Хто адкрыў электрамагнітныя хвалі? Электрамагнітныя хвалі - табліца. Віды электрамагнітных хваляў

Электрамагнітныя хвалі (табліца якіх будзе прыведзена ніжэй) уяўляюць сабой абурэння магнітных і электрычных палёў, размяркоўваліся ў прасторы. Іх існуе некалькі тыпаў. Вывучэннем гэтых абурэнняў займаецца фізіка. Электрамагнітныя хвалі ўтвараюцца з-за таго, што электрычнае пераменнае поле спараджае магнітнае, а яно, у сваю чаргу, спараджае электрычнае.

гісторыя даследаванняў

Першыя тэорыі, якія можна лічыць самымі старымі варыянтамі гіпотэз аб электрамагнітных хвалях, ставяцца як мінімум да часоў Гюйгенса. У той перыяд здагадкі дасягнулі выяўленага колькаснага развіцця. Гюйгенс ў 1678-м годзе выпусціў у пэўным сэнсе "накід" тэорыі - "Трактат пра святло". У 1690-м ён жа выдаў іншы выдатны праца. У ім была выкладзеная якасная тэорыя адлюстравання, лучепреломления у тым выглядзе, у якім яна і сёння прадстаўлена ў школьных падручніках ( "Электрамагнітныя хвалі", 9 клас).

Разам з гэтым быў сфармуляваны прынцып Гюйгенса. З яго дапамогай з'явілася магчымасць вывучаць рух фронту хвалі. Гэты прынцып пасля знайшоў сваё развіццё ў працах Фрэнэля. Прынцып Гюйгенса-Фрэнэля меў асаблівую значнасць у тэорыі дыфракцыі і хвалевай тэорыі святла.

У 1660-1670-я гады вялікі эксперыментальны і тэарэтычны ўклад ўнеслі ў даследаванні Гук і Ньютан. Хто адкрыў электрамагнітныя хвалі? Кім былі праведзеныя досведы, якія даказваюць іх існаванне? Якія існуюць віды электрамагнітных хваль? Пра гэта далей.

абгрунтаванне Максвелла

Перш чым казаць пра тое, хто адкрыў электрамагнітныя хвалі, варта сказаць, што першым навукоўцам, які наогул прадказаў іх існаванне, стаў Фарадей. Сваю гіпотэзу ён высунуў ў 1832-м годзе. Пабудовай тэорыі пасля займаўся Максвел. Да 1865-га года ён завяршыў гэтую працу. У выніку Максвел строга аформіў тэорыю матэматычна, абгрунтаваўшы існаванне разгляданых з'яў. Ім жа была вызначана хуткасць распаўсюджвання электрамагнітных хваль, супадае з прымяняцца тады значэннем светлавой хуткасці. Гэта, у сваю чаргу, дазволіла яму абгрунтаваць гіпотэзу аб тым, што святло з'яўляецца адным з тыпаў разгляданых выпраменьванняў.

эксперыментальнае выяўленне

Тэорыя Максвелла знайшла сваё пацверджанне ў досведах Герца ў 1888-м годзе. Тут варта сказаць, што нямецкі фізік праводзіў свае эксперыменты, каб абвергнуць тэорыю, нягледзячы на яе матэматычнае абгрунтаванне. Аднак дзякуючы сваім досведам Герц стаў першым, хто адкрыў электрамагнітныя хвалі практычна. Акрамя таго, у ходзе сваіх эксперыментаў навуковец выявіў ўласцівасці і характарыстыкі выпраменьванняў.

Электрамагнітныя ваганні і хвалі Герц атрымліваў за кошт ўзбуджэння серыі імпульсаў быстропеременного патоку ў вібратарам пры дапамозе крыніцы падвышанай напругі. Высокачашчынныя патокі можна выявіць пры дапамозе контуру. Частата ваганняў пры гэтым будзе тым вышэй, чым вышэй яго ёмістасць і індуктыўнасць. Але пры гэтым вялікая частата не з'яўляецца гарантыяй інтэнсіўнага патоку. Для правядзення сваіх досведаў Герц ужыў досыць простае прылада, якое сёння так і называюць - "вібратар Герца". Прынада ўяўляе сабой вагальны контур адкрытага тыпу.

