия: «Длина электромагнитной
    волны».

28. Объясните
    смысл понятия: «Частота электромагнитной
    волны».

29. Сформулируйте
    основные свойства волновых процессов
    в электромагнитном поле.

30. Охарактеризуйте
    физическими терминами суть отражения
    электромагнитной волны.

31. Охарактеризуйте
    физическими терминами суть поглощения
    электромагнитной волны.

32. Охарактеризуйте
    физическими терминами суть преломления
    электромагнитной волны.

33. Охарактеризуйте
    физическими терминами суть интерференции
    электромагнитной волны.

34. Охарактеризуйте
    физическими терминами суть дифракции
    электромагнитной волны.

Литература:

1. Ахмедова Т.И.,
Мосягина О.В. Естествознание: Учебное
пособие / Т.И. Ахмедова, О.В. Мосягина. –
М.: РАП, 2012. – С. 51-84.

электромагнитные волны (билет 10)

Квинтэссенции
рефератов для подготовки к экзамену
по ФОЗИ.

Выполнил
студент группы ЗИ-22 Сахау Азат.

7) Электромагнитные
волны.

Электромагнитная
волна представляет собой процесс
распространения в пространстве
изменяющихся электрического и магнитного
полей.

Существование
электромагнитных волн было теоретически
предсказано Максвеллом. Экспериментально
электромагнитные волны были открыты и
изучены Герцем.

Основными свойствами
электромагнитных волн являются:

.

1. поглощение;

2. рассеяние;

3. преломление;

4. отражение;

5. интерференция;

6. дифракция;

7. поляризация;

Электромагнитные
волны и их характеристика.

Электромагнитная
волна представляет собой процесс
распространения в пространстве
изменяющихся электрического и магнитного
полей.

Существование
электромагнитных волн было предсказано
английским физиком Майклом Фарадеем.
В 1831 году Фарадей открыл явление
электромагнитной индукции — возбуждение
электрического тока в замкнутом
проводящем контуре, находящемся в
переменном магнитном поле. Он является
основоложником учения об электромагнитных
явлениях, в котором электрические и
магнитные явления рассматриваются с
единой точки зрения. С помощью
многочисленных опытов Фарадей доказал,
что действие электрических зарядов и
токов не зависит от способа их получения.

Взаимопревращения
электрического и магнитного полей

 Согласно
теории Максвелла, в каждой точке
пространства изменение электрического
поля создает переменное вихревое
магнитное поле, вектора В магнитной
индукции которого лежат в плоскости,
перпендикулярной к вектору Е напряженности
электрического поля. Механическое
уравнение, выражающее эту закономерность,
называется первым уравнением Максвелла.
Изменение во времени индукции магнитного
поля создает переменное вихревое
электрическое поле, векторы Е напряженности
которого лежат в плоскости, перпендикулярной
к вектору В. Математическое уравнение,
описывающее эту закономерность,
называется вторым уравнением Максвелла.
Из уравнения Максвелла следует, что
возникшее в какой-либо точке изменение
во времени магнитного (или электрического)
поля будет перемещаться от одноц точки
к другой, при этом будут происходить
взаимные превращения этих полей, т.8 м/с.

При распространении
электромагнитных волн в какой-либо
другой среде скорость волны изменяется
и длина волны
,
где u — скорость волны в среде. В атмосфере
скорость практически можно принять
равной скорости света в вакууме.

Скорость u
электромагнитной волны в среде
определяется из формулы Максвелла:

где
е — относительная диэлектрическая
проницаемость среды, — относительная
магнитная проницаемость среды.

Скорость
распространения электромагнитных волн
в данной среде совпадает со скоростью
света в этой среде, что является одним
из обоснований электромагнитной природы
света.

Основная характеристика
электромагнитных волн — это частота их
колебаний v (или период Т). Длина волны
л меняется при переходе из одной среды
в другую, в то время как частота остается
неизменной. Электромагнитные волны
являются поперечными волнами.

Распространение
электромагнитных волн связано с переносом
энергии электромагнитного поля волны,
которая переносится в направлении
распространения волны, т.е. в направлении
вектора v. Наряду с энергией
электромагнитная волна обладает
импульсом. Если волна поглощается, то
ее импульс передается тому объекту,
который ее поглощает.

 Отсюда
следует, что при поглощении электромагнитная
волна оказывает давление на преграду.

