Mavzu: Yassi elektromagnit to’lqinlarning nurlanishi

? nurlari. Bunday nurlar yadro reaktsiyalari va elementar zarralar orasidagi reaktsiyalar natijasida hosil bo'ladi. ? nurlari biologik ob'ektlarga katta zararli ta'sir ko'rsatadi. Biroq, ular fizikada atom yadrosining turli xil xususiyatlarini o'rganish uchun ishlatiladi.
Elektromagnit to'lqinning energiyasi elektr va magnit maydonlarning energiyalari yig'indisi bilan aniqlanadi. Kosmosning ma'lum bir nuqtasidagi energiya zichligi quyidagi ifoda bilan beriladi:
.
Vaqt bo'yicha o'rtacha energiya zichligi.
,
Bu erda E 0 \u003d H 0 to'lqin amplitudasi.
Elektromagnit to'lqinning energiya oqimining zichligi katta ahamiyatga ega. Xususan, optikada nurli oqimni aniqlaydi. Elektromagnit to'lqinning energiya oqimining zichligi Umov-Poynting vektori bilan belgilanadi.

Elektromagnit to'lqinlarning muhitda tarqalishi vakuumda tarqalish bilan solishtirganda bir qator xususiyatlarga ega. Ushbu xususiyatlar muhitning xususiyatlari bilan bog'liq va odatda elektromagnit to'lqinning chastotasiga bog'liq. To'lqinning elektr va magnit tarkibiy qismlari muhitni qutblanishiga va magnitlanishiga olib keladi. Kam va yuqori chastotalar holatida vositaning bunday javobi bir xil emas. Elektromagnit to'lqinning past chastotasida elektronlar va magnit maydonlarning intensivligidagi o'zgarishlarga moddaning elektronlari va ionlari javob berishlari kerak. O'rta vositaning javobi to'lqinlarning vaqtincha o'zgarishini kuzatadi. Yuqori chastotada moddaning elektronlari va ionlari to'lqin maydonlarining tebranishi davrida siljishga vaqtlari yo'q, shuning uchun muhitning polarizatsiyasi va magnitlanishi ancha kam.
Past chastotali elektromagnit maydon metallarga kirmaydi, bu erda ko'p miqdorda erkin elektronlar elektromagnit to'lqinni to'liq o'zlashtiradi. Elektromagnit to'lqin metallga ma'lum bir chastotadan yuqori chastotada kirib borishni boshlaydi, bu plazma chastotasi deb ataladi. Plazma chastotasidan past chastotalarda elektromagnit to'lqin metallning sirt qatlamiga kirib borishi mumkin. Ushbu hodisa terining ta'siri deb ataladi.
Dielektriklarda elektromagnit to'lqinning dispersiya qonuni o'zgaradi. Agar elektromagnit to'lqinlar doimiy amplituda vakuumda tarqalsa, u holda ular so'rilish sababli muhitda parchalanadi. Bunday holda, to'lqin energiyasi muhitning elektronlariga yoki ionlariga o'tkaziladi. Umumiy holda, magnit effektlar bo'lmaganda dispersiya qonuni shakllanadi