Схема вопыту Герца

Рэгістрацыя выпраменьванняў ажыццяўлялася пры дапамозе прыёмнага вібратара. Гэта прылада мела такую ж канструкцыю, што і выпраменьвальны прыбор. Пад уплывам электрамагнітнай хвалі электрычнага пераменнага поля ў прыёмным прыладзе адбывалася ўзбуджэнне токавага ваганні. Калі ў гэтым прыборы яго ўласная частата і частата патоку супадалі, то з'яўляўся рэзананс. У выніку абурэння ў прыёмным прыладзе адбываліся з большай амплітудай. Выяўляў іх даследчык, назіраючы іскрынкі паміж праваднікамі ў невялікім прамежку.

Такім чынам, Герц стаў першым, хто адкрыў электрамагнітныя хвалі, даказаў іх здольнасць добра адлюстроўвацца ад правадыроў. Ім было практычна абгрунтавана адукацыю стаялага выпраменьвання. Акрамя таго, Герц вызначыў хуткасць распаўсюджвання электрамагнітных хваль у паветры.

вывучэнне характарыстык

Электрамагнітныя хвалі распаўсюджваюцца амаль ва ўсіх асяроддзях. У прасторы, якое запоўнена рэчывам, выпраменьвання могуць у шэрагу выпадкаў размяркоўвацца дастаткова добра. Але пры гэтым яны некалькі змяняюць свае паводзіны.

Электрамагнітныя хвалі ў вакууме вызначаюцца без згасання. Яны размяркоўваюцца на любы, калі заўгодна вялікую адлегласць. Да асноўных характарыстыках хваляў адносяць палярызацыю, частату і даўжыню. Апісанне уласцівасцяў ажыццяўляецца ў рамках электрадынамікі. Аднак характарыстыкамі выпраменьванняў некаторых абласцей спектру займаюцца больш канкрэтныя раздзелы фізікі. Да іх, напрыклад, можна аднесці оптыку.

Даследаваннем жорсткага электрамагнітнага выпраменьвання караткахвалевага спектральнага канца займаецца раздзел высокіх энергій. З улікам сучасных уяўленняў дынаміка перастае з'яўляцца самастойнай дысцыплінай і аб'ядноўваецца са слабымі ўзаемадзеяннямі ў адной тэорыі.

Тэорыі, якія прымяняюцца пры вывучэнні уласцівасцяў

Сёння існуюць розныя метады, якія спрыяюць мадэляванні і даследаванню праяў і уласцівасцяў ваганняў. Найбольш фундаментальнай з вартых даверу і завершаных тэорый лічыцца квантавая электрадынаміка. З яе дапамогай тых ці іншых спрашчэнняў становіцца магчымым атрымаць пералічаныя ніжэй методыкі, якія шырока выкарыстоўваюцца ў розных сферах.

Апісанне адносна нізкачашчыннага выпраменьвання ў макраскапічнай асяроддзі ажыццяўляецца пры дапамозе класічнай электрадынамікі. Яна заснавана на ўраўненнях Максвелла. Пры гэтым у прыкладных ужываннях існуюць спрашчэння. Пры аптычным вывучэнні выкарыстоўваецца оптыка. Хвалевая тэорыя прымяняецца ў выпадках, калі некаторыя часткі аптычнай сістэмы па памерах набліжаны да даўжыням хваль. Квантавая оптыка выкарыстоўваецца, калі істотнымі з'яўляюцца працэсы рассейвання, паглынання фатонаў.

Геаметрычная аптычная тэорыя - лімітавы выпадак, пры якім дапускаецца грэбаванне даўжынёй хвалі. Таксама існуе некалькі прыкладных і фундаментальных раздзелаў. Да іх, да прыкладу, адносяць астрафізікі, біялогію глядзельнага ўспрымання і фотасінтэзу, фотахіміі. Як класіфікуюцца электрамагнітныя хвалі? Табліца, наглядна паказвае размеркаванне на групы, прадстаўлена далей.

класіфікацыя

Існуюць частотныя дыяпазоны электрамагнітных хваль. Паміж імі не існуе рэзкіх пераходаў, часам яны перакрываюць адзін аднаго. Межы паміж імі досыць ўмоўныя. У сувязі з тым, што паток размяркоўваецца бесперапынна, частата жорстка звязваецца з даўжынёй. Ніжэй прадстаўлены дыяпазоны электрамагнітных хваль.