Плотностью потока
электромагнитного излучения I
(интенсивностью электромагнитной волны)
называют отношение электромагнитной
энергии W, проходящей за время t через
перпендикулярную лучам поверхность
площадью S,
к произведению площади S
на время t:

где
W — электромагнитная энергия, прошедшая
за время t через поверхность площадью
S.

Единицей измерения
интенсивности электромагнитного
излучения I является ватт на м [вт/м ].

Плотность потока
излучения (интенсивность электромагнитной
волны) равна произведению плотности
электромагнитной энергии на скорость
её распространения:

где — магнитная
постоянная в СИ.

Интенсивность
электромагнитной волны пропорциональна
среднему значению произведения модулей
векторов Е и В электромагнитного поля,
т.е. пропорциональны квадрату напряженности
Е:

Обзор электромагнитных волн Рона Куртуса

SfC Home> Физика> Электромагнитные волны>

Рона Куртуса (от 15 февраля 2016 г.)

Электромагнитные волны состоят из колеблющихся электрических и магнитных полей, действующих перпендикулярно друг другу. Хотя визуализировать этот сценарий сложно, форма волны действительно имеет характеристики, аналогичные другим типам волн.

Различные диапазоны электромагнитных волн или их можно классифицировать в зависимости от их характеристик и того, как они взаимодействуют с веществом.Некоторые группы в электромагнитном спектре включают радиоволны, микроволны, рентгеновские лучи и видимый свет.

Различные эффекты определяют создание и обнаружение для диапазона длин волн.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

• Что такое электромагнитная волна?
• Как создаются эти волны?
• Каковы характеристики электромагнитных волн?
• Как создаются и обнаруживаются эти волны?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц

Описание электромагнитной волны

Электромагнитная волна состоит из колеблющегося электрического поля и соответствующего магнитного поля, расположенного под прямым углом к ​​

Классически электромагнитное излучение состоит из электромагнитных волн , которые представляют собой синхронизированные колебания электрического и магнитного полей, распространяющиеся со скоростью света через вакуум. Колебания двух полей перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения энергии и волны, образуя поперечную волну.

Электромагнитный спектр

Диапазон длин электромагнитных волн — от очень длинных до очень коротких — называется электромагнитным спектром:

Radio и TV Волны — это самые длинные из используемых волн, их длина составляет 1 милю (1,5 километра) или более.

Микроволны используются в телекоммуникациях, а также для приготовления пищи.

Инфракрасное излучение почти не видно.Это темно-красные лучи, которые дает тепловая лампа.

Видимый свет волны — это излучение, которое вы можете видеть своими глазами. Их длины волн находятся в диапазоне 1/1000 сантиметра.

Ультрафиолетовые лучи вызывают солнечный ожог и используются в «черных огнях», заставляющих предметы светиться.

Рентгеновские лучи проходят через тело и используются в медицинских целях.

Гамма-лучи — опасные лучи, исходящие от ядерных реакторов и атомных бомб.У них самая короткая длина волны в электромагнитном спектре около 1/10 000 000 сантиметра.

Характеристики электромагнитных волн

Электромагнитные волны — это поперечные волны, похожие на волны воды в океане или волны на гитарной струне. Это в отличие от волн сжатия звука. Как вы узнали в Wave Motion, все волны имеют амплитуду, длину, скорость и частоту.

Амплитуда

Амплитуда электромагнитных волн зависит от их интенсивности или яркости (как в случае видимого света).

Яркость видимого света обычно измеряется в люменах. Для других длин волн используется интенсивность излучения, которая представляет собой мощность на единицу площади или ватт на квадратный метр. Квадрат амплитуды волны — это интенсивность.

Длина волны

Длины волн электромагнитных волн варьируются от очень длинных до очень коротких и все, что находится между ними. Длины волн определяют, как вещество реагирует на электромагнитную волну, и эти характеристики определяют название, которое мы даем этой конкретной группе длин волн.

Скорость

Скорость электромагнитных волн в вакууме составляет приблизительно 186 000 миль в секунду или 300 000 километров в секунду, что равно скорости света. Когда эти волны проходят сквозь материю, они немного замедляются в зависимости от их длины.

Частота

Частота любой формы волны равна скорости, деленной на длину волны. Единицы измерения — циклы в секунду или герцы.