Bu erda k to'lqin soni - bu kompleksning miqdori, elektromagnit to'lqinning amplitudasining pasayishini tavsiflovchi vositaning chastotaga bog'liq bo'lgan dielektrik doimiysi.
Anizotrop muhitda elektr va magnit maydon intensivligi vektorlarining yo'nalishi to'lqin tarqalish yo'nalishiga mutlaqo perpendikulyar emas. Biroq, elektr va magnit indüksiyon vektorlarining yo'nalishi bu xususiyatni saqlab qoladi.
Muayyan sharoitlarda elektromagnit to'lqinning yana bir turi tarqalishi mumkin - uzunlamasına elektromagnit to'lqin, buning uchun elektr maydoni vektorining yo'nalishi to'lqin tarqalish yo'nalishi bilan mos keladi.
Yigirmanchi asrning boshlarida, mutlaqo qora tananing emissiya spektrini tushuntirish uchun Maks Plank elektromagnit to'lqinlarni chastotaga mutanosib energiya bilan kvant orqali chiqarilishini taklif qildi. Bir necha yil o'tgach, Albert Eynshteyn fotoelektr effektining fenomenini tushuntirib, bu fikrni kengaytirdi va elektromagnit to'lqinlar xuddi shu kvant tomonidan so'rilishini taklif qildi. Shunday qilib, elektromagnit to'lqinlar, ilgari moddiy zarralar, korpuskalarga tegishli bo'lgan ba'zi xususiyatlar bilan ajralib turishi aniq bo'ldi.
Ushbu g'oya to'lqin zarrachalarining ikkitomonlama xususiyati deb nomlanadi.
Elektromagnit tabiatning nurlanishi butun olamni qamrab olishini kam odam biladi. Elektromagnit to'lqinlar uning kosmosda tarqalishi paytida ro'y beradi. To'lqinlarning chastotasiga qarab, ular shartli ravishda ko'rinadigan yorug'likka, radiochastota spektriga, infraqizil diapazonlarga va boshqalarga bo'linadi. Elektromagnit to'lqinlarning amaliy mavjudligi 1880 yilda nemis olimi G.Xerts tomonidan eksperimental ravishda isbotlangan (aytmoqchi, chastota birligi uning sharafiga nomlangan).
Fizika kursidan ma'lumki, materiyaning o'ziga xos turi nima. Ko'rish bilan uning ozgina qismini ko'rish mumkinligiga qaramay, uning moddiy olamga ta'siri juda katta. Elektromagnit to'lqinlar magnit va elektr maydon kuchlarining o'zaro ta'sir qiluvchi vektorlari fazosida ketma-ket tarqalishdir. Biroq, bu holda "taqsimlash" so'zi mutlaqo to'g'ri emas: bu bo'shliqni to'lqinga o'xshash buzilishdir. Elektromagnit to'lqinlar paydo bo'lishining sababi vaqt o'tishi bilan o'zgarib turadigan elektr maydonining paydo bo'lishi. Ma'lumki, elektr va magnit maydonlar o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri aloqa mavjud. Har qanday oqim o'tkazuvchisi atrofida magnit maydon mavjud bo'lgan qoidani eslash kifoya. Elektromagnit to'lqinlardan ta'sirlangan zarracha tebranishni boshlaydi va harakat mavjud bo'lganligi sababli energiya radiatsiyasi mavjud. Elektr maydoni dam olish paytida qo'shni zarrachaga o'tkaziladi, natijada yana elektr tabiat maydoni hosil bo'ladi. Maydonlar bir-biri bilan bog'langanligi sababli keyingi magnit paydo bo'ladi. Jarayon ko'chkiga o'xshaydi. Bunday holda, haqiqiy harakat bo'lmaydi, ammo zarrachalar tebranishlari mavjud.
Bunday fizikadan amaliy foydalanish imkoniyati uzoq vaqtdan beri o'ylab topilgan. Zamonaviy dunyoda elektromagnit to'lqinlarning energiyasi shu qadar keng tarqalganki, ko'pchilik buni sezmay ham, odatdagidek qabul qilayapti. Bunga radio to'lqinlari yaqqol misol bo'la oladi, ularsiz televizorlar va mobil telefonlardan foydalanish mumkin emas edi.
Jarayon quyidagicha: modulyatsiyalangan metall o'tkazgich doimiy ravishda maxsus shakldagi metall o'tkazgichga uzatiladi (elektr tokining xususiyatlari tufayli) va keyinchalik o'tkazgich atrofida magnit maydon paydo bo'ladi, buning natijasida elektromagnit to'lqinlar chiqariladi. Modulyatsiya qilinganligi sababli, ular ma'lum bir buyurtma, kodlangan ma'lumotlarni olib yurishadi. Kerakli chastotalarni ushlab turish uchun qabul qiluvchiga maxsus qabul qiluvchi antenna o'rnatilgan. Umumiy elektromagnit fondan kerakli chastotani tanlashga imkon beradi. Bir marta metall qabul qilgichda to'lqinlar qisman boshlang'ich modulyatsiyaning elektr tokiga aylanadi. Keyin ular kuchaytiruvchi qismga kirib, qurilmaning ishlashini boshqaradilar (ular karnay konusini siljitadilar, televizor ekranlarida elektrodlarni aylantiradilar).
Elektromagnit to'lqinlardan olingan tokni osongina ko'rish mumkin. Buning uchun ta'sirlangan simni antennadan qabul qilgichga umumiy massaga tegizish kifoya qiladi (radiatorlar, Ayni paytda massa va yadro o'rtasida uchqun paydo bo'ladi - bu antenna tomonidan ishlab chiqarilgan tokning namoyon bo'lishi. Uning qiymati yaqinroq va kuchliroq. Antennaning konfiguratsiyasi sezilarli ta'sir ko'rsatadi.
Kundalik hayotda ko'p duch keladigan elektromagnit to'lqinlarning yana bir namoyon bo'lishi mikroto'lqinlardan foydalanishdir. Maydon intensivligining aylanadigan chiziqlari ob'ektni kesib o'tadi va ularning energiyasining bir qismini uzatadi, uni isitadi.
Fizikaga ko'ra, elektromagnit to'lqinlar ba'zi sirli narsalardir. Ularda energiya aslida hech qaerga yo'qoladi, qaerda ekanligi aniq emas. Ilm-fanning boshqa birida shunga o'xshash narsa mavjud emas. Bu ajoyib ajoyib o'zaro bog'liqliklar qanday amalga oshiriladi?
Maksvell elektrodinamikasi
Bularning barchasi 1865 yilda olim Maksvell Faradayning ishiga asoslanib, elektromagnit maydon tenglamasini aniqlaganligi bilan boshlandi. Maksvellning o'zi ham uning tenglamalari efirdagi to'lqinlarning burish va kuchlanishini tasvirlab berganiga ishongan. Yigirma uch yil o'tgach, Gerts eksperimental ravishda bunday buzilishlarni o'rtada yaratdi va ularni nafaqat elektrodinamika tenglamalari bilan muvofiqlashtirish, balki bu buzilishlarning tarqalishini boshqaruvchi qonunlarni olish ham mumkin edi. Elektromagnit xususiyatga ega bo'lgan Hertz to'lqinlari bilan bog'liq bo'lgan har qanday buzilishlarni e'lon qilishning qiziquvchan tendentsiyasi mavjud edi. Biroq, bu chiqindilar energiya uzatishning yagona usuli emas.

