Ποια ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία έχει το μεγαλύτερο μήκος κύματος. Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε διάφορα εύρη μηκών κύματος. Η έννοια του φαινομένου του θερμοκηπίου. Υπέρυθρη ακτινοβολία και ραδιοκύματα ουράνιων σωμάτων
Ηλεκτρομαγνητικά κύματα, διεγείρεται από διάφορα ακτινοβολούμενα αντικείμενα, φορτισμένα σωματίδια, άτομα, μόρια, κεραίες κ.λπ. Ανάλογα με το μήκος κύματος, διακρίνονται η ακτινοβολία γάμμα, οι ακτίνες Χ, η υπεριώδης ακτινοβολία, το ορατό φως, η υπέρυθρη ακτινοβολία, τα ραδιοκύματα και οι ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις χαμηλής συχνότητας.
Οι τηλεοπτικές εκπομπές χρησιμοποιούν επίσης ραδιοκύματα. Οι ήχοι κωδικοποιούνται με διαμόρφωση συχνότητας και οι εικόνες κωδικοποιούνται με διαμόρφωση πλάτους. Όταν τα κύματα λαμβάνονται από τηλεοράσεις, αποκωδικοποιούνται και αντικαθίστανται με ήχους και εικόνες. Τα μικρότερα κύματα με την υψηλότερη συχνότητα ραδιοκυμάτων ονομάζονται μικροκύματα. Τα μικροκύματα έχουν περισσότερη ενέργεια από άλλα ραδιοκύματα. Αυτός είναι ο λόγος που είναι χρήσιμοι για το ζέσταμα των τροφίμων σε φούρνους μικροκυμάτων. Τα μικροκύματα έχουν επίσης άλλες σημαντικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των εκπομπών κινητών τηλεφώνων και του ραντάρ, το οποίο είναι μια συσκευή για τον προσδιορισμό της παρουσίας και της θέσης ενός αντικειμένου με τη μέτρηση του χρόνου επιστροφής μιας ηχούς ραδιοκυμάτων και της κατεύθυνσης από την οποία επιστρέφει. Αυτές οι εφαρμογές περιγράφονται στο η εικόνα.
Μπορεί να φαίνεται περίεργο ότι προφανώς τόσο διαφορετικά φυσικά φαινόμενα έχουν κοινή βάση. Πράγματι, τι κοινό υπάρχει μεταξύ ενός κομματιού ραδιενεργού υλικού, ενός σωλήνα ακτίνων Χ, μιας λάμπας εκκένωσης αερίου υδραργύρου, ενός λαμπτήρα φακού, μιας ζεστής σόμπας, ενός ραδιοφωνικού σταθμού εκπομπής και μιας γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος συνδεδεμένη σε μια γραμμή ρεύματος; Όπως, όμως, ανάμεσα στην ταινία, το μάτι, το θερμοστοιχείο, την κεραία της τηλεόρασης και τον ραδιοφωνικό δέκτη. Ωστόσο, η πρώτη λίστα αποτελείται από πηγές και η δεύτερη - από δέκτες ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Επίπτωση ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙΗ ακτινοβολία στο ανθρώπινο σώμα είναι επίσης διαφορετική: η ακτινοβολία γάμμα και η ακτινοβολία ακτίνων Χ το διαπερνούν, προκαλώντας βλάβη στους ιστούς, το ορατό φως προκαλεί οπτική αίσθηση στο μάτι, η υπέρυθρη ακτινοβολία, πέφτει στο ανθρώπινο σώμα, το θερμαίνει και τα ραδιοκύματα και χαμηλά -οι ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις συχνότητας δεν επηρεάζουν καθόλου το ανθρώπινο σώμα.γίνονται αισθητές. Παρά αυτές τις προφανείς διαφορές, όλοι οι ονομαζόμενοι τύποι ακτινοβολίας είναι, στην ουσία, διαφορετικές πτυχές ενός φαινομένου. δείτε επίσηςΦΩΣ; ΕΥΡΟΣ; ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μεσαίου κύματος αναφέρονται συνήθως ως φως. Αυτό το εύρος ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έχει μικρότερα μήκη κύματος και υψηλότερες συχνότητες από τα ραδιοκύματα, αλλά όχι τόσο κοντά και υψηλές όσο οι ακτίνες Χ και οι ακτίνες γάμμα. Το φως περιλαμβάνει το ορατό φως, το υπέρυθρο φως και το υπεριώδες φως. Αν κοιτάξετε το Σχήμα 7, μπορείτε να δείτε πώς αυτοί οι διαφορετικοί τύποι κυμάτων φωτός πέφτουν στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.
Οι ακτίνες γάμμα είναι τα πιο ενεργητικά από όλα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Μπορούν να περάσουν από τα περισσότερα υλικά, συμπεριλαμβανομένων των οστών και των δοντιών. Ωστόσο, ακόμη και αυτά τα κύματα είναι χρήσιμα. Για παράδειγμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη θεραπεία του καρκίνου. Η ιατρική συσκευή στέλνει ακτίνες γάμμα στο σημείο του καρκίνου και οι ακτίνες καταστρέφουν τα καρκινικά κύτταρα.
Η αλληλεπίδραση μεταξύ της πηγής και του δέκτη συνίσταται τυπικά στο γεγονός ότι με οποιαδήποτε αλλαγή στην πηγή, για παράδειγμα, όταν είναι ενεργοποιημένη, υπάρχει κάποια αλλαγή στον δέκτη. Αυτή η αλλαγή δεν συμβαίνει αμέσως, αλλά μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, και είναι ποσοτικά συνεπής με την ιδέα ότι κάτι μετακινείται από την πηγή στον δέκτη με πολύ υψηλή ταχύτητα. Η εξελιγμένη μαθηματική θεωρία και μια τεράστια ποικιλία πειραματικών δεδομένων δείχνουν ότι η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ μιας πηγής και ενός δέκτη που χωρίζεται από ένα κενό ή ένα σπάνιο αέριο μπορεί να αναπαρασταθεί ως κύματα που διαδίδονται από την πηγή στον δέκτη με την ταχύτητα του φωτός. Με.
Οι ακτίνες Χ είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα υψηλής ενέργειας. Έχουν αρκετή ενέργεια για να περάσουν από μαλακούς ιστούς όπως το δέρμα, αλλά όχι αρκετή ενέργεια για να περάσουν μέσα από οστά και δόντια, τα οποία είναι πολύ πυκνά. Φωτεινές περιοχές φιλμ ακτίνων ΧΤο σχήμα σας επιτρέπει επίσης να επιδεικνύετε τις αποσκευές σας στα αεροδρόμια. Η υπερβολική έκθεση σε ακτίνες Χ μπορεί να προκαλέσει καρκίνο. Εάν έχετε κάνει ακτινογραφίες δοντιών, μπορεί να έχετε παρατηρήσει ότι μια βαριά ποδιά τοποθετήθηκε πάνω από το σώμα σας για να το προστατεύσει από τις διάσπαρτες ακτινογραφίες.