Создание и обнаружение

Когда электроны движутся, они создают магнитное поле.Когда электроны движутся вперед и назад или колеблются, их электрическое и магнитное поля изменяются вместе, образуя электромагнитную волну. Это колебание может происходить из-за того, что атомы нагреваются и, таким образом, быстро движутся, или из-за электричества переменного тока.

Противоположный эффект возникает, когда электромагнитная волна ударяет по материи. В таком случае он может заставить атомы вибрировать, выделяя тепло, или он может заставить электроны колебаться, в зависимости от длины волны излучения.

Источники электромагнитного излучения

Электромагнитное излучение исходит от всего вещества с температурой выше абсолютного нуля.Температура — это мера средней энергии колеблющихся атомов, и эта вибрация заставляет их испускать электромагнитное излучение. По мере повышения температуры испускается больше излучения и более короткие волны электромагнитного излучения.

Источники длинных волн

Электронные устройства излучают микроволны, радио и телевизионные волны. Искры и переменный ток вызывают колебания соответствующей частоты.

Источники видимого света

Видимый свет излучается материей, температура которой превышает 700 градусов Цельсия.Этот предмет считается раскаленным. Солнце, огонь и обычная лампочка — это источники света накаливания.

Когда элемент в электрической плите нагревается, он испускает инфракрасное излучение, а затем, когда он становится горячее, чем 700 градусов, он начинает светиться. Видимый свет излучается горячим элементом.

(Дополнительную информацию см. В разделе «Видимый свет».)

Источники коротких волн

Разбивая электроны высокой энергии на другие частицы, такие как атомы металла, создаются рентгеновские лучи.

(Для получения дополнительной информации см. Рентгеновские снимки.)

Гамма-лучи излучаются ядерными реакциями, атомными бомбами и взрывами на Солнце и других звездах.

Детекторы электромагнитного излучения

Существует несколько типов детекторов электромагнитного излучения. Нам известны наиболее распространенные из них для обнаружения видимого света: глаз, фотопленка и детекторы некоторых калькуляторов. Ваша кожа также может обнаруживать видимый свет и инфракрасные тепловые лучи.

Электронные устройства необходимы для обнаружения большей части длинных волн, например радиоволн. Специальная пленка может обнаруживать более короткие волны, такие как рентгеновские лучи

Сводка

Электромагнитные волны — это поперечные волны, движущиеся со скоростью света. Спектр их длин волн дает волны, которые используются во многих наших полезных устройствах. Волны образованы теплом, электроникой и ядерными силами.

Научиться мыслить логически

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Электромагнитное излучение — Википедия

Ресурсы электромагнитных волн

Физические ресурсы

Книги

Лучшие книги по электромагнитным волнам

Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если это так, отправьте свой отзыв по электронной почте.Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.

Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
электромагнитный_waves.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.

Авторские права © Ограничения

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Физические темы

Обзор электромагнитных волн

электромагнитное излучение | Спектр, примеры и типы

Электромагнитное излучение , в классической физике, поток энергии с универсальной скоростью света через свободное пространство или через материальную среду в виде электрических и магнитных полей, которые составляют электромагнитные волны, такие как радиоволны, видимый свет, и гамма-лучи.В такой волне изменяющиеся во времени электрическое и магнитное поля взаимно связаны друг с другом под прямым углом и перпендикулярно направлению движения. Электромагнитная волна характеризуется своей интенсивностью и частотой ν изменения электрического и магнитного полей во времени.

Британская викторина

Тест «Дело и другое»

Согласно Британике, физика фокусируется на «структуре материи и взаимодействиях между фундаментальными составляющими наблюдаемой Вселенной.”Проверьте свои знания о материи и многое другое с помощью этой викторины.

С точки зрения современной квантовой теории электромагнитное излучение — это поток фотонов (также называемых квантами света) через пространство. Фотоны — это пакеты с энергией ч ν, которые всегда движутся с универсальной скоростью света. Символ h — это постоянная Планка, а значение ν такое же, как и частота электромагнитной волны в классической теории. Фотоны, имеющие одинаковую энергию h ν, все похожи, и их плотность числа соответствует интенсивности излучения.Электромагнитное излучение проявляет множество явлений, поскольку оно взаимодействует с заряженными частицами в атомах, молекулах и более крупных материальных объектах. Эти явления, а также способы создания и наблюдения электромагнитного излучения, способ, которым такое излучение встречается в природе, и его технологические применения зависят от его частоты ν. Спектр частот электромагнитного излучения простирается от очень низких значений в диапазоне радиоволн, телевизионных волн и микроволн до видимого света и за его пределами до значительно более высоких значений ультрафиолетового света, рентгеновских лучей и гамма-лучей.