Simsiz ulanish
Bugungi kunda bunday simsiz aloqani amalga oshirishning mumkin bo'lgan variantlari quyidagilardan iborat:
Elektrostatik mufta, bu kapasitiv ulanish deb ham ataladi;
Induksiya;
Oqim;
Tesla ulanishi, ya'ni elektron zichligi to'lqinlarining Supero'tkazuvchilar sirtga ulanishi;
Elektromagnit to'lqinlar deb ataladigan eng keng tarqalgan tashuvchilarning eng keng diapazoni - ultra past chastotalardan tortib to gamma nurlanishigacha.
Ushbu turdagi aloqa turlarini batafsil ko'rib chiqishga arziydi.
Elektrostatik birikma
Ikki dipol kosmosda elektr kuchlari bilan bog'langan, bu Coulomb qonunining natijasidir. Ushbu bog'lanish turi elektromagnit to'lqinlardan bir xil chiziqda joylashganida dipollarni bog'lash qobiliyati bilan farq qiladi. Borgan sari uzoqlashganda muftaning kuchi pasayadi va turli shovqinlarning kuchli ta'siri ham kuzatiladi.
Induksion ulanish
Indüktansning tarqoq magnit maydonlariga asoslangan. Indüktansa ega bo'lgan narsalar orasida kuzatiladi. Qisqa masofa tufayli uni ishlatish ancha cheklangan.

Joriy aloqa

Tarqalgan toklar tufayli ma'lum bir o'zaro ta'sir o'tkazuvchan muhitda yuzaga keladi. Agar oqim terminallar orqali (bir juft kontakt) o'tkazilsa, unda xuddi shu toklarni kontaktlardan sezilarli masofada aniqlash mumkin. Bu hozirgi tarqalish effekti deb nomlanadi.
Tesla aloqasi
Mashhur fizik Nikola Tesla Supero'tkazuvchilar yuzasida to'lqinlar yordamida aloqani ixtiro qildi. Agar tekislikning biron bir nuqtasida zaryad tashuvchisining zichligi buzilgan bo'lsa, unda bu tashuvchilar harakatlana boshlaydi, bu esa muvozanatni tiklashga moyil bo'ladi. Tashuvchilar inertial xususiyatga ega bo'lganligi sababli, tiklanish to'lqinlarga o'xshashdir.

Elektromagnit muftasi
Elektromagnit to'lqinlarning nurlanishi ulkan uzoq masofalar bilan tavsiflanadi, chunki ularning amplitudasi manbaga bo'lgan masofaga teskari proportsionaldir. Aynan simsiz aloqaning ushbu usuli eng katta tarqatishni oldi. Ammo elektromagnit to'lqinlar nima? Avval siz ularning kashfiyot tarixiga qisqa ekskursiya qilishingiz kerak.
Elektromagnit to'lqinlar qanday paydo bo'ldi?
Bularning barchasi 1829 yilda, amerikalik fizik Genri Leydendagi banklar bilan tajribalarda elektr tokida uzilishlar aniqlanganida boshlandi. 1832 yilda fizik Faraday elektromagnit to'lqinlar kabi jarayonning mavjudligini taklif qildi. Maksvell 1865 yilda o'zining mashhur elektromagnetizm tenglamalarini yaratdi. O'n to'qqizinchi asrning oxirida elektrostatik va elektromagnit indüksiyondan foydalangan holda simsiz aloqani yaratishda ko'plab muvaffaqiyatli urinishlar bo'ldi. Mashhur kashfiyotchi Edison temir yo'l yo'lovchilariga poezd harakatlanayotganda telegramma yuborish va qabul qilish imkonini beradigan tizimni ixtiro qildi. 1888 yilda G. Xertz elektromagnit to'lqinlar vibrator deb nomlangan asbob yordamida paydo bo'lishini aniq isbotladi. Xertz elektromagnit signalni masofadan uzatishda tajriba o'tkazdi. 1890 yilda frantsiyalik muhandis va fizik Branli elektromagnit nurlanishni ro'yxatga olish uchun asbob ixtiro qildi. Keyinchalik, ushbu qurilma "radio o'tkazgich" (kogerer) deb nomlandi. 1891-1893 yillarda Nikola Tesla signallarni uzoq masofalarga uzatishning asosiy printsiplarini bayon qildi va elektromagnit to'lqinlarning manbai bo'lgan mast antennani patentladi. To'lqinlarni o'rganish va ularni ishlab chiqarish va qo'llashning texnik amalga oshirilishidagi keyingi yutuqlari Popov, Markoni, de Mor, Lodge, Mirhead va boshqa taniqli fizik va ixtirochilarga tegishli.