Ўльтракароткія выпраменьвання прынята падзяляць на микрометровые (субміліметровую), міліметровыя, сантыметровыя, дэцыметровых, метровыя. Калі даўжыня хвалі электрамагнітнага выпраменьвання менш метра, то яе прынята называць ваганнем звышвысокай частаты (ЗВЧ).

Віды электрамагнітных хваляў

Вышэй прадстаўленыя дыяпазоны электрамагнітных хваль. Якія існуюць віды патокаў? Група іанізуючых выпраменьванняў ўключае ў сябе гама-і рэнтгенаўскія прамяні. Пры гэтым варта сказаць, што іянізаванай атамы здольны і ўльтрафіялет, і нават бачнае святло. Межы, у якіх знаходзяцца гама-і рэнтгенаўскія патокі, вызначаюцца вельмі ўмоўна. У якасці агульнай арыентоўкі прымаюцца межы 20 эВ - 0.1 МЭВ. Гама-патокі ў вузкім сэнсе выпускаюцца ядром, рэнтгенаўскія - электроннай атамнай абалонкай ў працэсе выбівання з низколежащих арбіт электронаў. Аднак дадзеная класіфікацыя недастасоўная да жорсткіх выпраменьванням, якія генеруюцца без удзелу ядраў і атамаў.

Рэнтгенаўскія патокі фармуюцца пры запаволенні зараджаных хуткіх часціц (пратонаў, электронаў і іншых) і з прычыны працэсаў, якія адбываюцца ўнутры атамных электронных абалонак. Гама-ваганні ўзнікаюць у выніку працэсаў ўнутры ядраў атамаў і пры ператварэнні элементарных часціц.

Радиопотоки

За кошт вялікага значэння даўжынь разгляд гэтых хваль дапускаецца ажыццяўляць, не ўлічваючы атомистическое будынак асяроддзя. У якасці выключэння выступаюць толькі самыя кароткія патокі, якія прымыкаюць да інфрачырвонай вобласці спектру. У радиодиапазоне квантавыя ўласцівасці ваганняў выяўляюцца досыць слаба. Тым не менш іх неабходна ўлічваць, напрыклад, пры аналізе малекулярных стандартаў часу і частоты падчас астуджэння апаратуры да тэмпературы ў некалькі кельвінаў.

Квантавыя ўласцівасці прымаюцца да ўвагі і пры апісанні генератараў і узмацняльнікаў міліметровага і сантыметровага дыяпазонаў. Радиопоток фарміруецца падчас руху пераменнага току па правадырах адпаведнай частоты. А якая праходзіць электрамагнітная хваля ў прасторы ўзбуджае пераменны ток, які адпавядае ёй. Дадзеная ўласцівасць ўжываецца пры канструяванні антэн у радыётэхніцы.

бачныя патокі

Ультрафіялетавае і інфрачырвонае бачнае выпраменьванне складае ў шырокім сэнсе слова так званы аптычны ўчастак спектру. Вылучэнне гэтай галіне абумоўліваецца не толькі блізкасцю адпаведных зон, але і аналагічныя прыбораў, якія выкарыстоўваюцца пры даследаванні і распрацаваных пераважна падчас вывучэння бачнага святла. Да іх, у прыватнасці, адносяцца люстэрка і лінзы для факусіроўка выпраменьванняў, дыфракцыйныя кратаў, прызмы і іншыя.

Частоты аптычных хваляў параўнальныя з такімі ў малекул і атамаў, а даўжыні іх - з межмолекулярных адлегласцямі і малекулярнымі памерамі. Таму істотнымі ў гэтай галіне становяцца з'явы, якія абумоўлены атомистической структурай рэчывы. Па той жа прычыне святло разам з хвалевымі валодае і квантавымі ўласцівасцямі.

Узнікненне аптычных патокаў

Самым вядомым крыніцай з'яўляецца Сонца. Паверхню зоркі (фотасфера) мае тэмпературу 6000 ° па Кельвіне і выпраменьвае ярка-белы свет. Найвышэйшае значэнне бесперапыннага спектру размяшчаецца ў "зялёнай" зоне - 550 нм. Там жа знаходзіцца максімум глядзельнай адчувальнасці. Ваганні аптычнага дыяпазону ўзнікаюць пры награванні тэл. Інфрачырвоныя патокі таму таксама называюць цеплавымі.

Чым мацней адбываецца награванне цела, тым вышэй частата, дзе размяшчаецца максімум спектру. Пры пэўным павышэнні тэмпературы назіраецца калёным (свячэнне ў бачным дыяпазоне). Пры гэтым спачатку з'яўляецца чырвоны колер, затым жоўты і далей. Стварэнне і рэгістрацыя аптычных патокаў можа адбывацца ў біялагічных і хімічных рэакцыях, адна з якіх ужываецца ў фатаграфіі. Для большасці істот, якія жывуць на Зямлі, у якасці крыніцы энергіі выступае фотасінтэз. Гэтая біялагічная рэакцыя працякае ў раслінах пад уплывам аптычнага сонечнага выпраменьвання.

Асаблівасці электрамагнітных хваляў

Ўласцівасці асяроддзя і крыніца аказваюць уплыў на характарыстыкі патокаў. Так усталёўваецца, у прыватнасці, часовая залежнасць палёў, якая вызначае тып патоку. Да прыкладу, пры змене адлегласці ад вібратара (пры павелічэнні) радыус крывізны становіцца больш. У выніку ўтворыцца плоская электрамагнітная хваля. Узаемадзеянне з рэчывам таксама адбываецца па-рознаму. Працэсы паглынання і выпраменьвання патокаў, як правіла, можна апісваць пры дапамозе класічных электрадынамічных суадносін. Для хваль аптычнай вобласці і для цвёрдых прамянёў тым больш варта прымаць пад увагу іх квантавую прыроду.

крыніцы патокаў

Нягледзячы на фізічную розніцу, усюды - у радыеактыўным рэчыве, тэлевізійным перадатчыку, лямпе напальвання - электрамагнітныя хвалі узбуджаюцца электрычнымі зарадамі, якія рухаюцца з паскарэннем. Існуе два асноўных тыпу крыніц: мікраскапічныя і макраскапічныя. У першых адбываецца скачкападобны пераход зараджаных часціц з аднаго на іншы ўзровень ўнутры малекул альбо атамаў.

Мікраскапічныя крыніцы выпускаюць рэнтгенаўскае, гама, ультрафіялетавае, інфрачырвонае, бачнае, а ў шэрагу выпадкаў і даўгахвалевае выпраменьванне. У якасці прыкладу апошняга можна прывесці лінію спектру вадароду, якая адпавядае хвалю ў 21 см. Гэта з'ява мае асаблівае значэнне ў радыёастраноміі.

Крыніцы макраскапічнага тыпу ўяўляюць сабой выпраменьвальнікі, у якіх свабоднымі электронамі правадыроў здзяйсняюцца перыядычныя сінхронныя ваганні. У сістэмах дадзенай катэгорыі адбываецца генерацыя патокаў ад міліметровых да самых доўгіх (у лініях электраперадач).

Структура і сіла патокаў

Электрычныя зарады, якія рухаюцца з паскарэннем і зменлівыя перыядычна токі аказваюць ўздзеянне адзін на аднаго з пэўнымі сіламі. Кірунак і іх велічыня знаходзяцца ў залежнасці ад такіх фактараў, як памеры і канфігурацыя вобласці, у якой змяшчаюцца токі і зарады, іх адноснае кірунак і велічыня. Істотны ўплыў аказваюць і электрычныя характарыстыкі канкрэтнай асяроддзя, а таксама змены канцэнтрацыі зарадаў і размеркавання токаў крыніцы.

У сувязі з агульнай складанасцю пастаноўкі задачы прадставіць закон сіл у выглядзе адзінай формулы нельга. Структура, званая электрамагнітным полем і разгляданая пры неабходнасці ў якасці матэматычнага аб'екта, вызначаецца размеркаваннем зарадаў і токаў. Яно, у сваю чаргу, ствараецца зададзеным крыніцай пры ўліку межавых умоў. Ўмовы вызначаюцца формай зоны ўзаемадзеяння і характарыстыкамі матэрыялу. Калі гаворка вядзецца пра неабмежаванай прасторы, названыя абставіны дапаўняюцца. У якасці адмысловага дадатковага ўмовы ў такіх выпадках выступае ўмова выпраменьвання. За кошт яго гарантуецца "правільнасць" паводзін поля на бясконцасці.

храналогія вывучэння

Карпускулярна-кінэтычная тэорыя Ламаносава ў некаторых сваіх палажэннях апярэджвае асобныя пастулаты тэорыі электрамагнітнага поля: "коловратное" (вярчальны) рух часціц, "зыблющаяся" (хвалевая) тэорыя святла, яе еднасць з прыродай электрычнасці і т. Д. Інфрачырвоныя патокі былі выяўленыя ў 1800 годзе Гершэль (ангельскай навукоўцам), а ў наступным, 1801-м, Рытэр быў апісаны ўльтрафіялет. Выпраменьванне больш кароткага, чым ультрафіялетавае, дыяпазону было адкрыта Рэнтгенам ў 1895-м годзе, 8 лістапада. Пасля яно атрымала назву рэнтгенаўскага.

Уплыў электрамагнітных хваляў вывучалася многімі навукоўцамі. Аднак першым, хто даследаваў магчымасці патокаў, сферу іх прымянення, стаў Наркевіч-Ёдка (беларускі навуковы дзеяч). Ён вывучыў ўласцівасці патокаў у дачыненні да практычнай медыцыне. Гама-выпраменьванне было адкрыта Полем Виллардом ў 1900-м годзе. У гэты ж перыяд Планк праводзіў тэарэтычныя даследаванні уласцівасцяў чорнага цела. У працэсе вывучэння ім была адкрыта квантавых працэсу. Яго праца стала пачаткам развіцця квантавай фізікі. Пасля было апублікавана некалькі работ Планка і Эйнштэйна. Іх даследаванні прывялі да фарміравання такога паняцця, як фатон. Гэта, у сваю чаргу, паклала пачатак стварэнню квантавай тэорыі электрамагнітных патокаў. Яе развіццё працягнулася ў працах вядучых навуковых дзеячаў ХХ стагоддзя.

Далейшыя даследаванні і работы па квантавай тэорыі электрамагнітнага выпраменьвання і ўзаемадзеяння яго з рэчывам прывялі ў выніку да адукацыі квантавай электрадынамікі у тым выглядзе, у якім яна існуе і сёння. Сярод выбітных навукоўцаў, якія займаліся вывучэннем дадзенага пытання, варта назваць, акрамя Эйнштэйна і Планка, Бора, Базэ, Дирака, дэ Бройлем, Гейзенберга, Томонагу, Швингера, Фейнмана.

заключэнне

Значэнне фізікі ў сучасным свеце досыць вяліка. Практычна ўсе, што ўжываецца сёння ў жыцці чалавека, з'явілася дзякуючы практычным выкарыстанні даследаванняў вялікіх навукоўцаў. Адкрыццё электрамагнітных хваль і іх вывучэнне, у прыватнасці, прывялі да стварэння звычайных, а пасля і мабільных тэлефонаў, радыёперадавальнікаў. Асаблівае значэнне практычнае прымяненне такіх тэарэтычных ведаў мае ў галіне медыцыны, прамысловасці, тэхнікі.

Такое шырокае выкарыстанне тлумачыцца колькасных характарам навукі. Усе фізічныя эксперыменты абапіраюцца на вымярэння, параўнанне уласцівасцяў вывучаемых з'яў з наяўнымі эталонамі. Менавіта для гэтай мэты ў рамках дысцыпліны развіты комплекс вымяральных прыбораў і адзінак. Шэраг заканамернасцяў з'яўляецца агульным для ўсіх існуючых матэрыяльных сістэм. Так, напрыклад, законы захавання энергіі лічацца агульнымі фізічнымі законамі.

Навуку ў цэлым называюць у многіх выпадках фундаментальнай. Гэта звязана, перш за ўсё, з тым, што іншыя дысцыпліны даюць апісання, якія, у сваю чаргу, падпарадкоўваюцца законам фізікі. Так, у хіміі вывучаюцца атамы, рэчывы, утвораныя з іх, і ператварэння. Але хімічныя ўласцівасці тэл вызначаюцца фізічнымі характарыстыкамі малекул і атамаў. Гэтыя ўласцівасці апісваюць такія раздзелы фізікі, як электрамагнетызм, тэрмадынаміка і іншыя.