В этой статье обсуждаются основные свойства и поведение электромагнитного излучения, а также его различные формы, включая источники, отличительные характеристики и практическое применение. В статье также прослеживается развитие как классической, так и квантовой теории излучения.

Общие соображения

Возникновение и важность

Около 0,01 процента массы / энергии всей Вселенной происходит в форме электромагнитного излучения.В нее погружена вся человеческая жизнь, и современные коммуникационные технологии и медицинские услуги особенно зависят от той или иной ее формы. Фактически, все живые существа на Земле зависят от электромагнитного излучения, получаемого от Солнца, и от преобразования солнечной энергии путем фотосинтеза в растительную жизнь или путем биосинтеза в зоопланктон, основной этап пищевой цепи в океанах. Глаза многих животных, в том числе человека, приспособлены к тому, чтобы быть чувствительными и, следовательно, видеть самую обильную часть электромагнитного излучения Солнца, а именно свет, который составляет видимую часть его широкого диапазона частот.Зеленые растения также обладают высокой чувствительностью к максимальной интенсивности солнечного электромагнитного излучения, которое поглощается веществом, называемым хлорофиллом, который необходим для роста растений посредством фотосинтеза.

фотосинтез

Схема фотосинтеза, показывающая, как вода, свет и углекислый газ поглощаются растением для производства кислорода, сахара и большего количества углекислого газа.

Encyclopædia Britannica, Inc.
Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской.Подпишитесь сегодня

Практически все виды топлива, которые использует современное общество — газ, нефть и уголь — представляют собой запасенные формы энергии, полученные от Солнца в виде электромагнитного излучения миллионы лет назад. Только энергия ядерных реакторов исходит не от Солнца.

Повседневная жизнь наполнена искусственно созданным электромагнитным излучением: пища нагревается в микроволновых печах, самолеты управляются с помощью радиолокационных волн, телевизоры принимают электромагнитные волны, передаваемые радиовещательными станциями, а инфракрасные волны от обогревателей обеспечивают тепло.Инфракрасные волны также излучаются и принимаются автоматическими самофокусирующимися камерами, которые с помощью электроники измеряют и устанавливают правильное расстояние до объекта, который нужно сфотографировать. Как только солнце садится, включаются лампы накаливания или люминесцентные лампы для искусственного освещения, и города ярко светятся красочными люминесцентными и неоновыми лампами рекламных вывесок. Знакомо и ультрафиолетовое излучение, которое глаза не видят, но действие которого ощущается как боль от солнечного ожога. Ультрафиолетовый свет представляет собой разновидность электромагнитного излучения, которое может быть опасным для жизни.То же самое можно сказать и о рентгеновских лучах, которые важны в медицине, поскольку они позволяют врачам наблюдать за внутренними частями тела, но воздействие на которые должно быть сведено к минимуму. Менее известны гамма-лучи, которые возникают в результате ядерных реакций и радиоактивного распада и являются частью вредного высокоэнергетического излучения радиоактивных материалов и ядерного оружия.

Типы волн — электромагнитные, механические и материальные волны

Типы волн:

Обычно нас окружают волны, это могут быть звуковые волны, радиоволны, волны воды, синусоидальные волны, косинусные волны, струнные волны, обтягивающие волны и т. Д.Они создаются из-за нарушения. Есть три типа волн. Это следующие:

1. Механические волны:

Эти волны действуют как распространение возмущения в материальной среде из-за повторяющегося периодического движения частиц среды вокруг их среднего положения, при этом возмущение передается от одна частица к другой.

Импульс и энергия распространяются за счет движения частиц среды. Но среда остается в прежнем положении, и массоперенос здесь невозможен.Распространение может происходить из-за инерционных и упругих свойств среды, и эти волны не могут проходить через вакуум.

Примеры: Вибрация струны, волны цунами, звуковые волны, ультразвук, внутренние водные волны, колебания весной и волны на ходу и т. Д.