"Elektromagnit to'lqin" tushunchasi
Elektromagnit to'lqin - bu fazoda ma'lum bir tezlikda tarqaladigan va o'zgaruvchan elektr va magnit maydon bo'lgan hodisadir. Magnit va elektr maydonlari bir-biri bilan uzviy bog'liq bo'lganligi sababli, ular elektromagnit maydonni hosil qiladi. Maksvellning elektrodinamikasiga ko'ra, elektromagnit to'lqin bu maydonning tebranishi va uning tarqalishi paytida magnit maydonning energiyasi elektr maydoni energiyasiga o'tkaziladi va aksincha. Tashqi tomondan, bu har qanday boshqa muhitda har qanday boshqa to'lqin tarqalishiga o'xshaydi, ammo sezilarli farqlar mavjud.

Elektromagnit to'lqinlarning boshqalardan farqi?
Elektromagnit to'lqinlarning energiyasi juda noaniq muhitda tarqaladi. Ushbu to'lqinlarni va boshqa har qanday narsalarni solishtirish uchun biz qanday targ'ibot vositasi haqida gapirayotganimizni tushunish kerak. Mutlaq dielektrik bo'lgan ma'lum bir muhit - atom ichidagi bo'shliq elektr eterini to'ldiradi, deb taxmin qilinadi. Tarqalish paytida barcha to'lqinlar kinetik energiyaning potentsial energiyaga va aksincha o'tishini ko'rsatadi. Bundan tashqari, ushbu energiyalar maksimal to'lqin davrining to'rtdan biriga bir-biriga nisbatan vaqt va makonda siljiydi. Bu holda o'rtacha to'lqin energiyasi potentsial va kinetik energiyaning yig'indisi bo'lib, doimiydir. Ammo elektromagnit to'lqinlar bilan vaziyat boshqacha. Ikkala magnit va elektr maydonning energiyalari bir vaqtning o'zida ularning maksimal qiymatlariga etadi.
Elektromagnit to'lqin qanday paydo bo'ladi?
Elektromagnit to'lqinning materiyasi bu elektr maydoni (eter). Harakatlanuvchi maydon tuzilgan va uning harakati energiyasidan va maydonning o'zi elektr energiyasidan iborat. Shuning uchun to'lqinning potentsial energiyasi kinetik va fazali bilan bog'liq. Elektromagnit to'lqinning tabiati - fazoda translatsiya harakati holatida bo'lgan va yorug'lik tezligida harakatlanadigan davriy elektr maydoni.
Bias oqimlari
Elektromagnit to'lqinlar nima ekanligini tushuntirishning yana bir usuli mavjud. Ikkilamchi oqimlar efirda bir xil bo'lmagan elektr maydonlarining harakati paytida paydo bo'ladi, deb taxmin qilinadi. Tabiiyki, ular faqat tashqi harakatsiz kuzatuvchi uchun paydo bo'ladi. Elektr maydoni kuchi kabi parametr maksimal darajaga yetganda, kosmosning ma'lum bir nuqtasida egilish oqimi to'xtaydi. Shunga ko'ra, minimal kuchlanish bilan qarama-qarshi rasm olinadi. Ushbu yondashuv elektromagnit nurlanishning to'lqin tabiatini aniqlaydi, chunki elektr maydonining energiyasi o'zgaruvchan oqimlarga nisbatan davrning to'rtdan biriga o'zgaradi. Shunda biz elektr buzilishi yoki, aksincha, bezovtalanish energiyasi o'zgaruvchan tok energiyasiga aylanadi va aksincha, dielektrik muhitda to'lqin shaklida tarqaladi deb ayta olamiz.