Η ταχύτητα διάδοσης στον ελεύθερο χώρο είναι η ίδια για όλους τους τύπους ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από τις ακτίνες γάμμα έως τα κύματα χαμηλής συχνότητας. Αλλά ο αριθμός των ταλαντώσεων ανά μονάδα χρόνου (δηλ. συχνότητα φά) ποικίλλει σε πολύ μεγάλο εύρος: από λίγες ταλαντώσεις ανά δευτερόλεπτο για ηλεκτρομαγνητικά κύματα χαμηλής συχνότητας έως 1020 ταλαντώσεις ανά δευτερόλεπτο στην περίπτωση ακτίνων Χ και ακτινοβολίας γάμμα. Δεδομένου ότι το μήκος κύματος (δηλαδή η απόσταση μεταξύ γειτονικών κορυφών κύματος· Εικ. 1) δίνεται από l = γ/φά, ποικίλλει επίσης σε μεγάλο εύρος, από αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα για ταλαντώσεις χαμηλής συχνότητας έως 10 14 m για ακτίνες Χ και ακτινοβολία γάμμα. Γι' αυτό η αλληλεπίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων με την ύλη είναι τόσο διαφορετική σε διαφορετικά μέρη του φάσματος τους. Και όμως όλα αυτά τα κύματα σχετίζονται μεταξύ τους, όπως και οι σχετικοί κυματισμοί του νερού, τα κύματα στην επιφάνεια μιας λίμνης και τα θυελλώδη κύματα του ωκεανού, τα οποία επίσης επηρεάζουν τα αντικείμενα στο πέρασμά τους με διαφορετικούς τρόπους. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαφέρουν σημαντικά από τα κύματα στο νερό και από τον ήχο στο ότι μπορούν να μεταδοθούν από μια πηγή σε έναν δέκτη μέσω του κενού ή του διαστρικού χώρου. Για παράδειγμα, οι ακτίνες Χ που παράγονται σε ένα σωλήνα κενού επηρεάζουν ένα φωτογραφικό φιλμ που βρίσκεται μακριά από αυτό, ενώ ο ήχος ενός κουδουνιού που βρίσκεται κάτω από μια κουκούλα δεν μπορεί να ακουστεί εάν αντλείται αέρας από κάτω από την κουκούλα. Το μάτι αντιλαμβάνεται τις ακτίνες του ορατού φωτός που προέρχονται από τον Ήλιο και η κεραία που βρίσκεται στη Γη αντιλαμβάνεται τα ραδιοφωνικά σήματα ενός διαστημικού σκάφους απομακρυσμένο για εκατομμύρια χιλιόμετρα. Έτσι, δεν απαιτείται υλικό μέσο, όπως νερό ή αέρας, για τη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Η ποδιά είναι κατασκευασμένη από μόλυβδο, που δεν μπορεί να περάσει από τις ακτίνες Χ. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μικρότερου μήκους κύματος και υψηλής συχνότητας είναι οι ακτίνες Χ και οι ακτίνες γάμμα. Αυτές οι ακτίνες έχουν τόση ενέργεια που μπορούν να περάσουν μέσα από πολλά υλικά. Αυτό τα καθιστά δυνητικά πολύ επιβλαβή, αλλά και χρήσιμα για ορισμένους σκοπούς.
Το φως με μήκος κύματος μικρότερο από το ορατό ονομάζεται υπεριώδες φως. Ο όρος υπεριώδες σημαίνει «πάνω από βιολετί». Το υπεριώδες φως είναι μια σειρά κυμάτων φωτός με μικρότερα μήκη κύματος από το ιώδες φως στο ορατό φάσμα. Οι άνθρωποι δεν μπορούν να δουν το υπεριώδες φως, αλλά είναι πολύ χρήσιμο. Έχει κύματα υψηλότερης συχνότητας από το ορατό φως, επομένως έχει περισσότερη ενέργεια. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θανάτωση βακτηρίων στα τρόφιμα και για την αποστείρωση εργαστηριακού εξοπλισμού.
Κρόφορντ Φ. Κυματιστά. Μ., 1976
Akhiezer A.I., Akhiezer I.A. Ηλεκτρομαγνητισμός και ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Μ., 1985
Εύρημα " ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ" επί
ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ
ηλεκτρομαγνητικά κύματα που διεγείρονται από διάφορα ακτινοβολούμενα αντικείμενα - φορτισμένα σωματίδια, άτομα, μόρια, κεραίες κ.λπ. Ανάλογα με το μήκος κύματος, διακρίνονται η ακτινοβολία γάμμα, οι ακτίνες Χ, η υπεριώδης ακτινοβολία, το ορατό φως, η υπέρυθρη ακτινοβολία, τα ραδιοκύματα και οι ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις χαμηλής συχνότητας . Μπορεί να φαίνεται περίεργο ότι προφανώς τόσο διαφορετικά φυσικά φαινόμενα έχουν κοινή βάση. Πράγματι, τι κοινό υπάρχει μεταξύ ενός κομματιού ραδιενεργού υλικού, ενός σωλήνα ακτίνων Χ, μιας λάμπας εκκένωσης αερίου υδραργύρου, ενός λαμπτήρα φακού, μιας ζεστής σόμπας, ενός ραδιοφωνικού σταθμού εκπομπής και μιας γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος συνδεδεμένη σε μια γραμμή ρεύματος; Όπως, όμως, ανάμεσα στην ταινία, το μάτι, το θερμοστοιχείο, την κεραία της τηλεόρασης και τον ραδιοφωνικό δέκτη. Ωστόσο, η πρώτη λίστα αποτελείται από πηγές και η δεύτερη από δέκτες ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Οι επιπτώσεις διαφορετικών τύπων ακτινοβολίας στο ανθρώπινο σώμα είναι επίσης διαφορετικές: η ακτινοβολία γάμμα και η ακτινοβολία ακτίνων Χ το διαπερνούν, προκαλώντας βλάβη στους ιστούς, το ορατό φως προκαλεί οπτική αίσθηση στο μάτι, η υπέρυθρη ακτινοβολία, πέφτει στο ανθρώπινο σώμα, το θερμαίνει , και τα ραδιοκύματα και οι ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις χαμηλής συχνότητας από το ανθρώπινο σώμα και δεν γίνονται καθόλου αισθητές. Παρά αυτές τις προφανείς διαφορές, όλα αυτά τα είδη ακτινοβολίας είναι, στην ουσία, διαφορετικές πτυχές ενός φαινομένου.