Механические волны подразделяются на два типа. Они приведены ниже:

Поперечные волны — это возмущение в среде, при котором частицы среды колеблются вокруг своего среднего положения под прямым углом к ​​направлению распространения волны.Это движение имеет место и продолжается в циклическом или периодическом образце.

Среда содержит частицы, которые колеблются в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны, являющейся поперечной волной. Происходит образование впадины и гребня, а также существует возможность поляризации поперечной волны. Примерами поперечных волн являются рябь на поверхности воды, колебания струн и т. Д.

Ниже приводится схематическое изображение поперечной волны, в которой частицы среды колеблются в направлении, перпендикулярном направлению распространения:

Получение энергии от электромагнитных волн

Показана метаповерхность, используемая для сбора электромагнитной энергии.Предоставлено: О. Рамахи / У. Ватерлоо.

Для нашего современного, технологически развитого общества, в котором технологии стали решением множества проблем, энергия имеет решающее значение не только для роста, но и, что более важно, для выживания. Солнце — обильный и практически бесконечный источник энергии, поэтому исследователи по всему миру стремятся создать новые подходы к «сбору» чистой энергии солнца или передаче этой энергии другим источникам.

На этой неделе в журнале Applied Physics Letters , изданном AIP Publishing, исследователи из Университета Ватерлоо в Канаде сообщают о новой конструкции для сбора электромагнитной энергии, основанной на «концепции полного поглощения».«Это предполагает использование метаматериалов, которые могут быть адаптированы для создания среды, которая не отражает и не передает никакой энергии, что позволяет полностью поглощать падающие волны в определенном диапазоне частот и поляризаций.

«Растущий спрос на электроэнергию во всем мире является основным фактором, стимулирующим наши исследования», — сказал Тамер Алмониф, доктор философии. студент. «Сегодня более 80 процентов нашей энергии вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива, которое одновременно вредно для окружающей среды и нерационально.В нашей группе мы пытаемся помочь разрешить энергетический кризис за счет повышения эффективности электромагнитных систем сбора энергии ».

С момента создания сбора и сбора электромагнитной энергии использовались классические дипольные патч-антенны. «Теперь наша технология представляет« метаповерхности », которые намного лучше собирают энергию, чем классические антенны», — пояснил Омар М. Рамахи, профессор электротехники и вычислительной техники.

Метаповерхности образуются путем травления поверхности материала элегантным узором периодических форм.Конкретные размеры этих паттернов и их близость друг к другу могут быть настроены для обеспечения поглощения энергии, близкой к единице. Эта энергия затем направляется к нагрузке через проводящий путь, который соединяет метаповерхность с заземленной поверхностью.

Ключевое значение работы исследователей заключается в том, что она впервые демонстрирует возможность собирать практически всю электромагнитную энергию, падающую на поверхность.

«Обычные антенны могут направлять электромагнитную энергию на нагрузку, но с гораздо более низким уровнем эффективности поглощения энергии», — сказал Рамахи.«Мы также можем направить поглощенную энергию в нагрузку, вместо того, чтобы энергия рассеивалась в материале, как это было сделано в предыдущих работах».

Как вы понимаете, эта работа имеет широкий спектр применения. Среди наиболее важных — космическая солнечная энергия — новая критически важная технология, которая может значительно помочь решить проблему нехватки энергии. Он преобразует солнечные лучи в микроволны — используя обычные фотоэлектрические солнечные панели — и затем передает микроволновую энергию на фермы микроволновых коллекторов в определенных местах на Земле.Япония находится далеко впереди остального мира в этой сфере, с планами начать сбор солнечной энергии из космоса к 2030 году.

«Наши исследования позволяют добиться значительно более высокого поглощения энергии, чем у классических антенн», — сказал Рамахи. «Это приводит к значительному сокращению воздействия на поверхность, занимаемую сбором энергии. Недвижимость является ценным товаром для поглощения энергии — будь то энергия ветра, воды, солнца или электромагнитной энергии».

Другие ключевые приложения включают «беспроводную передачу энергии — напрямую адаптируемую для питания удаленных устройств, таких как устройства RFID и метки, или даже удаленные устройства в целом», — отметил Рамахи.

Технология также может быть расширена до инфракрасного и видимого спектров. «Мы уже расширили нашу работу на инфракрасный частотный режим и надеемся очень скоро сообщить о почти единичном поглощении в этих высокочастотных режимах», — добавил Рамахи.

