Tko je otkrio elektromagnetne valove? Elektromagnetski valovi - stol. Vrste elektromagnetskih valova

Elektromagnetski valovi (tablica koja će biti dani u nastavku) su perturbacija magnetskih i električnih polja koja se distribuiraju u prostoru. Postoji nekoliko vrsta. Proučavanje ovih perturbacija bavi se fizikom. Elektromagnetski valovi nastaju zbog činjenice da električno izmjenično polje generira magnetsko polje i on zauzvrat stvara električni.

Povijest istraživanja

Prve su teorije, koje se mogu smatrati najstarijim verzijama hipoteza o elektromagnetskim valovima, barem Huygensovih vremena. Tada su pretpostavke postigle značajan kvantitativni razvoj. Huygens je 1678. godine na neki način izdao "skicu" teorije - "Tretman na svjetlu". Godine 1690. objavio je još jedan izvanredan posao. Sadržao je kvalitativnu teoriju refleksije, lom u obliku u kojem je još uvijek prikazana u školskim udžbenicima ("Elektromagnetski valovi", Grade 9).

Zajedno s tim, formuliran je princip Huygens. S njegovom pomoći postalo je moguće proučiti gibanje fronte vala. Ovaj princip kasnije je pronašao svoj razvoj u spisima Fresnel. Princip Huygens-Fresnel bio je od posebne važnosti u teoriji difrakcije i teorije valova svjetlosti.

U 1660-ih i 1670-ih, Hooke i Newton napravili su veliki eksperimentalni i teorijski doprinos istraživanju. Tko je otkrio elektromagnetne valove? Tko je proveo pokuse koji dokazuju njihovo postojanje? Koje su vrste elektromagnetskih valova? O ovom daljnjem.

Opravdanje Maxwella

Prije nego govorimo o tome tko je otkrio elektromagnetske valove, mora se reći da je prvi znanstvenik koji je predvidio njihovo postojanje općenito, postala je Faraday. Njegova je hipoteza iznijela 1832. godine. Nakon toga je izgradio teoriju Maxwell. Do 1865. završio je taj posao. Kao rezultat toga, Maxwell je rigorozno formalizirao teoriju matematički, opravdavajući postojanje fenomena koji se razmatraju. Također je odredio brzinu širenja elektromagnetskih valova koji se podudaraju s tada korištenom vrijednošću svjetlosne brzine. To je, pak, omogućilo mu da potkrepljuje hipotezu da je svjetlost jedna od vrsta zračenja koja se razmatra.

Eksperimentalno otkrivanje

Teorija Maxwella pronašla je svoju potvrdu u pokusima Hertza 1888. godine. Ovdje bi se trebalo reći da je njemački fizičar proveo svoje eksperimente da opovrgnu teoriju unatoč matematičkim opravdanjima. Međutim, zahvaljujući svojim eksperimentima, Hertz je postao prvi koji je otvorio elektromagnetske valove u praksi. Osim toga, tijekom svojih eksperimenata, znanstvenik je identificirao svojstva i karakteristike zračenja.

Elektromagnetski valovi Hertz dobila zbog uzbude puls niza brzo teče u vibrator pomoću visokog napona izvora. Visoki frekvencijski tokovi mogu se detektirati pomoću sklopa. Frekvencija oscilacije tada će biti viša, veća je njezina kapacitivnost i induktivnost. Međutim, veća frekvencija nije jamstvo intenzivnog protoka. Da bi provodili svoje eksperimente, Hertz je koristio prilično jednostavnu napravu, koja se danas naziva "Hertz vibrator". Uređaj je oscilirajući krug otvorenog tipa.

Shema Hertz eksperimenta

Registracija emisija je provedena pomoću primatelja vibratora. Ovaj uređaj je imao isti dizajn kao i uređaj za zračenje. Pod utjecajem elektromagnetnog vala električnog izmjeničnog polja, strujna oscilacija je uzbudena u prihvatnom uređaju. Ako se u ovom uređaju njegova frekvencija i učestalost protoka podudaraju, pojavila se rezonancija. Kao rezultat toga, poremećaji u prijemnom uređaju dogodili su se s većom amplitudom. Otkrio je njihov istraživač, promatrajući iskre između vodiča u malom prostoru.

Tako je Hertz postao prvi koji je otkrio elektromagnetne valove, dokazao njihovu sposobnost da dobro odražava od dirigenata. Stvaranje stalnog zračenja bilo je gotovo opravdano. Osim toga, Hertz je odredio brzinu širenja elektromagnetskih valova u zraku.

Studija obilježja

Elektromagnetski valovi propagiraju gotovo u svim medijima. U prostoru koji je ispunjen materijom, zračenje se u nekim slučajevima može prilično dobro raspoređivati. Ali oni nešto promijene svoje ponašanje.

Elektromagnetski valovi u vakuumu određuju se bez prigušenja. Oni su dodijeljeni bilo kojoj, proizvoljno dugoj udaljenosti. Glavne karakteristike valova su polarizacija, frekvencija i duljina. Svojstva su opisana u smislu elektrodinamike. Međutim, specifičniji dijelovi fizike se bave karakteristikama zračenja u određenim područjima spektra. Na njih, na primjer, možete uključiti optiku.

Istraživanje čvrstog elektromagnetskog zračenja spektralnog kraja kratkog vala izvodi se pomoću visoke energetske particije. Uzimajući u obzir moderne pojmove, dinamika prestaje biti neovisna disciplina i kombinira se slabe interakcije u jednoj teoriji.

Teorije korištene u proučavanju svojstava

Danas postoje različite metode koje olakšavaju modeliranje i istraživanje manifestacija i svojstava oscilacija. Najosnovnije od testiranih i dovršenih teorija je kvantna elektrodinamika. Iz nje, putem ovih ili drugih pojednostavljenja, postaje moguće dobiti sljedeće tehnike, koje se široko koriste u različitim područjima.

Opis relativno niske frekvencije zračenja u makroskopskom mediju ostvaruje se klasičnom elektrodinamikom. Temelji se na Maxwellovim jednadžbama. Istodobno postoje pojednostavljenja u primijenjenim aplikacijama. Optička studija koristi optiku. Teorija vala se primjenjuje u slučajevima kada su neki dijelovi optičkog sustava približno veličine blizu valnih duljina. Kvantna optika se koristi kada su procesi raspršivanja, apsorpcija fotona bitni.

Geometrijska optička teorija je ograničavajući slučaj u kojem je valna duljina zanemarena. Postoji i nekoliko primijenjenih i temeljnih odjeljaka. Na primjer, uključuju astrofiziku, biologiju vizualne percepcije i fotosintezu, fotokemija. Kako se klasificiraju elektromagnetski valovi? Dolje je prikazana tablica koja jasno ilustrira raspodjelu skupina.

klasifikacija

Postoje frekvencijski rasponi elektromagnetskih valova. Ne postoje oštri prijelazi između njih, ponekad se međusobno preklapaju. Granice između njih su prilično proizvoljne. Zbog činjenice da se protok kontinuirano raspodjeljuje, učestalost je kruto povezana s dužinom. Ispod su rasponi elektromagnetskih valova.

Vrlo kratko zračenje obično se dijeli na micrometar (submillimetar), milimetar, centimetar, decimetar, metar. Ako je valna duljina Elektromagnetsko zračenje je manje od jednog metra, a obično se naziva ultrazvučnom frekvencijom oscilacije (SHF).

Vrste elektromagnetskih valova

Raspon elektromagnetskih valova prikazan je gore. Koje su različite vrste tokova? Grupa ionizirajuće zračenje uključuje gama i X-zrake. Istodobno, treba reći da ultraljubičasto, pa čak i vidljivo svjetlo, može ionizirati atome. Granice u kojima se nalaze gama i rendgenski tijekovi određeni su vrlo samovoljno. Kao opća orijentacija prihvaćaju se granice od 20 eV - 0,1 MeV. Gamma tokovi u užem smislu emitiraju jezgra, a atomski ljuski elektrona emitiraju fluksa rendgenskih zraka u procesu uništavanja elektrona iz niskih ležišta. Međutim, ova klasifikacija nije primjenjiva na teške zračenja generirane bez sudjelovanja jezgri i atoma.

Krivulje rendgenskih zraka nastaju kada se napunjene brzinske čestice (protoni, elektroni itd.) Usporavaju i zbog procesa koji se pojavljuju unutar atomskog elektronskog ljuske. Gamma-oscilacije nastaju kao rezultat procesa unutar atomske jezgre i u transformaciji elementarnih čestica.

Radio struje

Zbog velike vrijednosti duljina, razmatranje tih valova može se izvesti bez uzimanja u obzir atomističku strukturu medija. Iznimno, samo najkraći tokovi koji se spajaju s infracrvenim područjem spektra. U radio rasponu, kvantna svojstva oscilacija su vrlo slaba. Ipak, one se moraju uzeti u obzir, na primjer, prilikom analize molekularnih standarda vremena i frekvencije tijekom hlađenja opreme na temperaturu od nekoliko kelvina.

Kvantna svojstva također se uzimaju u obzir pri opisu generatora i pojačala u milimetarskim i centimetarskim rasponima. Radio struja nastaje tijekom kretanja izmjenične struje uzduž vodiča odgovarajuće frekvencije. I elektromagnetski val koji prolazi u prostoru uzbuđuje izmjenična struja, što odgovara tome. Ova se nekretnina koristi u dizajnu antena u radio-inženjeringu.

Vidljivi tokovi

Ultraljubičasto i infracrveno vidljivo zračenje je u najširem smislu takozvani optički dio spektra. Izolacija ove regije uzrokovana je ne samo blizinom odgovarajućih zona, već i sličnosti instrumenata koji se koriste u istraživanju i prvenstveno razvijeni tijekom proučavanja vidljive svjetlosti. To uključuje, posebice, ogledala i leće za fokusiranje zračenja, difrakcijskih rešetki, prizmi i drugih.

Frekvencije optičkih valova su usporedive s onima molekula i atoma, a njihove duljine s intermolekularnim udaljenostima i molekularnim dimenzijama. Stoga, pojave koje su posljedica atomske strukture materije postale su značajne u ovom području. Iz istog razloga, svjetlost, zajedno s valom, također posjeduje kvantna svojstva.

Podrijetlo optičkih tokova

Najpoznatiji je izvor Sunca. Površina zvijezde (fotosfere) ima temperaturu od 6000 ° Kelvina i emitira svijetlo bijelo svjetlo. Najveća vrijednost kontinuiranog spektra nalazi se u "zelenoj" zoni - 550 nm. Tu je i maksimalna vizualna osjetljivost. Oscilacije optičkog raspona nastaju kada se tijela griju. Zbog toga se infracrvene struje također nazivaju toplinski tokovi.

Što više grije tijelo, to je veća frekvencija, gdje se nalazi maksimum spektra. S određenim porastom temperature promatramo gorenje (sjaj u vidljivom rasponu). Istodobno se najprije pojavljuje crvena boja, a zatim žuta i zatim. Stvaranje i snimanje optičkih tokova može se pojaviti u biološkim i kemijskim reakcijama, od kojih se jedna koristi u fotografiji. Za većinu bića koja žive na Zemlji, fotosinteza djeluje kao izvor energije. Ova biološka reakcija događa se u biljkama pod utjecajem optičkog sunčevog zračenja.

Značajke elektromagnetskih valova

Svojstva medija i izvora utječu na karakteristike tokova. Stoga se posebno utvrđuje vremenska ovisnost polja koja određuje vrstu protoka. Na primjer, ako promijenite udaljenost od vibratora (s povećanjem), polumjer zakrivljenosti postaje veći. Kao rezultat toga nastaje ravni elektromagnetski val. Interakcija s tvarima također se javlja na različite načine. Proces apsorpcije i emisije fluida, u pravilu, može se opisati uz pomoć klasičnih elektrodinamičkih odnosa. Za valove optičke regije i tvrdih greda, sve je više potrebno uzeti u obzir njihovu kvantnu prirodu.

Izvori niti

Unatoč fizičkih razlika, svugdje - u radioaktivnoj tvari, televizijski odašiljač, žarulja - elektromagnetski valovi smo uzbuđeni zbog električnog naboja koji se kreću s ubrzanjem. Postoje dvije glavne vrste izvora: mikroskopski i makroskopski. Prvi pojavljuje nagli prijelaz nabijenih čestica iz jedne na drugu razinu unutar molekule ili atoma.

Mikroskopske izvori emitiraju X-ray, gama, ultraljubičasti, infracrveni, koji su vidljivi, te u nekim slučajevima, dugo val zračenja. Kao primjer za ovo posljednje je liniju vodika spektra koji odgovara vala 21 cm. Ova pojava je posebno važno u radioastronomiji.

Struktura i snaga tokova

Električni pokreti koji se kreću uz ubrzanje i povremeno mijenjanje struja utječu jedni na druge s određenim silama. Smjer i veličina ovise o čimbenicima kao što su veličina i konfiguracija područja u kojem se nalaze struje i napuni, njihov relativni smjer i veličinu. Značajan utjecaj također utječe i na električne karakteristike određenog medija, kao i na promjene u koncentraciji naboja i raspodjeli izvornih struja.

U vezi sa sveukupnom složenosti formulacije problema, nemoguće je predstaviti zakon snaga u obliku jedne formule. Struktura, nazvana elektromagnetsko polje i ako je potrebno smatra se matematičkim objektom, određuje se raspodjelom naboja i struja. On je zauzvrat stvoren od strane određenog izvora kada se uzmu u obzir uvjeti granica. Uvjeti se određuju oblikom interakcijskog područja i svojstvima materijala. Ako se govori o neograničenom prostoru, ove su okolnosti dopunjene. Kao posebni dodatni uvjet u takvim slučajevima pojavljuje se stanje zračenja. Zbog toga je zajamčena "ispravnost" polja ponašanja u beskonačnosti.

Kronologija studije

Corpuscular-kinetička teorija Lomonosov u nekim od svojih pozicija u očekivanju određenih načela teorije elektromagnetskog polja .. „režanj” (rotirajuće) gibanje čestica „zyblyuschayasya” (val) teorija svjetlosti, njezino zajedništvo s prirodom električne energije, itd Infracrveni tokovi su otkrivene u 1800 po Herchel (British znanstvenik), a u slijedećem, 1801 m, Ritter je opisana ultraljubičasti. Zračenje kraći od ultraljubičastog, raspon je otvoren rentgenskim u 1895. godini, 8. studenog. Zatim se zvao x-ray.

Utjecaj elektromagnetskih valova proučavao je mnogi znanstvenici. Međutim, Narkevich-Iodko (bjeloruski znanstvenik) postao je prvi koji je istraživao mogućnosti tokova, opseg njihove primjene. Proučavao je svojstva tokova u odnosu na praktičnu medicinu. Gamma zračenje otkrio je Paul Willard 1900. godine. U istom razdoblju, Planck je proveo teorijske studije o svojstvima crnog tijela. U procesu proučavanja, proces je kvantificiran. Njegov je rad bio početak razvoja kvantna fizika. Kasnije su objavljena nekoliko radova Plancka i Einsteina. Njihovo istraživanje dovelo je do formiranja takvog koncepta kao fotona. To je zauzvrat označilo početak stvaranja kvantne teorije elektromagnetskih tokova. Njegov razvoj nastavljen je u djelima vodećih znanstvenih figura dvadesetog stoljeća.

Daljnja istraživanja i rad na kvantne teorije elektromagnetskog zračenja i njegovoj interakciji s materijom dovelo na kraju do stvaranja kvantne elektrodinamike u obliku u kojem je danas postoji. Među izvanrednim znanstvenicima koji su proučavali taj problem, treba spomenuti, osim Einsteina i Plancka, Bohr, Bose, Dirac, de Broglie, Heisenberg, Tomonaga, Schwinger, Feynman.

zaključak

Važnost fizike u suvremenom svijetu je dovoljno velika. Gotovo sve što se danas koristi u ljudskom životu, pojavilo se zahvaljujući praktičnoj upotrebi istraživanja velikih znanstvenika. Otkriće elektromagnetskih valova i njihova studija, osobito, dovele su do stvaranja konvencionalnih, a potom mobilnih telefona, radio odašiljača. Od posebne je važnosti praktična primjena takvih teorijskih znanja iz područja medicine, industrije i tehnologije.

Ta se raširena upotreba objašnjava kvantitativnom prirodom znanosti. Svi fizički eksperimenti se oslanjaju na mjerenja, uspoređujući svojstva proučavanih fenomena s dostupnim standardima. U tu je svrhu razvijen skup mjernih instrumenata i jedinica unutar discipline. Niz regularnosti zajednički su svim postojećim materijalnim sustavima. Na primjer, zakoni očuvanja energije smatraju se općim fizičkim zakonima.

Znanost općenito u mnogim slučajevima naziva se temeljnim. To se ponajprije odnosi na činjenicu da druge discipline opisuju da se, zauzvrat, pridržavaju zakona fizike. Tako se u kemiji, atomima, tvari formiraju od njih i proučavaju transformacije. Ali kemijska svojstva tijela određena su fizičkim svojstvima molekula i atoma. Ta svojstva opisuju takve grane fizike kao što su elektromagnetizam, termodinamika i drugi.