δείτε επίσης
ΦΩΣ ;
ΕΥΡΟΣ ;
ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΚΤΙΝΩΝ Χ. Η αλληλεπίδραση μεταξύ της πηγής και του δέκτη συνίσταται τυπικά στο γεγονός ότι με οποιαδήποτε αλλαγή στην πηγή, για παράδειγμα, όταν είναι ενεργοποιημένη, υπάρχει κάποια αλλαγή στον δέκτη. Αυτή η αλλαγή δεν συμβαίνει αμέσως, αλλά μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, και είναι ποσοτικά συνεπής με την ιδέα ότι κάτι μετακινείται από την πηγή στον δέκτη με πολύ υψηλή ταχύτητα. Η εξελιγμένη μαθηματική θεωρία και μια τεράστια ποικιλία πειραματικών δεδομένων δείχνουν ότι η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ μιας πηγής και ενός δέκτη, που χωρίζεται από ένα κενό ή ένα σπάνιο αέριο, μπορεί να αναπαρασταθεί ως κύματα που διαδίδονται από την πηγή στον δέκτη με την ταχύτητα του φωτός c. Η ταχύτητα διάδοσης στον ελεύθερο χώρο είναι η ίδια για όλους τους τύπους ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από τις ακτίνες γάμμα έως τα κύματα χαμηλής συχνότητας. Αλλά ο αριθμός των ταλαντώσεων ανά μονάδα χρόνου (δηλαδή η συχνότητα f) ποικίλλει σε πολύ μεγάλο εύρος: από λίγες ταλαντώσεις ανά δευτερόλεπτο για ηλεκτρομαγνητικά κύματα χαμηλής συχνότητας έως 1020 ταλαντώσεις ανά δευτερόλεπτο στην περίπτωση ακτίνων Χ και ακτινοβολίας γάμμα. Δεδομένου ότι το μήκος κύματος (δηλαδή, η απόσταση μεταξύ γειτονικών καμπύλων κύματος· Εικ. 1) δίνεται από την έκφραση l = c/f, ποικίλλει επίσης σε ένα ευρύ φάσμα - από αρκετές χιλιάδες χιλιόμετρα για ταλαντώσεις χαμηλής συχνότητας έως 10-14 m για ακτινοβολία ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα. Γι' αυτό η αλληλεπίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων με την ύλη είναι τόσο διαφορετική σε διαφορετικά μέρη του φάσματος τους. Και όμως όλα αυτά τα κύματα σχετίζονται μεταξύ τους, όπως και οι σχετικοί κυματισμοί του νερού, τα κύματα στην επιφάνεια μιας λίμνης και τα θυελλώδη κύματα του ωκεανού, τα οποία επίσης επηρεάζουν τα αντικείμενα στο πέρασμά τους με διαφορετικούς τρόπους. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαφέρουν σημαντικά από τα κύματα στο νερό και από τον ήχο στο ότι μπορούν να μεταδοθούν από μια πηγή σε έναν δέκτη μέσω του κενού ή του διαστρικού χώρου. Για παράδειγμα, οι ακτίνες Χ που παράγονται σε ένα σωλήνα κενού επηρεάζουν ένα φωτογραφικό φιλμ που βρίσκεται μακριά από αυτό, ενώ ο ήχος ενός κουδουνιού που βρίσκεται κάτω από μια κουκούλα δεν μπορεί να ακουστεί εάν αντλείται αέρας από κάτω από την κουκούλα. Το μάτι αντιλαμβάνεται τις ακτίνες του ορατού φωτός που προέρχονται από τον Ήλιο και η κεραία που βρίσκεται στη Γη αντιλαμβάνεται τα ραδιοφωνικά σήματα ενός διαστημικού σκάφους απομακρυσμένο για εκατομμύρια χιλιόμετρα. Έτσι, δεν απαιτείται υλικό μέσο, όπως νερό ή αέρας, για τη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Πηγές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.Παρά τις φυσικές διαφορές, σε όλες τις πηγές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, είτε πρόκειται για ραδιενεργή ουσία, λαμπτήρα πυρακτώσεως ή τηλεοπτικό πομπό, αυτή η ακτινοβολία διεγείρεται από ηλεκτρικά φορτία που κινούνται με επιτάχυνση. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι πηγών. Στις «μικροσκοπικές» πηγές, τα φορτισμένα σωματίδια πηδούν από το ένα επίπεδο ενέργειας στο άλλο μέσα στα άτομα ή τα μόρια. Τα θερμαντικά σώματα αυτού του τύπου εκπέμπουν ακτινοβολία γάμμα, ακτίνες Χ, υπεριώδη, ορατή και υπέρυθρη, και σε ορισμένες περιπτώσεις ακόμη μεγαλύτερου μήκους κύματος ακτινοβολία (ένα παράδειγμα της τελευταίας είναι η γραμμή στο φάσμα του υδρογόνου που αντιστοιχεί σε μήκος κύματος 21 cm, η οποία παίζει σημαντικό ρόλο ρόλος στη ραδιοαστρονομία). Οι πηγές του δεύτερου τύπου μπορούν να ονομαστούν μακροσκοπικές. Σε αυτά τα ελεύθερα ηλεκτρόνια των αγωγών εκτελούν σύγχρονες περιοδικές ταλαντώσεις. Το ηλεκτρικό σύστημα μπορεί να έχει μεγάλη ποικιλία διαμορφώσεων και μεγεθών. Συστήματα αυτού του τύπου παράγουν ακτινοβολία στην περιοχή από χιλιοστά έως τα μεγαλύτερα κύματα (σε γραμμές ηλεκτροδότησης). Οι ακτίνες γάμμα εκπέμπονται αυθόρμητα κατά τη διάσπαση των πυρήνων των ατόμων ραδιενεργών ουσιών, όπως το ράδιο. Σε αυτή την περίπτωση, συμβαίνουν πολύπλοκες διαδικασίες αλλαγών στη δομή του πυρήνα, που σχετίζονται με την κίνηση των φορτίων. Η παραγόμενη συχνότητα f καθορίζεται από τη διαφορά μεταξύ των ενεργειών E1 και E2 των δύο καταστάσεων του πυρήνα: f = (E1 - E2)/h, όπου h είναι η σταθερά του Planck.
δείτε επίσηςΣΑΝΙΔΑ ΚΟΝΣΤΑΝΤ. Η ακτινοβολία ακτίνων Χ εμφανίζεται όταν η επιφάνεια μιας μεταλλικής ανόδου (αντικαθόδου) βομβαρδίζεται στο κενό με ηλεκτρόνια υψηλής ταχύτητας. Επιβραδύνοντας γρήγορα στο υλικό της ανόδου, αυτά τα ηλεκτρόνια εκπέμπουν το λεγόμενο bremsstrahlung, το οποίο έχει ένα συνεχές φάσμα, και την αναδιάρθρωση που συμβαίνει ως αποτέλεσμα του βομβαρδισμού ηλεκτρονίων εσωτερική δομήάτομα ανόδου, ως αποτέλεσμα των οποίων τα ατομικά ηλεκτρόνια περνούν σε μια κατάσταση με χαμηλότερη ενέργεια, συνοδευόμενη από την εκπομπή της λεγόμενης χαρακτηριστικής ακτινοβολίας, οι συχνότητες της οποίας καθορίζονται από το υλικό της ανόδου. Οι ίδιες ηλεκτρονικές μεταπτώσεις στο άτομο δίνουν ακτινοβολία υπεριώδους και ορατού φωτός. Όσον αφορά την υπέρυθρη ακτινοβολία, είναι συνήθως αποτέλεσμα αλλαγών που έχουν μικρή επίδραση στην ηλεκτρονική δομή και σχετίζονται κυρίως με αλλαγές στο πλάτος των κραδασμών και στην περιστροφική ορμή του μορίου. Στις γεννήτριες ηλεκτρικών ταλαντώσεων υπάρχει ένα «ταλαντούμενο κύκλωμα» του ενός ή του άλλου τύπου, στο οποίο τα ηλεκτρόνια εκτελούν εξαναγκασμένες ταλαντώσεις με συχνότητα ανάλογα με το σχέδιο και το μέγεθός του. Οι υψηλότερες συχνότητες που αντιστοιχούν σε κύματα χιλιοστών και εκατοστών δημιουργούνται από κλυστρόνια και μαγνητρόνια - συσκευές κενού με συντονιστές μεταλλικής κοιλότητας, ταλαντώσεις στις οποίες διεγείρονται από ρεύματα ηλεκτρονίων. Στους ταλαντωτές χαμηλότερης συχνότητας, το ταλαντωτικό κύκλωμα αποτελείται από έναν επαγωγέα (επαγωγή L) και έναν πυκνωτή (χωρητικότητα C) και διεγείρεται από ένα κύκλωμα σωλήνα ή τρανζίστορ. Η φυσική συχνότητα ενός τέτοιου κυκλώματος, η οποία είναι κοντά στο συντονιστικό σε χαμηλή απόσβεση, δίνεται από την έκφραση
Μπορείτε να προστατέψετε το δέρμα σας από την υπεριώδη ακτινοβολία φορώντας ρούχα που καλύπτουν το δέρμα σας και εφαρμόζουν αντηλιακό σε τυχόν εκτεθειμένες περιοχές. Το αντηλιακό πρέπει να εφαρμόζεται ελεύθερα και συχνά. Το φως με τα μεγαλύτερα μήκη κύματος ονομάζεται υπέρυθρο φως. Ο όρος υπέρυθρες σημαίνει «κάτω από το κόκκινο». Το υπέρυθρο φως είναι μια σειρά κυμάτων φωτός με μεγαλύτερα μήκη κύματος από το κόκκινο φως στο ορατό φάσμα. Δεν μπορείτε να δείτε υπέρυθρες ελαφρά κύματα, αλλά μπορεί να τα νιώσετε σαν ζεστασιά στο δέρμα σας.
Ο ήλιος εκπέμπει υπέρυθρο φως, όπως και η φωτιά και τα ζωντανά όντα. Η εικόνα της γάτας που άνοιξε αυτό το κεφάλαιο τραβήχτηκε με μια κάμερα που ανιχνεύει κύματα υπέρυθρου φωτός και μετατρέπει την ενέργειά της σε έγχρωμο φως στο ορατό εύρος. Τα γυαλιά νυχτερινής όρασης που χρησιμοποιούνται από τις αρχές επιβολής του νόμου και τον στρατό ανιχνεύουν επίσης κύματα υπέρυθρου φωτός. Τα γυαλιά μετατρέπουν τα αόρατα κύματα σε ορατές εικόνες.
.
Εναλλασσόμενα πεδία πολύ χαμηλής συχνότητας που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας παράγονται από γεννήτριες ρεύματος ηλεκτρικών μηχανών στις οποίες ρότορες που φέρουν περιελίξεις σύρματος περιστρέφονται μεταξύ των πόλων των μαγνητών.
Θεωρία Maxwell, αιθέρας και ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση. Όταν ένα υπερωκεάνιο περνά σε κάποια απόσταση από ένα ψαροκάικο με ήρεμο καιρό, μετά από λίγο το σκάφος αρχίζει να κουνιέται βίαια στα κύματα. Ο λόγος για αυτό είναι ξεκάθαρος σε όλους: από τη μύτη του χιτωνίου, ένα κύμα τρέχει κατά μήκος της επιφάνειας του νερού με τη μορφή μιας ακολουθίας εξογκωμάτων και βαθουλωμάτων, που φτάνει στο ψαροκάικο. Όταν, με τη βοήθεια ειδικής γεννήτριας, διεγείρονται ταλαντώσεις ηλεκτρικού φορτίου σε μια κεραία εγκατεστημένη σε τεχνητό δορυφόρο της Γης και κατευθύνονται στη Γη, διεγείρεται ένα ηλεκτρικό ρεύμα στην κεραία λήψης στη Γη (επίσης μετά από λίγο). Πώς μεταδίδεται η αλληλεπίδραση από την πηγή στον δέκτη εάν δεν υπάρχει υλικό μέσο μεταξύ τους; Και αν το σήμα που φτάνει στον δέκτη μπορεί να αναπαρασταθεί ως κάποιο είδος προσπίπτοντος κύματος, τότε τι είδους κύμα είναι αυτό που μπορεί να διαδοθεί στο κενό και πώς μπορούν να εμφανιστούν εξογκώματα και βαθουλώματα όπου δεν υπάρχει τίποτα; Οι επιστήμονες σκέφτονται αυτά τα ερωτήματα σε σχέση με το ορατό φως που διαδίδεται από τον Ήλιο στο μάτι του παρατηρητή εδώ και πολύ καιρό. Για το μεγαλύτερο μέρος του 19ου αιώνα Τέτοιοι φυσικοί όπως οι O. Fresnel, I. Fraunhofer, F. Neumann προσπάθησαν να βρουν την απάντηση στο γεγονός ότι ο χώρος στην πραγματικότητα δεν είναι άδειος, αλλά γεμάτος με ένα ορισμένο μέσο ("φωτεινός αιθέρας"), προικισμένο με τις ιδιότητες ενός ελαστικού στερεού σώμα. Αν και μια τέτοια υπόθεση βοήθησε στην εξήγηση ορισμένων φαινομένων στο κενό, οδήγησε σε ανυπέρβλητες δυσκολίες στο πρόβλημα της διέλευσης του φωτός από τα όρια δύο μέσων, όπως ο αέρας και το γυαλί. Αυτό ώθησε τον Ιρλανδό φυσικό J. McCullagh να απορρίψει την ιδέα ενός ελαστικού αιθέρα. Το 1839, πρότεινε μια νέα θεωρία που υποθέτει την ύπαρξη ενός μέσου που διαφέρει στις ιδιότητές του από όλα τα γνωστά υλικά. Ένα τέτοιο μέσο δεν αντιστέκεται στη συμπίεση και τη διάτμηση, αλλά αντιστέκεται στην περιστροφή. Εξαιτίας αυτών των παράξενων ιδιοτήτων, το μοντέλο αιθέρα του McCullagh δεν προσέλκυσε αρχικά μεγάλο ενδιαφέρον. Ωστόσο, το 1847 ο Kelvin απέδειξε την ύπαρξη μιας αναλογίας μεταξύ ηλεκτρικών φαινομένων και μηχανικής ελαστικότητας. Συνεχίζοντας από αυτό, καθώς και από τις ιδέες του M. Faraday για τις γραμμές δύναμης των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, ο J. Maxwell πρότεινε μια θεωρία ηλεκτρικών φαινομένων, η οποία, σύμφωνα με τα λόγια του, «απορρίπτει τη δράση σε απόσταση και αποδίδει την ηλεκτρική δράση σε Οι τάσεις και οι πιέσεις σε κάποιο μέσο, επιπλέον, αυτές οι τάσεις είναι οι ίδιες με αυτές που αντιμετωπίζουν οι μηχανικοί, και το μέσο είναι ακριβώς το μέσο στο οποίο υποτίθεται ότι διαδίδεται το φως. Το 1864 ο Maxwell διατύπωσε ένα σύστημα εξισώσεων που κάλυπτε όλα τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα. Είναι αξιοσημείωτο ότι η θεωρία του έμοιαζε από πολλές απόψεις με τη θεωρία που είχε προταθεί ένα τέταρτο του αιώνα νωρίτερα από τον McCullagh. Οι εξισώσεις του Maxwell ήταν τόσο περιεκτικές που οι νόμοι του Coulomb, Ampere, ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής προήλθαν από αυτές και ακολούθησε το συμπέρασμα ότι η ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων συμπίπτει με την ταχύτητα του φωτός. Αφού δόθηκε στις εξισώσεις του Maxwell μια απλούστερη μορφή (κυρίως λόγω των O. Heaviside και G. Hertz), οι εξισώσεις πεδίου έγιναν ο πυρήνας της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας. Αν και αυτές οι ίδιες οι εξισώσεις δεν απαιτούσαν μια Μαξγουελιανή ερμηνεία βασισμένη σε ιδέες για τάσεις και πιέσεις στον αιθέρα, μια τέτοια ερμηνεία έγινε παγκοσμίως αποδεκτή. Η αναμφισβήτητη επιτυχία των εξισώσεων στην πρόβλεψη και την εξήγηση διαφόρων ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων ελήφθη ως επιβεβαίωση της εγκυρότητας όχι μόνο των εξισώσεων, αλλά και του μηχανιστικού μοντέλου βάσει του οποίου προέκυψαν και ερμηνεύτηκαν, αν και αυτό το μοντέλο ήταν εντελώς ασήμαντο για μαθηματική θεωρία. Οι γραμμές πεδίου Faraday και οι σωλήνες ρεύματος, μαζί με τις παραμορφώσεις και τις μετατοπίσεις, έχουν γίνει βασικά χαρακτηριστικά του αιθέρα. Η ενέργεια θεωρήθηκε αποθηκευμένη σε ένα υπό πίεση μέσο και ο G. Poynting το 1884 παρουσίασε τη ροή της ως διάνυσμα, που τώρα φέρει το όνομά του. Το 1887 ο Hertz απέδειξε πειραματικά την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Σε μια σειρά από λαμπρά πειράματα, μέτρησε την ταχύτητα της διάδοσής τους και επίσης έδειξε ότι μπορούν να ανακλαστούν, να διαθλαστούν και να πολωθούν. Το 1896 ο G. Marconi έλαβε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για ραδιοεπικοινωνίες. Στην ηπειρωτική Ευρώπη, ανεξάρτητα από τον Maxwell, αναπτύχθηκε η θεωρία της δράσης μεγάλης εμβέλειας - μια εντελώς διαφορετική προσέγγιση στο πρόβλημα της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης. Ο Maxwell έγραψε σχετικά: «Σύμφωνα με τη θεωρία του ηλεκτρισμού, η οποία σημειώνει μεγάλη πρόοδο στη Γερμανία, δύο φορτισμένα σωματίδια δρουν άμεσα μεταξύ τους σε απόσταση με δύναμη η οποία, σύμφωνα με τον Weber, εξαρτάται από τη σχετική ταχύτητα και δράση τους, σε μια θεωρία που βασίζεται στις ιδέες του Gauss και αναπτύχθηκε από τους Riemann, Lorentz και Neumann, όχι αμέσως, αλλά μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, ανάλογα με την απόσταση. μπορεί μόνο να το μελετήσει. Η θεωρία για την οποία μίλησε ο Maxwell αναπτύχθηκε πλήρως από τον Δανό φυσικό L. Lorentz με τη βοήθεια δυναμικών βαθμωτών και διανυσματικών καθυστερημένων δυναμικών, σχεδόν το ίδιο όπως στη σύγχρονη θεωρία. Ο Maxwell απέρριψε την ιδέα της καθυστερημένης δράσης σε απόσταση, είτε πρόκειται για δυναμικά είτε για δυνάμεις. «Αυτές οι φυσικές υποθέσεις είναι εντελώς ξένες με τις ιδέες μου για τη φύση των πραγμάτων», έγραψε. Ωστόσο, η θεωρία του Riemann και του Lorentz ήταν μαθηματικά ταυτόσημη με τη θεωρία του και τελικά συμφώνησε ότι υπήρχαν πιο πειστικά στοιχεία υπέρ της θεωρίας μακράς εμβέλειας. Στο Treatise on Electricity and Magnetism (Treatise on Electricity and Magnetism, 1873), έγραψε: «Δεν πρέπει να αγνοηθεί ότι έχουμε κάνει μόνο ένα βήμα στη θεωρία της δράσης ενός μέσου. Προτείναμε ότι είναι σε ένα κατάσταση έντασης, αλλά δεν εξήγησαν καθόλου τι είδους τάση ήταν και πώς διατηρήθηκε». Το 1895, ο Ολλανδός φυσικός H. Lorentz συνδύασε τις πρώιμες περιορισμένες θεωρίες της αλληλεπίδρασης μεταξύ σταθερών φορτίων και ρευμάτων, οι οποίες προέβλεπαν τη θεωρία του L. Lorentz για καθυστερημένα δυναμικά και δημιουργήθηκαν κυρίως από τον Weber, με τη γενική θεωρία του Maxwell. Ο H. Lorentz θεώρησε ότι η ύλη περιέχει ηλεκτρικά φορτία, τα οποία, διαφορετικοί τρόποιαλληλεπιδρώντας μεταξύ τους, παράγουν όλα τα γνωστά ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα. Αντί να αποδεχτεί την έννοια της καθυστερημένης δράσης σε απόσταση, που περιγράφεται από τους Riemann και L. Lorentz καθυστερημένα δυναμικά, προχώρησε στην υπόθεση ότι η κίνηση των φορτίων δημιουργεί ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που μπορεί να διαδοθεί μέσω του αιθέρα και να μεταφέρει ορμή και ενέργεια από ένα σύστημα χρεώσεων σε άλλον. Είναι όμως απαραίτητη για τη διάδοση ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικού κύματος η ύπαρξη ενός τέτοιου μέσου όπως ο αιθέρας; Πολυάριθμα πειράματα που σχεδιάστηκαν για να επιβεβαιώσουν την ύπαρξη του αιθέρα, συμπεριλαμβανομένου του πειράματος "παρασυρόμενης αιθέρας", έδωσαν αρνητικό αποτέλεσμα. Επιπλέον, η υπόθεση της ύπαρξης του αιθέρα αποδείχθηκε ότι έρχεται σε σύγκρουση με τη θεωρία της σχετικότητας και με τη θέση της σταθερότητας της ταχύτητας του φωτός. Το συμπέρασμα μπορεί να επεξηγηθεί με τα λόγια του Α. Αϊνστάιν: «Εάν ο αιθέρας δεν χαρακτηρίζεται από κάποια συγκεκριμένη κατάσταση κίνησης, τότε δεν έχει νόημα να τον εισαγάγουμε ως μια ορισμένη οντότητα ενός ειδικού είδους μαζί με το διάστημα».
Εκπομπή και διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.Τα ηλεκτρικά φορτία που κινούνται με επιτάχυνση και περιοδικά μεταβαλλόμενα ρεύματα δρουν μεταξύ τους με κάποιες δυνάμεις. Το μέγεθος και η κατεύθυνση αυτών των δυνάμεων εξαρτώνται από παράγοντες όπως η διαμόρφωση και το μέγεθος της περιοχής που περιέχει τα φορτία και τα ρεύματα, το μέγεθος και τη σχετική κατεύθυνση των ρευμάτων, τις ηλεκτρικές ιδιότητες του μέσου και αλλαγές στη συγκέντρωση φορτίου και την κατανομή του ρεύματος της πηγής. Λόγω της πολυπλοκότητας της γενικής διατύπωσης του προβλήματος, ο νόμος των δυνάμεων δεν μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένας ενιαίος τύπος. Η δομή, που ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, το οποίο, εάν είναι επιθυμητό, μπορεί να θεωρηθεί ως ένα καθαρά μαθηματικό αντικείμενο, καθορίζεται από την κατανομή των ρευμάτων και των φορτίων που δημιουργούνται από μια δεδομένη πηγή, λαμβάνοντας υπόψη τις οριακές συνθήκες που καθορίζονται από το σχήμα της αλληλεπίδρασης περιοχή και τις ιδιότητες του υλικού. Όταν πρόκειται για απεριόριστο χώρο, αυτές οι συνθήκες συμπληρώνονται από μια ειδική οριακή συνθήκη - την συνθήκη ακτινοβολίας. Το τελευταίο εγγυάται τη «σωστή» συμπεριφορά του πεδίου στο άπειρο. Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο χαρακτηρίζεται από το διάνυσμα έντασης ηλεκτρικού πεδίου Ε και το διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής Β, καθένα από τα οποία σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου έχει ορισμένο μέγεθος και κατεύθυνση. Στο σχ. Το σχήμα 2 δείχνει σχηματικά ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα με τα διανύσματα Ε και Β να διαδίδονται στη θετική κατεύθυνση του άξονα x. Το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο είναι στενά αλληλένδετα: είναι συστατικά ενός μόνο ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, αφού μετασχηματίζονται το ένα στο άλλο υπό τους μετασχηματισμούς Lorentz. Ένα διανυσματικό πεδίο λέγεται ότι είναι γραμμικά (επίπεδο) πολωμένο εάν η κατεύθυνση του διανύσματος παραμένει σταθερή παντού και το μήκος του αλλάζει περιοδικά. Εάν το διάνυσμα περιστρέφεται, αλλά το μήκος του δεν αλλάζει, τότε το πεδίο λέγεται ότι έχει κυκλική πόλωση. αν το μήκος του διανύσματος αλλάζει περιοδικά και περιστρέφεται, τότε το πεδίο ονομάζεται ελλειπτικά πολωμένο.
Το μόνο φως που μπορούν να δουν οι άνθρωποι ονομάζεται ορατό φως. Αναφέρεται στο πολύ στενό εύρος μηκών κύματος στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα που εμπίπτει μεταξύ του υπέρυθρου και του υπεριώδους φωτός. Μέσα στο ορατό εύρος, βλέπουμε φως διαφορετικών μηκών κύματος, ως διαφορετικά χρώματα φωτός, από το κόκκινο φως, που έχει το μεγαλύτερο μήκος κύματος, έως το ιώδες φως, που έχει το μικρότερο μήκος κύματος. Μπορείτε να δείτε το χρωματικό φάσμα του ορατού φωτός στο σχήμα. Όταν όλα τα μήκη κύματος συνδυάζονται, όπως είναι στο φως του ήλιου, το ορατό φως γίνεται λευκό.
Η σχέση μεταξύ του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και των ταλαντευόμενων ρευμάτων και φορτίων που διατηρούν αυτό το πεδίο μπορεί να απεικονιστεί με ένα σχετικά απλό αλλά πολύ σαφές παράδειγμα κεραίας όπως ένα δίπολο μισού κύματος (Εικ. 3). Εάν ένα λεπτό σύρμα, το μήκος του οποίου είναι το ήμισυ του μήκους κύματος της ακτινοβολίας, κοπεί στη μέση και συνδεθεί μια γεννήτρια υψηλής συχνότητας στην τομή, τότε η εφαρμοζόμενη εναλλασσόμενη τάση θα διατηρήσει μια περίπου ημιτονοειδή κατανομή ρεύματος στον δονητή. Τη χρονική στιγμή t = 0, όταν το πλάτος του ρεύματος φτάνει στη μέγιστη τιμή του και το διάνυσμα ταχύτητας των θετικών φορτίων κατευθύνεται προς τα πάνω (αρνητικό - προς τα κάτω), σε οποιοδήποτε σημείο της κεραίας, το φορτίο ανά μονάδα μήκους της είναι ίσο με μηδέν . Μετά το πρώτο τέταρτο της περιόδου (t = T/4), τα θετικά φορτία θα συγκεντρωθούν στο πάνω μισό της κεραίας και τα αρνητικά στο κάτω μέρος. Σε αυτή την περίπτωση, το ρεύμα είναι μηδέν (Εικ. 3β). Τη στιγμή t = T/2, το φορτίο ανά μονάδα μήκους είναι ίσο με μηδέν, και το διάνυσμα της ταχύτητας των θετικών φορτίων κατευθύνεται προς τα κάτω (Εικ. 3γ). Στη συνέχεια, μέχρι το τέλος του τρίτου τριμήνου, τα φορτία ανακατανέμονται (Εικ. 3δ), και με την ολοκλήρωσή του, τελειώνει η πλήρης περίοδος των ταλαντώσεων (t = T) και όλα μοιάζουν ξανά όπως στο Σχ. 3α.
Προκειμένου ένα σήμα (για παράδειγμα, ένα χρονικά μεταβαλλόμενο ρεύμα που οδηγεί ένα ηχείο ραδιοφώνου) να μεταδοθεί σε απόσταση, η ακτινοβολία του πομπού πρέπει να διαμορφωθεί, για παράδειγμα, αλλάζοντας το πλάτος του ρεύματος στην κεραία εκπομπής σύμφωνα με το σήμα, το οποίο θα συνεπάγεται διαμόρφωση του πλάτους των ταλαντώσεων του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (Εικ. 4).
Οι επιστήμονες του Μπέρκλεϋ ανέπτυξαν ένα ισχυρό νέο μικροσκόπιο που χρησιμοποιεί ακτίνες Χ για να σαρώσει ένα ολόκληρο κύτταρο και, μέσα σε λίγα λεπτά, δημιουργεί μια τρισδιάστατη άποψη του κυττάρου και του γενετικού του υλικού. Αυτό το πρωτοποριακό εργαλείο βοηθά στην προώθηση της έρευνας για την ανάπτυξη βιοκαυσίμων, τη θεραπεία της ελονοσίας και ίσως ακόμη πιο γρήγορη διάγνωση καρκίνου.
Αυτό το διάγραμμα δείχνει διαφορετικά μήκη κύματος φωτός και μερικά από τα χαρακτηριστικά τους. Η κόκκινη γραμμή απεικονίζει τα μήκη κύματος. Πάνω από τη γραμμή που δείχνει ποια κύματα φωτός διαπερνούν την ατμόσφαιρα της Γης. Ονόματα κάτω από την κόκκινη γραμμή ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙφως με μετρημένο μήκος κύματος. Οι απεικονίσεις φυσικών αντικειμένων δείχνουν κλίμακα. διάγραμμα διαφορετικών συχνοτήτων φωτός, μετρημένο σε Hertz. Παρακάτω είναι ένα μέτρο της θερμοκρασίας στην οποία εκπέμπονται συχνότερα αυτά τα κύματα φωτός.
Η κεραία εκπομπής είναι εκείνο το τμήμα του πομπού όπου τα ηλεκτρικά φορτία και τα ρεύματα ταλαντώνονται, ακτινοβολώντας ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στον περιβάλλοντα χώρο. Η κεραία μπορεί να έχει μεγάλη ποικιλία διαμορφώσεων, ανάλογα με τη μορφή ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που θέλετε να αποκτήσετε. Μπορεί να είναι ένας ενιαίος συμμετρικός δονητής ή ένα σύστημα συμμετρικών δονητών που βρίσκονται σε μια ορισμένη απόσταση μεταξύ τους και παρέχουν την απαραίτητη αναλογία μεταξύ των πλατών και των φάσεων των ρευμάτων. Η κεραία μπορεί να είναι ένας συμμετρικός δονητής που βρίσκεται μπροστά από μια σχετικά μεγάλη επίπεδη ή κυρτή μεταλλική επιφάνεια που λειτουργεί ως ανακλαστήρας. Στο εύρος των κυμάτων εκατοστών και χιλιοστών, μια κεραία με τη μορφή κόρνας που συνδέεται με έναν μεταλλικό σωλήνα-κυματοδηγό, που παίζει το ρόλο μιας γραμμής μετάδοσης, είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική. Τα ρεύματα στη μικρή κεραία στην είσοδο του κυματοδηγού προκαλούν εναλλασσόμενα ρεύματα στην εσωτερική του επιφάνεια. Αυτά τα ρεύματα και το σχετικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο διαδίδονται κατά μήκος του κυματοδηγού μέχρι την κόρνα.
δείτε επίσηςΚΕΡΑΙΑ . Αλλάζοντας τη σχεδίαση της κεραίας και τη γεωμετρία της, είναι δυνατό να επιτευχθεί ένας τέτοιος λόγος των πλατών και των φάσεων των ταλαντώσεων ρεύματος στα διάφορα μέρη της, ώστε η ακτινοβολία να ενισχύεται σε ορισμένες κατευθύνσεις και να εξασθενεί σε άλλες (κατευθυντικές κεραίες). Σε μεγάλες αποστάσεις από μια κεραία οποιουδήποτε τύπου, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο έχει μια μάλλον απλή μορφή: σε οποιοδήποτε δεδομένο σημείο, τα διανύσματα της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου Ε και της επαγωγής του μαγνητικού πεδίου B κυμαίνονται σε φάση σε αμοιβαία κάθετα επίπεδα, μειώνοντας αντίστροφα με την απόσταση από την πηγή. Εν μέτωπο κύματοςέχει το σχήμα μιας αυξανόμενης σφαίρας και το διάνυσμα ροής ενέργειας (διάνυσμα Poynting) κατευθύνεται προς τα έξω κατά μήκος των ακτίνων του. Το ολοκλήρωμα του διανύσματος Poynting σε ολόκληρη τη σφαίρα δίνει τη συνολική κατά μέσο όρο χρόνο ακτινοβολούμενη ενέργεια. Στην περίπτωση αυτή, τα κύματα που διαδίδονται στην ακτινική κατεύθυνση με την ταχύτητα του φωτός μεταφέρουν από την πηγή όχι μόνο τις ταλαντώσεις των διανυσμάτων Ε και Β, αλλά και την ορμή του πεδίου και την ενέργειά του. Λήψη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και φαινόμενο σκέδασης. Εάν ένας αγώγιμος κύλινδρος τοποθετηθεί στη ζώνη ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που διαδίδεται από μια απομακρυσμένη πηγή, τότε τα ρεύματα που προκαλούνται σε αυτόν θα είναι ανάλογα με την ισχύ του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και, επιπλέον, θα εξαρτώνται από τον προσανατολισμό του κυλίνδρου σε σχέση με το μπροστινό μέρος του προσπίπτοντος κύματος και στην κατεύθυνση του διανύσματος έντασης ηλεκτρικού πεδίου. Εάν ο κύλινδρος έχει τη μορφή σύρματος του οποίου η διάμετρος είναι μικρή σε σύγκριση με το μήκος κύματος, τότε το επαγόμενο ρεύμα θα είναι μέγιστο όταν το σύρμα είναι παράλληλο στο διάνυσμα Ε του προσπίπτοντος κύματος. Εάν το καλώδιο κοπεί στη μέση και συνδεθεί ένα φορτίο στους ακροδέκτες που προκύπτουν, τότε θα τροφοδοτηθεί ενέργεια σε αυτό, όπως συμβαίνει στην περίπτωση ενός ραδιοφωνικού δέκτη. Τα ρεύματα σε αυτό το καλώδιο συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο όπως τα εναλλασσόμενα ρεύματα στην κεραία εκπομπής, και επομένως ακτινοβολεί επίσης ένα πεδίο στον περιβάλλοντα χώρο (δηλαδή, το προσπίπτον κύμα διασκορπίζεται).
Ανάκλαση και διάθλαση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η κεραία εκπομπής είναι συνήθως τοποθετημένη ψηλά πάνω από το έδαφος. Εάν η κεραία βρίσκεται σε ξηρό αμμώδες ή βραχώδες έδαφος, τότε το έδαφος συμπεριφέρεται ως μονωτής (διηλεκτρικό) και τα ρεύματα που προκαλούνται σε αυτό από την κεραία συνδέονται με ενδοατομικές δονήσεις, καθώς εδώ δεν υπάρχουν φορείς δωρεάν φόρτισης, όπως σε αγωγούς και ιονισμένα αέρια. Αυτές οι μικροσκοπικές δονήσεις δημιουργούν πάνω από την επιφάνεια της γης το πεδίο του ηλεκτρομαγνητικού κύματος που ανακλάται από την επιφάνεια της γης και, επιπλέον, αλλάζουν την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος που εισέρχεται στο έδαφος. Αυτό το κύμα κινείται με μικρότερη ταχύτητα και με μικρότερη γωνία προς την κανονική από το προσπίπτον. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διάθλαση. Εάν το κύμα πέσει σε ένα τμήμα της επιφάνειας της γης, το οποίο, μαζί με το διηλεκτρικό, έχει επίσης αγώγιμες ιδιότητες, τότε η συνολική εικόνα για το διαθλασμένο κύμα φαίνεται πολύ πιο περίπλοκη. Όπως και πριν, το κύμα αλλάζει κατεύθυνση στη διεπιφάνεια, αλλά τώρα το πεδίο στο έδαφος διαδίδεται με τέτοιο τρόπο ώστε οι επιφάνειες ίσων φάσεων να μην συμπίπτουν πλέον με τις επιφάνειες ίσου πλάτη, όπως συμβαίνει συνήθως στην περίπτωση ενός επιπέδου κύμα. Επιπλέον, το πλάτος των ταλαντώσεων των κυμάτων διασπάται γρήγορα, καθώς τα ηλεκτρόνια αγωγιμότητας δίνουν την ενέργειά τους στα άτομα κατά τη διάρκεια των συγκρούσεων. Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια των ταλαντώσεων των κυμάτων μετατρέπεται σε ενέργεια χαοτικής θερμικής κίνησης και διαχέεται. Επομένως, όπου το έδαφος άγει ηλεκτρισμό, τα κύματα δεν μπορούν να το διαπεράσουν σε μεγάλο βάθος. Το ίδιο ισχύει και για το θαλασσινό νερό, που δυσκολεύει την επικοινωνία με τα υποβρύχια. Στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας της γης υπάρχει ένα στρώμα ιονισμένου αερίου, το οποίο ονομάζεται ιονόσφαιρα. Αποτελείται από ελεύθερα ηλεκτρόνια και θετικά φορτισμένα ιόντα. Υπό την επίδραση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που στέλνονται από τη γη, τα φορτισμένα σωματίδια της ιονόσφαιρας αρχίζουν να ταλαντώνονται και να ακτινοβολούν το δικό τους ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Τα φορτισμένα σωματίδια ιονόσφαιρας αλληλεπιδρούν με το απεσταλμένο κύμα με τον ίδιο περίπου τρόπο όπως τα διηλεκτρικά σωματίδια στην περίπτωση που εξετάστηκε παραπάνω. Ωστόσο, τα ηλεκτρόνια της ιονόσφαιρας δεν είναι συνδεδεμένα με άτομα, όπως σε ένα διηλεκτρικό. Αντιδρούν στο ηλεκτρικό πεδίο του απεσταλμένου κύματος όχι ακαριαία, αλλά με κάποια μετατόπιση φάσης. Ως αποτέλεσμα, το κύμα στην ιονόσφαιρα διαδίδεται όχι σε μικρότερη, όπως σε ένα διηλεκτρικό, αλλά σε μεγαλύτερη γωνία προς την κανονική από το προσπίπτον κύμα που στέλνεται από τη γη, και η ταχύτητα φάσης του κύματος στην ιονόσφαιρα αποδεικνύεται ότι να είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός γ. Όταν το κύμα πέφτει σε μια ορισμένη κρίσιμη γωνία, η γωνία μεταξύ της διαθλασμένης δέσμης και της κανονικής πλησιάζει σε μια ευθεία γραμμή και με περαιτέρω αύξηση της γωνίας πρόσπτωσης, η ακτινοβολία αντανακλάται προς τη Γη. Προφανώς, σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια της ιονόσφαιρας δημιουργούν ένα πεδίο που αντισταθμίζει το πεδίο του διαθλασμένου κύματος στην κατακόρυφη κατεύθυνση και η ιονόσφαιρα λειτουργεί ως καθρέφτης.
Ενέργεια και ορμή ακτινοβολίας.Στη σύγχρονη φυσική, η επιλογή μεταξύ της θεωρίας του Maxwell για το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και της θεωρίας της καθυστερημένης δράσης μεγάλης εμβέλειας γίνεται υπέρ της θεωρίας του Maxwell. Εφόσον μας ενδιαφέρει μόνο η αλληλεπίδραση μεταξύ πηγής και δέκτη, και οι δύο θεωρίες είναι εξίσου καλές. Ωστόσο, η θεωρία της δράσης μακράς εμβέλειας δεν δίνει καμία απάντηση στο ερώτημα πού βρίσκεται η ενέργεια που έχει ήδη εκπέμπει η πηγή, αλλά δεν έχει ακόμη ληφθεί από τον δέκτη. Σύμφωνα με τη θεωρία του Maxwell, η πηγή μεταφέρει ενέργεια στο ηλεκτρομαγνητικό κύμα, στο οποίο βρίσκεται, μέχρι να μεταφερθεί στον δέκτη που απορρόφησε το κύμα. Παράλληλα, σε κάθε στάδιο τηρείται ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας. Έτσι, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν ενέργεια (αλλά και ορμή), που μας κάνει να τα θεωρούμε τόσο πραγματικά όσο, για παράδειγμα, τα άτομα. Τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια που βρίσκονται στον Ήλιο μεταφέρουν ενέργεια στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, κυρίως στις υπέρυθρες, ορατές και υπεριώδεις περιοχές του φάσματος. Μετά από περίπου 500 δευτερόλεπτα, έχοντας φτάσει στη Γη, απελευθερώνει αυτήν την ενέργεια: η θερμοκρασία αυξάνεται, η φωτοσύνθεση συμβαίνει στα πράσινα φύλλα των φυτών κ.λπ. Το 1901, ο P.N. Lebedev μέτρησε πειραματικά την πίεση του φωτός, επιβεβαιώνοντας ότι το φως δεν έχει μόνο ενέργεια, αλλά και ορμή (εξάλλου, η σχέση μεταξύ τους είναι σύμφωνη με τη θεωρία του Maxwell).
Φωτόνια και κβαντική θεωρία.Στο γύρισμα του 19ου και του 20ου αιώνα, όταν φαινόταν ότι είχε χτιστεί επιτέλους μια εξαντλητική θεωρία της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, η φύση παρουσίασε μια άλλη έκπληξη: αποδείχθηκε ότι εκτός από τις κυματικές ιδιότητες που περιγράφει η θεωρία του Maxwell, η ακτινοβολία εμφανίζει επίσης τις ιδιότητες των σωματιδίων, και όσο ισχυρότερα, τόσο μικρότερο είναι το μήκος των κυμάτων. Αυτές οι ιδιότητες είναι ιδιαίτερα έντονες στο φαινόμενο του φωτοηλεκτρικού φαινομένου (έκπτωση ηλεκτρονίων από την επιφάνεια ενός μετάλλου υπό τη δράση του φωτός), που ανακαλύφθηκε το 1887 από τον G. Hertz. Αποδείχθηκε ότι η ενέργεια κάθε εκτινασσόμενου ηλεκτρονίου εξαρτάται από τη συχνότητα n του προσπίπτοντος φωτός, αλλά όχι από την έντασή του. Αυτό δείχνει ότι η ενέργεια που σχετίζεται με το κύμα φωτός μεταδίδεται σε διακριτά τμήματα - κβάντα. Εάν η ένταση του προσπίπτοντος φωτός είναι αυξημένη, τότε αυξάνεται ο αριθμός των ηλεκτρονίων που εξουδετερώνονται ανά μονάδα χρόνου, αλλά όχι η ενέργεια καθενός από αυτά. Με άλλα λόγια, η ακτινοβολία μεταδίδει ενέργεια σε ορισμένα ελάχιστα μέρη - όπως τα σωματίδια του φωτός, τα οποία ονομάζονταν φωτόνια. Ένα φωτόνιο δεν έχει ούτε μάζα ηρεμίας ούτε φορτίο, αλλά έχει σπιν, καθώς και ορμή ίση με hn/c και ενέργεια ίση με hn. κινείται σε ελεύθερο χώρο με σταθερή ταχύτητα γ. Πώς μπορεί η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία να έχει όλες τις ιδιότητες των κυμάτων, που εκδηλώνονται σε παρεμβολές και περίθλαση, αλλά να συμπεριφέρεται σαν ρεύμα σωματιδίων στην περίπτωση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου; Προς το παρόν, η πιο ικανοποιητική εξήγηση αυτής της δυαδικότητας μπορεί να βρεθεί στον περίπλοκο φορμαλισμό της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής. Αλλά ακόμη και αυτή η περίπλοκη θεωρία έχει τις δυσκολίες της και η μαθηματική της συνέπεια είναι αμφισβητήσιμη.
δείτε επίσης