Видео: Солнечная энергия от деревьев, собирающих энергию

Дополнительная информация:
«Сборщик электромагнитной энергии из метаматериалов с почти единичной эффективностью», Тэмер С.Алмониф и Омар М. Рамахи, Applied Physics Letters от 14 апреля 2015 г. DOI: 10.1063 / 1.4916232

Предоставлено
Американский институт физики

Ссылка :
Сбор энергии из электромагнитных волн (2015, 14 апреля)
получено 14 ноября 2020
с https: // физ.org / news / 2015-04-gathering-energy-electromagnetic.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

электромагнитных волн | Примечания, видео, контроль качества и тесты | 9 класс> Наука> Легкий

Обзор

Электромагнитные волны — это волны, переносящие энергию за счет изменений электрического и магнитного полей.Инфракрасное излучение, видимый свет и ультрафиолетовое излучение являются примерами электромагнитных волн. В этом примечании содержится информация об электромагнитных волнах.

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны — это волны, переносящие энергию за счет изменения электрического и магнитного полей. Инфракрасное излучение, видимый свет и ультрафиолетовое излучение являются примерами электромагнитных волн.

Видимый свет

Видимый свет определяется как форма электромагнитного излучения или длины волны, видимой человеческим глазом. Видимый свет создается пламенем и газоразрядными трубками. Длина волны видимого света колеблется от 4 \ (\ times \) 10 ^-7 м до 8 \ (\ times \) 10 ^-7 м. Длинноволновый видимый свет — это красный свет с 8 \ (\ times \), а коротковолновый видимый свет — фиолетовый с 4 \ (\ times \) 10 ^-7 мкм. Частотный диапазон видимого света составляет от 400 до 790 ТГц.Видимый свет используется в общении.

Инфракрасное излучение

Это форма электромагнитного излучения, невидимого для человеческого глаза. Длина волны инфракрасного излучения колеблется от 10 ^-5 м до 5 \ (\ times \) 10 ^-3 м. Мы не видим инфракрасное излучение, но можем чувствовать его тепло. Частотный диапазон инфракрасного излучения составляет от 430 ТГц до 300 ГГц. Инфракрасный используется в ночном видении там, где недостаточно света. Он также используется для отслеживания, обогрева и связи.Солнце также испускало инфракрасное излучение. Мы не можем видеть их, поскольку они невидимы, но мы чувствуем жар или тепло из-за инфракрасного излучения солнца, когда находимся на солнце.

Радиоволны

Радиоволны — это разновидность электромагнитного излучения. Он широко используется в коммуникациях, на телевидении, в сотовых телефонах, радио и т. Д. Он используется для передачи данных в закодированной форме. В виде радара он также используется для отправки сигналов и улавливания их отражений от объектов на их пути.Он имеет самую длинную волну среди всего электромагнитного спектра. Длина радиоволн колеблется от 10 ^-4 м до 5 \ (\ times \) 10 ⁴ м. Он создается электрическими колебаниями и обнаруживается радиоприемниками или подобными настроенными схемами. Частота радиоволн находится в диапазоне от 300 ГГц до 3 Гц.

Ультрафиолетовое излучение

Ультрафиолетовое излучение — это форма электромагнитного излучения с длиной волны от 5 \ (\ times \) 10 ^-9 м до 5 \ (\ times \) 10 ^-7 м.Он имеет более короткую длину волны, чем видимый свет, но длиннее, чем рентгеновские лучи. Он присутствует на солнце. Он стимулирует выработку витамина D в нашем организме, но вреден для глаз и кожи. В озоновом слое он производит озоновый газ. Ультрафиолетовое излучение широко используется в промышленных процессах, а также в медицине и стоматологии для различных целей, таких как уничтожение бактерий, создание флуоресцентных эффектов, отверждение красок и смол, фототерапия и загар.

Рентгеновские лучи и γ-лучи

Рентгеновские лучи и γ-лучи — это электромагнитное излучение, такое как радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение и т. Д.Длина волны рентгеновского и γ-излучения составляет менее 5 \ (\ times \) 10 ^-8 м. Это электромагнитное излучение высокой энергии или высокой частоты. Γ-лучи образуются при радиоактивном распаде и ядерной реакции. Рентгеновские лучи производятся электронами. Рентгеновские лучи используются в больницах в медицинских целях. Гамма-лучи используются в медицине для лечения рака.

