Τι είναι το κύμα ηλεκτρονίων. Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία - επιπτώσεις στον άνθρωπο, προστασία

Λίγοι γνωρίζουν ότι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία διαπερνά ολόκληρο το Σύμπαν. Ηλεκτρομαγνητικά κύματαπροκύπτουν όταν εξαπλώνεται στο διάστημα. Ανάλογα με τη συχνότητα ταλάντωσης των κυμάτων, χωρίζονται υπό όρους σε ορατό φως, φάσμα ραδιοσυχνοτήτων, εύρος υπέρυθρων κ.λπ. Η πρακτική ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων αποδείχθηκε πειραματικά το 1880 από τον Γερμανό επιστήμονα G. Hertz (παρεμπιπτόντως, ο μονάδα μέτρησης συχνότητας πήρε το όνομά του).

Από ένα μάθημα φυσικής ξέρουμε τι είναι ιδιαίτερο είδοςύλη. Παρόλο που μόνο ένα μικρό μέρος του μπορεί να φανεί με όραση, η επιρροή του στον υλικό κόσμο είναι τεράστια. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι η διαδοχική διάδοση στο χώρο αλληλεπιδρώντων διανυσμάτων ισχύος μαγνητικού και ηλεκτρικού πεδίου. Ωστόσο, η λέξη «διανομή» σε σε αυτή την περίπτωσηδεν είναι απολύτως σωστό: μιλάμε, μάλλον, για μια κυματική διαταραχή του χώρου. Ο λόγος που δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι η εμφάνιση στο χώρο κάτι που αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. ηλεκτρικό πεδίο. Και, όπως γνωρίζετε, υπάρχει άμεση σύνδεση μεταξύ ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Αρκεί να θυμηθούμε τον κανόνα σύμφωνα με τον οποίο υπάρχει μαγνητικό πεδίο γύρω από οποιονδήποτε αγωγό που μεταφέρει ρεύμα. Ένα σωματίδιο που επηρεάζεται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα αρχίζει να ταλαντώνεται και αφού υπάρχει κίνηση, σημαίνει ότι υπάρχει ακτινοβολία ενέργειας. Το ηλεκτρικό πεδίο μεταφέρεται σε ένα γειτονικό σωματίδιο σε ηρεμία, με αποτέλεσμα να δημιουργείται ξανά πεδίο ηλεκτρική φύση. Και αφού τα πεδία είναι αλληλένδετα, το μαγνητικό πεδίο εμφανίζεται στη συνέχεια. Η διαδικασία απλώνεται σαν χιονοστιβάδα. Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει πραγματική κίνηση, αλλά μόνο δονήσεις σωματιδίων.

Σχετικά με την ευκαιρία πρακτική χρήσηΟι φυσικοί το σκέφτονταν εδώ και πολύ καιρό. ΣΕ σύγχρονος κόσμοςΗ ενέργεια των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων χρησιμοποιείται τόσο ευρέως που πολλοί δεν την προσέχουν καν, θεωρώντας την ως δεδομένη. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα- ραδιοκύματα, χωρίς τα οποία η λειτουργία των τηλεοράσεων και κινητά τηλέφωνα.

Η διαδικασία γίνεται ως εξής: ένας διαμορφωμένος μεταλλικός αγωγός (κεραία) μεταδίδεται συνεχώς σε έναν μεταλλικό αγωγό ειδικού σχήματος Λόγω των ιδιοτήτων του ηλεκτρικού ρεύματος, ένα ηλεκτρικό και στη συνέχεια ένα μαγνητικό πεδίο δημιουργείται γύρω από τον αγωγό, με αποτέλεσμα την εκπομπή. των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Δεδομένου ότι είναι διαμορφωμένα, φέρουν μια συγκεκριμένη σειρά, κωδικοποιημένες πληροφορίες. Για να πιάσει τις απαιτούμενες συχνότητες, εγκαθίσταται στον παραλήπτη μια κεραία λήψης ειδικού σχεδιασμού. Σας επιτρέπει να επιλέξετε τις απαιτούμενες συχνότητες από το γενικό ηλεκτρομαγνητικό υπόβαθρο. Μόλις βρεθείτε σε μεταλλικό δέκτη, τα κύματα μετατρέπονται εν μέρει σε ηλεκτρικό ρεύμααρχική διαμόρφωση. Στη συνέχεια, πηγαίνουν στη μονάδα ενίσχυσης και ελέγχουν τη λειτουργία της συσκευής (κινούν τον διαχύτη των ηχείων, περιστρέφουν τα ηλεκτρόδια στις οθόνες τηλεόρασης).

Το ρεύμα που παράγεται από τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι εύκολα ορατό. Για να γίνει αυτό, αρκεί ο γυμνός πυρήνας του καλωδίου που τρέχει από την κεραία στον δέκτη να αγγίξει την κοινή μάζα (καλοριφέρ θέρμανσης. Αυτή τη στιγμή, ένας σπινθήρας πηδά μεταξύ του εδάφους και του πυρήνα - αυτή είναι μια εκδήλωση του Το ρεύμα που παράγεται από την κεραία είναι μεγαλύτερη, όσο πιο κοντά και ισχυρό είναι ο πομπός.

Μια άλλη εκδήλωση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που πολλοί συναντούν καθημερινά στην καθημερινή ζωή είναι η χρήση φούρνο μικροκυμάτων. Περιστρεφόμενες γραμμές έντασης πεδίου διασχίζουν το αντικείμενο και μεταφέρουν μέρος της ενέργειάς τους θερμαίνοντάς το.

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι το αποτέλεσμα πολλών ετών συζητήσεων και χιλιάδων πειραμάτων. Απόδειξη της παρουσίας δυνάμεων φυσικής προέλευσης ικανές να ανατρέψουν την υπάρχουσα κοινωνία. Αυτή είναι η πραγματική αποδοχή μιας απλής αλήθειας - γνωρίζουμε πολύ λίγα για τον κόσμο στον οποίο ζούμε.

Η φυσική είναι η βασίλισσα μεταξύ των φυσικών επιστημών, ικανή να δώσει απαντήσεις σε ερωτήματα σχετικά με την προέλευση όχι μόνο της ζωής, αλλά και του ίδιου του κόσμου. Δίνει στους επιστήμονες τη δυνατότητα να μελετήσουν τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, η αλληλεπίδραση των οποίων δημιουργεί EMF (ηλεκτρομαγνητικά κύματα).

Τι είναι το ηλεκτρομαγνητικό κύμα

Πριν από λίγο καιρό κυκλοφόρησε στις οθόνες της χώρας μας η ταινία «War of Currents» (2018), η οποία, με μια νότα μυθοπλασίας, μιλά για τη διαμάχη μεταξύ δύο σπουδαίων επιστημόνων Έντισον και Τέσλα. Ο ένας προσπάθησε να αποδείξει τα οφέλη του συνεχούς ρεύματος, ο άλλος - του εναλλασσόμενου ρεύματος. Αυτή η μακρά μάχη τελείωσε μόλις το έβδομο έτος του εικοστού πρώτου αιώνα.

Στην αρχή της «μάχης», ένας άλλος επιστήμονας, που εργαζόταν στη θεωρία της σχετικότητας, περιέγραψε τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό ως παρόμοια φαινόμενα.

Το τριακοστό έτος του δέκατου ένατου αιώνα, ο αγγλικής καταγωγής φυσικός Faraday ανακάλυψε το φαινόμενο ηλεκτρομαγνητική επαγωγήκαι εισήγαγε τον όρο της ενότητας του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου. Υποστήριξε επίσης ότι η κίνηση σε αυτό το πεδίο περιορίζεται από την ταχύτητα του φωτός.

Λίγο αργότερα, η θεωρία του Άγγλου επιστήμονα Maxwell είπε ότι ο ηλεκτρισμός προκαλεί μαγνητικό φαινόμενο και ο μαγνητισμός προκαλεί την εμφάνιση ηλεκτρικού πεδίου. Δεδομένου ότι και τα δύο αυτά πεδία κινούνται στο χώρο και στο χρόνο, σχηματίζουν διαταραχές - δηλαδή ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

Για να το θέσω απλά, ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι μια χωρική διαταραχή ενός ηλεκτρικού μαγνητικό πεδίο.

Η ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων αποδείχθηκε πειραματικά από τον Γερμανό επιστήμονα Hertz.

Ηλεκτρομαγνητικά κύματα, οι ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά τους

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα χαρακτηρίζονται από τους ακόλουθους παράγοντες:

• μήκος (αρκετά ευρύ φάσμα)?
• συχνότητα;
• ένταση (ή πλάτος δόνησης).
• ποσότητα ενέργειας.

Η κύρια περιουσία όλων ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολίαείναι μια μέτρηση του μήκους κύματος (στο κενό), που συνήθως καθορίζεται σε νανόμετρα για το φάσμα του ορατού φωτός.

Κάθε νανόμετρο αντιπροσωπεύει ένα χιλιοστό του μικρομέτρου και μετριέται από την απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών κορυφών (κορυφών).

Η αντίστοιχη συχνότητα εκπομπής κύματος είναι ο αριθμός των ημιτονοειδών ταλαντώσεων και αντίστροφη αναλογικότηταμήκος κύματος.

Η συχνότητα μετριέται συνήθως σε Hertz. Έτσι, τα μεγαλύτερα κύματα αντιστοιχούν σε ακτινοβολία χαμηλότερης συχνότητας και τα μικρότερα κύματα αντιστοιχούν σε ακτινοβολία υψηλής συχνότητας.

Βασικές ιδιότητες των κυμάτων:

• διάθλαση;
• αντανάκλαση;
• απορρόφηση;
• παρέμβαση.

Ταχύτητα ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων

Η πραγματική ταχύτητα διάδοσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος εξαρτάται από το υλικό του μέσου, την οπτική του πυκνότητα και την παρουσία παραγόντων όπως η πίεση.

Επιπλέον, διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικές πυκνότητες «συσκευασίας» ατόμων, όσο πιο κοντά βρίσκονται, τόσο μικρότερη είναι η απόσταση και τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα. Ως αποτέλεσμα, η ταχύτητα ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος εξαρτάται από το υλικό μέσω του οποίου ταξιδεύει.

Παρόμοια πειράματα πραγματοποιούνται στον επιταχυντή αδρονίων, όπου το κύριο όργανο επιρροής είναι ένα φορτισμένο σωματίδιο. Μελετώντας ηλεκτρομαγνητικά φαινόμεναεμφανίζεται εκεί σε κβαντικό επίπεδο, όταν το φως αποσυντίθεται σε μικροσκοπικά σωματίδια - φωτόνια. Αλλά η κβαντική φυσική είναι ένα ξεχωριστό θέμα.

Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, η υψηλότερη ταχύτητα διάδοσης του κύματος δεν μπορεί να υπερβαίνει την ταχύτητα του φωτός.Ο Maxwell περιέγραψε το πεπερασμένο του ορίου ταχύτητας στα έργα του, εξηγώντας το με την παρουσία ενός νέου πεδίου - του αιθέρα. Η σύγχρονη επίσημη επιστήμη δεν έχει ακόμη μελετήσει μια τέτοια σχέση.

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και τα είδη της

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία αποτελείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα, τα οποία παρατηρούνται ως ταλαντώσεις ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων, που διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός (300 km ανά δευτερόλεπτο στο κενό).

Όταν η ακτινοβολία ΗΜ αλληλεπιδρά με την ύλη, η συμπεριφορά της αλλάζει ποιοτικά καθώς αλλάζει η συχνότητα. Γιατί μεταμορφώνεται σε:

1. Ραδιοεκπομπές.Στις ραδιοσυχνότητες και στις μικροκυματικές συχνότητες, η ακτινοβολία αλληλεπιδρά με την ύλη κυρίως με τη μορφή ενός κοινού συνόλου φορτίων που κατανέμονται σε ένας μεγάλος αριθμόςεπηρεασμένα άτομα.
2. Υπέρυθρη ακτινοβολία.Σε αντίθεση με την ραδιοφωνική ακτινοβολία χαμηλής συχνότητας και την ακτινοβολία μικροκυμάτων, ένας πομπός υπερύθρων συνήθως αλληλεπιδρά με δίπολα που υπάρχουν σε μεμονωμένα μόρια που αλλάζουν στα άκρα ενός χημικού δεσμού σε ατομικό επίπεδο καθώς δονούνται.
3. Εκπομπή ορατού φωτός.Καθώς η συχνότητα αυξάνεται στο ορατό εύρος, τα φωτόνια έχουν αρκετή ενέργεια για να αλλάξουν τη δεσμευμένη δομή ορισμένων μεμονωμένων μορίων.
4. Η υπεριώδης ακτινοβολία.Η συχνότητα αυξάνεται. Τα υπεριώδη φωτόνια περιέχουν τώρα αρκετή ενέργεια (πάνω από τρία βολτ) για να δράσουν διπλά στους δεσμούς των μορίων, αναδιατάσσοντάς τα συνεχώς χημικά.
5. Ιοντίζουσα ακτινοβολία.Στις υψηλότερες συχνότητες και τα μικρότερα μήκη κύματος. Η απορρόφηση αυτών των ακτίνων από την ύλη επηρεάζει ολόκληρο το φάσμα γάμμα. Το πιο διάσημο αποτέλεσμα είναι η ακτινοβολία.

Ποια είναι η πηγή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων

Ο κόσμος, σύμφωνα με τη νεαρή θεωρία της προέλευσης των πάντων, προέκυψε λόγω παρόρμησης. Απελευθέρωσε κολοσσιαία ενέργεια, η οποία ονομάστηκε μεγάλη έκρηξη. Έτσι εμφανίστηκε το πρώτο em-wave στην ιστορία του σύμπαντος.

Επί του παρόντος, οι πηγές σχηματισμού διαταραχών περιλαμβάνουν:

• Το EMW εκπέμπεται από έναν τεχνητό δονητή.
• το αποτέλεσμα της δόνησης ατομικών ομάδων ή τμημάτων μορίων.
• εάν υπάρχει πρόσκρουση στο εξωτερικό κέλυφος της ουσίας (σε ατομικό-μοριακό επίπεδο)·
• εφέ παρόμοιο με το φως.
• κατά τη διάρκεια της πυρηνικής αποσύνθεσης.
• συνέπεια της πέδησης ηλεκτρονίων.

Κλίμακα και εφαρμογή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας

Η κλίμακα ακτινοβολίας αναφέρεται σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων κυμάτων από 3·10 6 ÷10 -2 έως 10 -9 ÷ 10 -14.

Κάθε τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στην καθημερινή μας ζωή:

1. Μικρά κύματα (μικροκύματα). Αυτά τα ηλεκτρικά κύματα χρησιμοποιούνται ως δορυφορικό σήμα επειδή είναι σε θέση να παρακάμψουν την ατμόσφαιρα της γης. Επίσης, μια ελαφρώς ενισχυμένη έκδοση χρησιμοποιείται για θέρμανση και μαγείρεμα στην κουζίνα - αυτός είναι ένας φούρνος μικροκυμάτων. Η αρχή μαγειρέματος είναι απλή - υπό την επίδραση της ακτινοβολίας μικροκυμάτων, τα μόρια του νερού απορροφώνται και επιταχύνονται, προκαλώντας τη θέρμανση του πιάτου.
2. Οι μεγάλες διαταραχές χρησιμοποιούνται στη ραδιοτεχνολογία (ραδιοκύματα). Η συχνότητά τους δεν επιτρέπει τη διέλευση των νεφών και της ατμόσφαιρας, χάρη στην οποία το ραδιόφωνο και η τηλεόραση FM είναι διαθέσιμα σε εμάς.
3. Η υπέρυθρη διαταραχή σχετίζεται άμεσα με τη θερμότητα. Είναι σχεδόν αδύνατο να τον δεις. Προσπαθήστε να παρατηρήσετε, χωρίς ειδικό εξοπλισμό, τη δέσμη από τον πίνακα ελέγχου της τηλεόρασης, του στερεοφωνικού ή του στερεοφωνικού αυτοκινήτου σας. Συσκευές ικανές να διαβάζουν τέτοια κύματα χρησιμοποιούνται στους στρατούς των χωρών (συσκευές νυχτερινής όρασης). Επίσης σε επαγωγικές κουζίνες σε κουζίνες.
4. Η υπεριώδης ακτινοβολία σχετίζεται επίσης με τη θερμότητα. Η πιο ισχυρή φυσική «γεννήτρια» τέτοιας ακτινοβολίας είναι ο ήλιος. Οφείλεται στη δράση της υπεριώδους ακτινοβολίας που σχηματίζεται ένα μαύρισμα στο ανθρώπινο δέρμα. Στην ιατρική, αυτός ο τύπος κυμάτων χρησιμοποιείται για την απολύμανση οργάνων, σκοτώνοντας μικρόβια και.
5. Οι ακτίνες γάμμα είναι ο πιο ισχυρός τύπος ακτινοβολίας, στον οποίο συγκεντρώνεται η διαταραχή βραχέων κυμάτων με υψηλή συχνότητα. Η ενέργεια που περιέχεται σε αυτό το τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος δίνει στις ακτίνες μεγαλύτερη διεισδυτική ισχύ. Ισχύει σε πυρηνική φυσική– ειρηνικά, πυρηνικά όπλα – πολεμική χρήση.

Η επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στην ανθρώπινη υγεία

Η μέτρηση των επιπτώσεων του emf στους ανθρώπους είναι ευθύνη των επιστημόνων. Δεν χρειάζεται όμως να είσαι ειδικός για να εκτιμήσεις την ένταση ιοντίζουσα ακτινοβολία– προκαλεί αλλαγές στο επίπεδο του ανθρώπινου DNA, κάτι που συνεπάγεται κάτι τέτοιο σοβαρές ασθένειεςόπως η ογκολογία.

Δεν είναι καθόλου τυχαίο ότι οι βλαβερές συνέπειες της καταστροφής του πυρηνικού σταθμού του Τσερνομπίλ θεωρούνται από τις πιο επικίνδυνες για τη φύση. Αρκετά τετραγωνικά χιλιόμετρα της πάλαι ποτέ όμορφης περιοχής έχουν γίνει ζώνη πλήρους αποκλεισμού. Μέχρι το τέλος του αιώνα, η έκρηξη στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ αποτελεί κίνδυνο έως ότου λήξει ο χρόνος ημιζωής των ραδιονουκλεϊδίων.

Ορισμένοι τύποι emwaves (ραδιόφωνο, υπέρυθρο, υπεριώδες) δεν προκαλούν σοβαρή βλάβη στον άνθρωπο και προκαλούν μόνο δυσφορία. Εξάλλου, πρακτικά δεν μπορούμε να αισθανθούμε το μαγνητικό πεδίο της γης, αλλά το emf από ένα κινητό τηλέφωνο μπορεί να προκαλέσει πονοκέφαλο (επίδραση στο νευρικό σύστημα).

Για να προστατεύσετε την υγεία σας από τον ηλεκτρομαγνητισμό, θα πρέπει απλώς να χρησιμοποιείτε εύλογες προφυλάξεις. Αντί για εκατοντάδες ώρες παιχνίδι υπολογιστήβγείτε μια βόλτα.

Αυτή είναι η διαδικασία διάδοσης της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης στο διάστημα.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα περιγράφονται από τις εξισώσεις του Maxwell, κοινές στα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα. Ακόμη και απουσία ηλεκτρικών φορτίων και ρευμάτων στο διάστημα, οι εξισώσεις του Maxwell έχουν μη μηδενικές λύσεις. Αυτές οι λύσεις περιγράφουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Ελλείψει φορτίων και ρευμάτων, οι εξισώσεις του Maxwell έχουν την ακόλουθη μορφή:

,

Εφαρμόζοντας τη λειτουργία rot στις δύο πρώτες εξισώσεις, μπορείτε να λάβετε ξεχωριστές εξισώσεις για τον προσδιορισμό της ισχύος των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων

Αυτές οι εξισώσεις έχουν την τυπική μορφή εξισώσεων κυμάτων. Οι λύσεις τους είναι μια υπέρθεση εκφράσεων του παρακάτω τύπου

Πού – Ένα ορισμένο διάνυσμα, το οποίο ονομάζεται διάνυσμα κύματος, ; – ένας αριθμός που ονομάζεται κυκλική συχνότητα, ? – φάση. Οι ποσότητες είναι τα πλάτη των ηλεκτρικών και μαγνητικών συστατικών του ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Είναι αμοιβαία κάθετες και ίσες σε απόλυτη τιμή. Η φυσική ερμηνεία καθεμιάς από τις εισαγόμενες ποσότητες δίνεται παρακάτω.
Στο κενό, ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα ταξιδεύει με ταχύτητα που ονομάζεται ταχύτητα φωτός. Η ταχύτητα του φωτός είναι μια θεμελιώδης φυσική σταθερά, η οποία συμβολίζεται Λατινικό γράμμαντο. Σύμφωνα με το βασικό αξίωμα της θεωρίας της σχετικότητας, η ταχύτητα του φωτός είναι μέγιστη πιθανή ταχύτηταμετάδοση πληροφοριών ή κίνηση του σώματος. Αυτή η ταχύτητα είναι 299.792.458 m/s.
Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα χαρακτηρίζεται από συχνότητα. Να κάνετε διάκριση μεταξύ της συχνότητας γραμμής; και κυκλική συχνότητα; = 2???. Ανάλογα με τη συχνότητα, τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ανήκουν σε ένα από τα φασματικά εύρη.
Ένα άλλο χαρακτηριστικό ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι το διάνυσμα κύματος. Το διάνυσμα κύματος καθορίζει την κατεύθυνση διάδοσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος, καθώς και το μήκος του. Η απόλυτη τιμή του διανύσματος κύματος ονομάζεται αριθμός κύματος.
Ηλεκτρομαγνητικό μήκος κύματος; = 2; / κ,όπου k είναι ο αριθμός κύματος.
Το μήκος ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος σχετίζεται με τη συχνότητα μέσω του νόμου της διασποράς. Στο κενό αυτή η σύνδεση είναι απλή:

?? = ντο.

Αυτή η σχέση γράφεται συχνά με τη μορφή

? = γ κ.

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με την ίδια συχνότητα και κύμα διάνυσμα μπορεί να διαφέρουν σε φάση.
Στο κενό, τα διανύσματα ισχύος των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι αναγκαστικά κάθετα προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Τέτοια κύματα ονομάζονται εγκάρσια κύματα. Μαθηματικά, αυτό περιγράφεται από τις εξισώσεις και . Επιπλέον, οι εντάσεις του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου είναι κάθετες μεταξύ τους και είναι πάντα ίσες σε απόλυτη τιμή σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου: E = H. Εάν επιλέξετε ένα σύστημα συντεταγμένων έτσι ώστε ο άξονας z να συμπίπτει με την κατεύθυνση διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικό κύμα, υπάρχουν δύο διαφορετικές δυνατότητες για τις κατευθύνσεις διανύσματα έντασης ηλεκτρικού πεδίου. Εάν το εκλεκτικό πεδίο κατευθύνεται κατά μήκος του άξονα x, τότε το μαγνητικό πεδίο θα κατευθυνθεί κατά μήκος του άξονα y και αντίστροφα. Αυτές οι δύο διαφορετικές δυνατότητες δεν αλληλοαποκλείονται και αντιστοιχούν σε δύο διαφορετικές πολώσεις. Αυτό το ζήτημα συζητείται με περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο Πόλωση κυμάτων.
Φασματικές περιοχές με τονισμένο ορατό φως Ανάλογα με τη συχνότητα ή το μήκος κύματος (αυτές οι ποσότητες σχετίζονται μεταξύ τους), τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ταξινομούνται σε διαφορετικές περιοχές. Τα κύματα σε διαφορετικές περιοχές αλληλεπιδρούν με διαφορετικούς τρόπους φυσικά σώματα.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με τη χαμηλότερη συχνότητα (ή το μεγαλύτερο μήκος κύματος) ταξινομούνται ως εμβέλεια ραδιοφώνου.Η εμβέλεια ραδιοφώνου χρησιμοποιείται για τη μετάδοση σημάτων σε απόσταση χρησιμοποιώντας ραδιόφωνο, τηλεόραση και κινητά τηλέφωνα. Το ραντάρ λειτουργεί στην περιοχή ραδιοφώνου. Η εμβέλεια του ραδιοφώνου χωρίζεται σε μέτρο, δίμετρο, εκατοστό, χιλιοστό, ανάλογα με το μήκος του Ηλεκτρομαγνητικού κύματος.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ανήκουν κατά πάσα πιθανότητα στην υπέρυθρη περιοχή. Η θερμική ακτινοβολία του σώματος βρίσκεται στην υπέρυθρη περιοχή. Η καταγραφή αυτής της δόνησης είναι η βάση της λειτουργίας των συσκευών νυχτερινής όρασης. Τα υπέρυθρα κύματα χρησιμοποιούνται για τη μελέτη των θερμικών δονήσεων σε σώματα και βοηθούν στη δημιουργία της ατομικής δομής στερεά, αέρια και υγρά.
Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκη κύματος μεταξύ 400 nm και 800 nm ανήκει στην περιοχή του ορατού φωτός. Ανάλογα με τη συχνότητα και το μήκος κύματος, το ορατό φως ποικίλλει ως προς το χρώμα.
Ονομάζονται μήκη κύματος μικρότερα από 400 nm υπεριώδης.Το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να τα διακρίνει, αν και οι ιδιότητές τους δεν διαφέρουν από τις ιδιότητες των ορατών κυμάτων. Η υψηλότερη συχνότητα και, κατά συνέπεια, η ενέργεια των κβαντών αυτού του φωτός οδηγεί σε μια πιο καταστροφική επίδραση των υπεριωδών κυμάτων σε βιολογικά αντικείμενα. επιφάνεια της γηςπροστατεύονται από επιβλαβείς επιπτώσειςυπεριώδη κύματα από το στρώμα του όζοντος. Για πρόσθετη προστασία, η φύση έχει προικίσει τους ανθρώπους με σκούρο δέρμα. Ωστόσο, οι άνθρωποι χρειάζονται υπεριώδεις ακτίνες για να παράγουν βιταμίνη D. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι άνθρωποι στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη, όπου η ένταση των υπεριωδών κυμάτων είναι μικρότερη, έχουν χάσει το σκούρο χρώμα του δέρματος τους.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα υψηλότερης συχνότητας ανήκουν σε ακτινογραφίασειρά. Ονομάζονται έτσι επειδή ο Ρέντγκεν τα ανακάλυψε μελετώντας την ακτινοβολία που παράγεται όταν τα ηλεκτρόνια επιβραδύνονται. Στην ξένη βιβλιογραφία, τέτοια κύματα ονομάζονται συνήθως ακτινογραφίεςσεβόμενος τις επιθυμίες του Ρέντγκεν να μην φέρουν το όνομά του οι ακτίνες. Τα κύματα ακτίνων Χ αλληλεπιδρούν ασθενώς με την ύλη, απορροφώνται πιο έντονα όπου η πυκνότητα είναι μεγαλύτερη. Αυτό το γεγονός χρησιμοποιείται στην ιατρική για Φθοριογραφία ακτίνων Χ. Τα κύματα ακτίνων Χ χρησιμοποιούνται επίσης για στοιχειακή ανάλυση και μελέτη της δομής των κρυσταλλικών σωμάτων.
Η υψηλότερη συχνότητα και το μικρότερο μήκος έχουν α-ακτίνες.Ως αποτέλεσμα σχηματίζονται τέτοιες ακτίνες πυρηνικές αντιδράσειςκαι αντιδράσεις μεταξύ στοιχειώδη σωματίδια. Οι ακτίνες β έχουν μεγάλη καταστροφική επίδραση σε βιολογικά αντικείμενα. Ωστόσο, χρησιμοποιούνται στη φυσική για μελέτη διάφορα χαρακτηριστικά ατομικό πυρήνα.
Η ενέργεια ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος καθορίζεται από το άθροισμα των ενεργειών του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου. Η ενεργειακή πυκνότητα σε ένα ορισμένο σημείο του χώρου δίνεται από την έκφραση:

.

Η μέση χρονική πυκνότητα ενέργειας είναι ίση με.

,

Όπου E 0 = H 0 είναι το πλάτος του κύματος.
Η πυκνότητα της ενεργειακής ροής του ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι σημαντική. Συγκεκριμένα, καθορίζει τη φωτεινή ροή στην οπτική. Η πυκνότητα ροής ενέργειας ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος καθορίζεται από το διάνυσμα Umov-Poynting.

Η διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε ένα μέσο έχει μια σειρά από χαρακτηριστικά σε σύγκριση με τη διάδοση στο κενό. Αυτά τα χαρακτηριστικά συνδέονται με τις ιδιότητες του μέσου και γενικά εξαρτώνται από τη συχνότητα του ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Τα ηλεκτρικά και μαγνητικά συστατικά του κύματος προκαλούν πόλωση και μαγνήτιση του μέσου. Αυτή η απόκριση του μέσου είναι διαφορετική στην περίπτωση χαμηλών και υψηλών συχνοτήτων. Σε χαμηλή συχνότητα του ηλεκτρομαγνητικού κύματος, τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα της ουσίας έχουν χρόνο να ανταποκριθούν στις αλλαγές της έντασης των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Η απόκριση του μέσου παρακολουθεί τις χρονικές διακυμάνσεις σε κύματα. Σε υψηλή συχνότητα, τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα της ουσίας δεν έχουν χρόνο να κινηθούν κατά την περίοδο ταλάντωσης των κυματικών πεδίων και επομένως η πόλωση και η μαγνήτιση του μέσου είναι πολύ μικρότερη.
Ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο χαμηλής συχνότητας δεν διαπερνά τα μέταλλα, όπου υπάρχουν πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια, τα οποία μετατοπίζονται με αυτόν τον τρόπο και αποσβένουν πλήρως το ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα αρχίζει να διαπερνά το μέταλλο με συχνότητα που υπερβαίνει μια ορισμένη συχνότητα, η οποία ονομάζεται συχνότητα πλάσματος. Σε συχνότητες χαμηλότερες από τη συχνότητα του πλάσματος, το ηλεκτρομαγνητικό κύμα μπορεί να διαπεράσει το επιφανειακό στρώμα του μετάλλου. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται δερματικό αποτέλεσμα.
Στα διηλεκτρικά, ο νόμος διασποράς του ηλεκτρομαγνητικού κύματος αλλάζει. Εάν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαδίδονται σε κενό με σταθερό πλάτος, τότε στο μέσο εξασθενούν λόγω απορρόφησης. Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια του κύματος μεταφέρεται σε ηλεκτρόνια ή ιόντα του μέσου. Συνολικά, ο νόμος της διασποράς απουσία μαγνητικών επιδράσεων παίρνει τη μορφή

Όπου ο αριθμός κύματος k είναι ένα μιγαδικό μέγεθος, το φανταστικό μέρος του οποίου περιγράφει τη μείωση του πλάτους του ηλεκτρομαγνητικού κύματος, είναι η σύνθετη διηλεκτρική σταθερά του μέσου που εξαρτάται από τη συχνότητα.
Στα ανισότροπα μέσα, η κατεύθυνση των διανυσμάτων έντασης ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου δεν είναι απαραίτητα κάθετη προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Ωστόσο, η κατεύθυνση των διανυσμάτων ηλεκτρικής και μαγνητικής επαγωγής διατηρεί αυτή την ιδιότητα.
Κάτω από ορισμένες συνθήκες, ένας άλλος τύπος ηλεκτρομαγνητικού κύματος μπορεί να διαδοθεί σε ένα μέσο - ένα διαμήκη ηλεκτρομαγνητικό κύμα, για το οποίο η κατεύθυνση του διανύσματος έντασης ηλεκτρικού πεδίου συμπίπτει με την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος.
Στις αρχές του εικοστού αιώνα, για να εξηγήσει το φάσμα της ακτινοβολίας του μαύρου σώματος, ο Max Planck πρότεινε ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα εκπέμπονται από κβάντα με ενέργεια ανάλογη της συχνότητας. Λίγα χρόνια αργότερα, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, εξηγώντας το φαινόμενο του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, διεύρυνε αυτή την ιδέα, προτείνοντας ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα απορροφώνται από τα ίδια κβάντα. Έτσι, έγινε σαφές ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα χαρακτηρίζονται από ορισμένες ιδιότητες που αποδίδονταν προηγουμένως σε σωματίδια υλικού, σωματίδια.
Αυτή η ιδέα ονομάζεται δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου.

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία υπάρχει ακριβώς όσο ζει το Σύμπαν μας. Έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην εξέλιξη της ζωής στη Γη. Στην πραγματικότητα, αυτή η διαταραχή είναι η κατάσταση ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που κατανέμεται στο διάστημα.

Χαρακτηριστικά της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας

Οποιοδήποτε ηλεκτρομαγνητικό κύμα περιγράφεται χρησιμοποιώντας τρία χαρακτηριστικά.

1. Συχνότητα.

2. Πόλωση.

Πόλωση– ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά κυμάτων. Περιγράφει την εγκάρσια ανισοτροπία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η ακτινοβολία θεωρείται πολωμένη όταν όλες οι κυματικές ταλαντώσεις συμβαίνουν στο ίδιο επίπεδο.

Αυτό το φαινόμενο χρησιμοποιείται ενεργά στην πράξη. Για παράδειγμα, στους κινηματογράφους κατά την προβολή ταινιών 3D.

Χρησιμοποιώντας πόλωση, τα γυαλιά IMAX διαχωρίζουν την εικόνα για την οποία προορίζονται διαφορετικά μάτια.

Συχνότητα– ο αριθμός των κορυφών κυμάτων που περνούν από τον παρατηρητή (στην περίπτωση αυτή, τον ανιχνευτή) σε ένα δευτερόλεπτο. Μετριέται σε Hertz.

Μήκος κύματος– συγκεκριμένη απόσταση μεταξύ των πλησιέστερων σημείων ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, των οποίων οι ταλαντώσεις συμβαίνουν στην ίδια φάση.

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μπορεί να διαδοθεί σχεδόν σε οποιοδήποτε μέσο: από την πυκνή ύλη μέχρι το κενό.

Η ταχύτητα διάδοσης στο κενό είναι 300 χιλιάδες χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο.

Ενδιαφέρον βίντεοσχετικά με τη φύση και τις ιδιότητες των κυμάτων ΗΜ, δείτε το παρακάτω βίντεο:

Τύποι ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων

Όλη η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία διαιρείται κατά συχνότητα.

1. Ραδιοκύματα.Υπάρχουν σύντομες, εξαιρετικά κοντές, πολύ μεγάλες, μεγάλες, μεσαίες.

Το μήκος των ραδιοκυμάτων κυμαίνεται από 10 km έως 1 mm και από 30 kHz έως 300 GHz.

Οι πηγές τους μπορεί να είναι τόσο ανθρώπινη δραστηριότητα όσο και διάφορες φυσικές ατμοσφαιρικά φαινόμενα.

2. . Το μήκος κύματος κυμαίνεται από 1mm έως 780nm και μπορεί να φτάσει έως και τα 429 THz. Η υπέρυθρη ακτινοβολία ονομάζεται επίσης θερμική ακτινοβολία. Η βάση όλης της ζωής στον πλανήτη μας.

3. Ορατό φως.Μήκος 400 - 760/780 nm. Αντίστοιχα, κυμαίνεται μεταξύ 790-385 THz. Αυτό περιλαμβάνει ολόκληρο το φάσμα της ακτινοβολίας που μπορεί να δει κανείς από το ανθρώπινο μάτι.

4. . Το μήκος κύματος είναι μικρότερο από αυτό της υπέρυθρης ακτινοβολίας.

Μπορεί να φτάσει έως και 10 nm. τέτοια κύματα είναι πολύ μεγάλα - περίπου 3x10^16 Hz.

5. Ακτινογραφίες. Τα κύματα είναι 6x10^19 Hz και το μήκος είναι περίπου 10 nm - 5 μ.μ.

6. Κύματα γάμμα.Αυτό περιλαμβάνει κάθε ακτινοβολία που είναι μεγαλύτερη από τις ακτίνες Χ και το μήκος είναι μικρότερο. Η πηγή τέτοιων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι οι κοσμικές, πυρηνικές διεργασίες.

Πεδίο εφαρμογής

Κάπου από τα τέλη του 19ου αιώνα, όλη η ανθρώπινη πρόοδος έχει συνδεθεί με την πρακτική χρήση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Το πρώτο πράγμα που αξίζει να αναφέρουμε είναι η ραδιοεπικοινωνία. Έδωσε στους ανθρώπους την ευκαιρία να επικοινωνήσουν, ακόμα κι αν ήταν μακριά ο ένας από τον άλλο.

Δορυφορική μετάδοση, τηλεπικοινωνίες είναι περαιτέρω ανάπτυξηπρωτόγονες ραδιοεπικοινωνίες.

Αυτές οι τεχνολογίες είναι που έχουν διαμορφώσει την εικόνα της πληροφορίας της σύγχρονης κοινωνίας.

Πηγές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας θα πρέπει να θεωρούνται τόσο μεγάλες βιομηχανικές εγκαταστάσεις όσο και διάφορες γραμμές ηλεκτροδότησης.

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα χρησιμοποιούνται ενεργά σε στρατιωτικές υποθέσεις (ραντάρ, σύνθετες ηλεκτρικές συσκευές). Επίσης, η ιατρική δεν μπορούσε να κάνει χωρίς τη χρήση τους. Η υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία πολλών ασθενειών.

ακτινογραφίεςβοηθούν στον προσδιορισμό της βλάβης στους εσωτερικούς ανθρώπινους ιστούς.

Τα λέιζερ χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση ενός αριθμού λειτουργιών που απαιτούν ακριβή ακρίβεια.

Η σημασία της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στην ανθρώπινη πρακτική ζωή είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί.

Σοβιετικό βίντεο για το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο:

Πιθανές αρνητικές επιπτώσεις στον άνθρωπο

Αν και χρήσιμες, ισχυρές πηγές ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας μπορεί να προκαλέσουν συμπτώματα όπως:

Κούραση;

Πονοκέφαλο;

Ναυτία.

Η υπερβολική έκθεση σε ορισμένους τύπους κυμάτων προκαλεί ζημιά εσωτερικά όργανα, κεντρικό νευρικό σύστημα, εγκέφαλος. Αλλαγές στην ανθρώπινη ψυχή είναι πιθανές.

Ένα ενδιαφέρον βίντεο σχετικά με την επίδραση των κυμάτων EM στους ανθρώπους:

Για να αποφευχθούν τέτοιες συνέπειες, σχεδόν όλες οι χώρες στον κόσμο έχουν πρότυπα που διέπουν την ηλεκτρομαγνητική ασφάλεια. Κάθε τύπος ακτινοβολίας έχει τα δικά του κανονιστικά έγγραφα (πρότυπα υγιεινής, πρότυπα ακτινοασφάλειας). Η επίδραση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στους ανθρώπους δεν έχει μελετηθεί πλήρως, επομένως ο ΠΟΥ συνιστά την ελαχιστοποίηση της έκθεσής τους.

), περιγράφοντας το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, έδειξε θεωρητικά ότι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στο κενό μπορεί να υπάρχει απουσία πηγών - φορτίων και ρευμάτων. Ένα πεδίο χωρίς πηγές έχει τη μορφή κυμάτων που διαδίδονται με πεπερασμένη ταχύτητα, η οποία στο κενό είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός: Με= 299792458±1,2 m/s. Η σύμπτωση της ταχύτητας διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο κενό με την προηγουμένως μετρημένη ταχύτητα του φωτός επέτρεψε στον Maxwell να συμπεράνει ότι το φως είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Ένα παρόμοιο συμπέρασμα αποτέλεσε αργότερα τη βάση ηλεκτρομαγνητική θεωρίαΣβέτα.

Το 1888, η θεωρία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έλαβε πειραματική επιβεβαίωση στα πειράματα του G. Hertz. Χρησιμοποιώντας μια πηγή υψηλής τάσης και δονητές (βλέπε δονητή Hertz), ο Hertz μπόρεσε να εκτελέσει ανεπαίσθητα πειράματα για να προσδιορίσει την ταχύτητα διάδοσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος και το μήκος του. Επιβεβαιώθηκε πειραματικά ότι η ταχύτητα διάδοσης ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός, γεγονός που απέδειξε την ηλεκτρομαγνητική φύση του φωτός.