Разница между ультрафиолетовыми лучами и рентгеновскими лучами

Разница между ультрафиолетовыми и инфракрасными лучами.

Что нужно помнить

• Электромагнитные волны — это волны, переносящие энергию за счет изменений электрического и магнитного полей.
• Видимый свет определяется как форма электромагнитного излучения или длины волны, видимой человеческим глазом.
• . Длина волны инфракрасного излучения колеблется от 10 ^-5 м до 5 \ (\ times \) 10 ^-3 м.
• Ультрафиолетовое излучение — это форма электромагнитного излучения с длиной волны от 5 \ (\ times \) 10 ^-9 м до 5 \ (\ times \) 10 ^-7 м.
• Длина волны рентгеновского и гамма-лучей составляет менее 5 \ (\ times \) 10 ^-8 м.
• Рентгеновские лучи производятся электронами. Рентгеновские лучи используются в больницах в медицинских целях. Гамма-лучи используются в медицине для лечения рака.

• Это включает в себя все отношения, которые установились между людьми.
• В обществе может быть более одного сообщества. Сообщество меньше, чем общество.
• Это сеть социальных отношений, которые нельзя увидеть или потрогать.
• общие интересы и общие цели не нужны обществу.

Видео для электромагнитных волн

Рассеивание света

Рассеивание белого света

Свет и цвет Билл Най

Вопросы и ответы

Процесс разделения белого света на семь видимых цветов известен как рассеивание света.
Рассеивание света можно увидеть через призму, в радуге, мыльных пузырях и т. Д.

Скорость всех цветов в вакууме одинакова.Когда белый свет попадает в более плотную среду, скорость, а также длина волны каждого цвета уменьшается, и они разделяются друг с другом. При выходе из среды его скорость увеличивается по сравнению с исходным значением. Красный свет имеет максимальную скорость, тогда как фиолетовый свет имеет минимальную скорость в более плотной среде.
Итак, красный свет отклоняется меньше всего, а фиолетовый свет отклоняется больше всего, а другие цвета лежат между красным и фиолетовым. Это причина разброса.

Призма имеет треугольную форму.Когда луч света попадает в грань AB призмы, он преломляется в сторону BC и падает на грань AC. Когда лучи попадают в воздух из стекла, они разделяются друг с другом. Следовательно, призма рассеивает белый свет.

Две противоположные поверхности стеклянной плиты параллельны друг другу.Поверхность AB преломляет луч света и дает спектр из семи цветов. Когда эти цвета попадают на поверхность компакт-диска, все цвета смешиваются, и белый свет снова выходит в воздух. Вот почему свет не рассеивается при прохождении через стеклянную пластину.

1. Рассеяние света показано на рисунке.
2. Цвет луча A красный, а цвет луча B фиолетовый.
3. Это потому, что его скорость и длина волны наименьшие.
4. Чуть выше A находятся инфракрасные лучи, а чуть ниже луча B находятся ультрафиолетовые лучи.

1. Инфракрасные лучи: лучи с большей длиной волны, чем красные лучи, называются инфракрасными лучами.Это невидимые лучи, расположенные чуть выше красного цвета в спектре. Особенностью является то, что он невидим.
2. Ультрафиолетовые лучи: Лучи с более короткой длиной волны, чем у фиолетовых лучей, называются УФ-лучами. Они также невидимы и лежат чуть ниже фиолетового цвета в спектре

.

Два преимущества ультрафиолетовых лучей заключаются в следующем:

1. Уничтожает бактерии воздуха.
2. Он превращает гормон эргостерин нашей кожи в витамин D, который необходим нашему организму.

У ультрафиолетовых лучей есть два недостатка:

1. Он обжигает нашу кожу и делает ее черной.
2. Избыток УФ-лучей разрушает сетчатку наших глаз, что приводит к слепоте.

1. Уровень ртути на термометре повышается, когда он помещается выше луча 1, потому что там находятся инфракрасные лучи и он имеет больше тепловой энергии.
2. Луч света попадает в призму и преломляется. Спектр, сформированный призмой, проходит через перевернутую призму, и все цвета смешиваются. Наконец-то из призмы появился белый свет. Так что в этом случае разброса не происходит.

Электромагнитные волны классифицируются по их длине волны или частоте.Диапазон длины или частоты электромагнитных волн называется электромагнитным спектром.

Основные свойства электромагнита следующие:

1. Они имеют поперечную волну.
2. На них не действуют электрические и магнитные поля.
3. Они подчиняются законам отражения и преломления.

Световые волны с широким диапазоном длин волн (от 10-5 м до 5 x 104 м), лежащие в спектре сразу за пределами инфракрасной области, называются радиоволнами.
Радиоволны не вредны для нашего организма, потому что они имеют большую длину волны и очень низкую частоту и обладают меньшей проникающей способностью.

Использование рентгеновских лучей и у-лучей заключается в следующем:

1. Для наблюдения за внутренними органами тела
2. Для уничтожения опасных раковых клеток и опухолей в организме

Электромагнитный спектр: Домашняя страница

Что такое электромагнитный спектр? Ученые обнаружили, что многие типы волн могут быть объединены как ноты на клавиатуре фортепиано, чтобы сформировать гамму. Низкий ноты ‘имеют низкую частоту и большую длину волны. Высокий ноты ‘имеют высокую частоту и короткую длину волны. Когда мы скажите «волна», вы можете подумать о волне на море. Там красиво и очевидно, что происходит — поверхность моря колеблется вверх и вниз. Звуковая волна — это частицы воздуха, которые колеблются. Так что вибрирует при прохождении электромагнитной волны? Это не так просто. Электромагнитные волны — это колебания магнитного и электрического поля. Поэтому они не нужен воздух, чтобы путешествовать. Им ничего не нужно быть там вообще. Внимание: не зацикливайтесь на этой клавиатуре — звуковые волны НЕ является частью электромагнитного спектра Что мне нужно знать об этом? Для экзаменов GCSE вам необходимо знать: называет типов волн г. заказ , что они устроены. г. использует каждого тип волны. Как каждый тип волны сделан . г. опасности из каждый тип волны. Все электромагнитные волны могут пересекать вакуум . Все электромагнитные волны распространяются со скоростью света . Наконечники Красные слова на этом веб-сайте являются ключевыми. Откуда берутся волны? Ты почти всегда можешь получить оценку за слово «звезды» — они выдают много! Как правило, чем выше частота, тем больше опасность. Как волны вписываются в электромагнитный спектр? Все из них — «электромагнитные волны». Это означает, что, хотя они кажутся очень разными, на самом деле все они сделаны из одного вида вибраций — но у разные частоты . Используйте кнопки вверху страницы, чтобы узнать о волнах Как мне все это запомнить? Попробуйте: Кролики Мате В Очень Необычное недорого Сады значение: Радио Микроволны Инфракрасный Видимый свет Ультрафиолетовый Рентгеновские лучи Гамма-лучи Что означают «длина волны» и «частота»? Длина волны в значительной степени означает то, что он говорит — длину одной волны. Точнее означает расстояние от пика одна волна до пика на следующей волне . Строго говоря, » расстояние от любой точки на волне до той же точки на следующий цикл волны ». Пики — просто удобные места измерить от. Может быть измерено в: километров км 1000 метров метров м Ой, да ладно, ты знаешь, какой большой метр! см см> Сотая метра.Но вы это уже знаете. миллиметров мм 1/1000 метра. Эти крошечные линии на твоей линейке! нм нм 1/1000000000 метра. Или, если хотите, миллионную долю миллиметра. Маленький! Частота — это слово, используемое в математике для обозначения «как часто что-то происходит». Для волн это «, сколько волн в секунду » Это может быть измерен в: Гц Гц 1 Гц означает 1 волна в секунду килогерц кГц 1 кГц — это 1000 волн в секунду мегагерц МГц 1 МГц — это 1 миллион волн в секунду. alexxlab Посмотреть все записи автора alexxlab → Вам также может понравиться Токи обратной прямой и нулевой последовательности: Метод симметричных составляющих в электротехнике (ТОЭ) 11.09.197026.12.2021 Действующее значение напряжения 220 вольт его амплитудное значение: Чему равно амплитудное значение напряжения, если действующее значение равно 220 В? 06.08.202114.11.2020 Сельсины что такое: Сельсины. Виды и режимы работы. Принцип действия и особенности 09.05.202102.10.2020 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт