בשנים 1860-1865. אחד מגדולי הפיזיקאים של המאה ה-19 ג'יימס קלרק מקסווליצר תיאוריה שדה אלקרומגנטי.לפי מקסוול, תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית מוסברת באופן הבא. אם בשלב מסוים בחלל השדה המגנטי משתנה עם הזמן, אז נוצר שם גם שדה חשמלי. אם יש מוליך סגור בשדה, אז השדה החשמלי גורם לזרם אינדוקציה בו. מהתיאוריה של מקסוול עולה שגם התהליך ההפוך אפשרי. אם באזור כלשהו בחלל השדה החשמלי משתנה עם הזמן, אז נוצר כאן גם שדה מגנטי.
לפיכך, כל שינוי לאורך זמן בשדה המגנטי מביא לשינוי בשדה חשמלי, וכל שינוי לאורך זמן בשדה החשמלי מולידה שדה מגנטי משתנה. אלה יוצרים זה את זה שדות חשמליים ומגנטיים מתחלפים יוצרים שדה אלקטרומגנטי יחיד.
מאפיינים של גלים אלקטרומגנטיים
התוצאה החשובה ביותר הנובעת מתאוריית השדה האלקטרומגנטי שגיבש מקסוול הייתה חיזוי האפשרות לקיומם של גלים אלקטרומגנטיים. גל אלקטרומגנטי- התפשטות שדות אלקטרומגנטיים במרחב ובזמן.
גלים אלקטרומגנטיים, בניגוד לגלים אלסטיים (קוליים), יכולים להתפשט בוואקום או בכל חומר אחר.
גלים אלקטרומגנטיים בוואקום מתפשטים במהירות c=299 792 קמ"ש, כלומר במהירות האור.
בחומר, מהירותו של גל אלקטרומגנטי פחותה מאשר בוואקום. הקשר בין אורך הגל, מהירותו, תקופתו ותדירות התנודות המתקבלות עבור גלים מכניים תקף גם עבור גלים אלקטרומגנטיים:
תנודות וקטור מתח הוקטור אינדוקציה מגנטי במתרחשים במישורים בניצב זה לזה ובמאונך לכיוון התפשטות הגל (וקטור מהירות).
גל אלקטרומגנטי נושא אנרגיה.
טווח גלים אלקטרומגנטיים
מסביבנו עולם מורכב של גלים אלקטרומגנטיים בתדרים שונים: קרינה ממסכי מחשב, טלפונים סלולריים, תנורי מיקרוגל, טלוויזיות ועוד. נכון להיום, כל הגלים האלקטרומגנטיים מחולקים לפי אורך הגל לשישה טווחים עיקריים.
גלי רדיו- אלו הם גלים אלקטרומגנטיים (באורך גל מ-10,000 מ' עד 0.005 מ'), המשמשים להעברת אותות (מידע) למרחק ללא חוטים. בתקשורת רדיו, גלי רדיו נוצרים על ידי זרמים בתדר גבוה הזורמים באנטנה.
קרינה אלקטרומגנטית באורך גל מ-0.005 מ' עד 1 מיקרון, כלומר. בין גלי רדיו לאור הנראה נקראים קרינה אינפרא - אדומה. קרינת אינפרא אדומה נפלטת מכל גוף מחומם. המקור לקרינת אינפרא אדום הם תנורים, סוללות, מנורות ליבון חשמליות. בעזרת מכשירים מיוחדים ניתן להמיר קרינת אינפרא אדום לאור נראה ולקבל תמונות של עצמים מחוממים בחושך מוחלט.
ל אור נראהכוללים קרינה עם אורך גל של כ-770 ננומטר עד 380 ננומטר, מאדום לסגול. המשמעות של חלק זה של הספקטרום של קרינה אלקטרומגנטית בחיי האדם היא גדולה במיוחד, שכן אדם מקבל כמעט את כל המידע על העולם הסובב אותו בעזרת ראייה.
קרינה אלקטרומגנטית בלתי נראית לעין עם אורך גל קצר מסגול נקראת קרינה אולטרא - סגולה.זה יכול להרוג חיידקים פתוגניים.
קרינת רנטגןבלתי נראה לעין. הוא עובר ללא ספיגה משמעותית בשכבות משמעותיות של חומר אטום לאור הנראה, המשמש לאבחון מחלות של איברים פנימיים.
קרינת גמאנקראת קרינה אלקטרומגנטית הנפלטת על ידי גרעינים נרגשים ונובעת מאינטראקציה של חלקיקים יסודיים.
העיקרון של תקשורת רדיו
המעגל המתנודד משמש כמקור לגלים אלקטרומגנטיים. לקרינה יעילה, המעגל "נפתח", כלומר. ליצור תנאים לשדה "ללכת" לחלל. מכשיר זה נקרא מעגל נדנדה פתוח - אַנטֶנָה.
תקשורת רדיונקרא העברת מידע באמצעות גלים אלקטרומגנטיים, שתדריהם הם בטווח מ-Hz.
מכ"ם (רדאר)
מכשיר שמשדר גלים קצרים ומיד קולט אותם. הקרינה מתבצעת על ידי פולסים קצרים. פולסים מוחזרים מעצמים, ומאפשרים, לאחר קבלת האות ועיבודו, לקבוע את המרחק לאובייקט.
מכ"ם המהירות פועל על עיקרון דומה. חשבו כיצד מכ"ם קובע את המהירות של מכונית נוסעת.
גלים אלקטרומגנטיים, לפי הפיזיקה, הם מהמסתוריים ביותר. בהם, האנרגיה למעשה נעלמת לשום מקום, מופיעה משום מקום. אין עוד אובייקט דומה בכל המדע. איך מתרחשות כל התמורות המופלאות הללו?
מקסוול אלקטרודינמיקה
הכל התחיל בעובדה שהמדען מקסוול עוד בשנת 1865, בהסתמך על עבודתו של פאראדיי, גזר את משוואת השדה האלקטרומגנטי. מקסוול עצמו האמין שהמשוואות שלו מתארות את הפיתול והמתח של הגלים באתר. עשרים ושלוש שנים מאוחר יותר, הרץ יצר בניסוי הפרעות כאלה במדיום, והצליח לא רק ליישב אותן עם משוואות האלקטרודינמיקה, אלא גם להשיג את החוקים המסדירים את התפשטות ההפרעות הללו. עלתה נטייה מוזרה להכריז על כל הפרעות שהן אלקטרומגנטיות בטבען כגלים הרציניים. עם זאת, קרינות אלו אינן הדרך היחידה לבצע העברת אנרגיה.
חיבור אלחוטי
עד כה, אפשרויות אפשריות ליישום של תקשורת אלחוטית כזו כוללות:
צימוד אלקטרוסטטי, הנקרא גם קיבולי;
הַשׁרָאָה;
נוֹכְחִי;
חיבור טסלה, כלומר חיבור גלי צפיפות אלקטרונים לאורך משטחים מוליכים;
הטווח הרחב ביותר של הנשאים הנפוצים ביותר, הנקראים גלים אלקטרומגנטיים - מתדרים נמוכים במיוחד ועד לקרינת גמא.
כדאי לשקול את סוגי הקשרים הללו ביתר פירוט.
קשר אלקטרוסטטי
שני הדיפולים מחוברים לכוחות חשמליים בחלל, שהיא תוצאה של חוק קולומב. סוג זה של חיבור שונה מגלים אלקטרומגנטיים ביכולת לחבר דיפולים כשהם ממוקמים על אותו קו. עם הגדלת המרחקים, עוצמת החיבור נחלשת, ונראית גם השפעה חזקה של הפרעות שונות.
צימוד אינדוקטיבי
מבוסס על שדות תועה מגנטיים של השראות. נצפה בין עצמים בעלי השראות. היישום שלה מוגבל למדי בגלל פעולה קצרת טווח.
חיבור נוכחי
בשל הזרמים המתפשטים בתווך מוליך, יכולה להתרחש אינטראקציה מסוימת. אם זרמים מועברים דרך המסופים (זוג מגעים), אז אותם זרמים יכולים להיות מזוהים במרחק ניכר מהמגעים. זה מה שנקרא השפעת התפשטות הזרם.
חיבור טסלה
הפיזיקאי המפורסם ניקולה טסלה המציא תקשורת באמצעות גלים על משטח מוליך. אם במקום כלשהו במטוס מופרעת הצפיפות של נושא המטען, אזי הנשאים הללו יתחילו לנוע, מה שיטה להחזיר את שיווי המשקל. מכיוון שלנשאים יש אופי אינרציאלי, להתאוששות יש אופי גל.
חיבור אלקטרומגנטי
קרינה של גלים אלקטרומגנטיים נבדלת על ידי פעולה עצומה לטווח ארוך, שכן המשרעת שלהם היא ביחס הפוך למרחק למקור. שיטה זו של תקשורת אלחוטית היא הנפוצה ביותר. אבל מהם גלים אלקטרומגנטיים? ראשית עליך לעשות סטיה קצרה אל ההיסטוריה של הגילוי שלהם.
כיצד "הופיעו" גלים אלקטרומגנטיים?
הכל התחיל ב-1829, כשהפיזיקאי האמריקאי הנרי גילה הפרעות בפריקות חשמליות בניסויים עם צנצנות ליידן. בשנת 1832 הציע הפיזיקאי פאראדיי את קיומו של תהליך כמו גלים אלקטרומגנטיים. מקסוול יצר את משוואות האלקטרומגנטיות המפורסמות שלו בשנת 1865. בסוף המאה התשע-עשרה היו ניסיונות מוצלחים רבים ליצור תקשורת אלחוטית באמצעות אינדוקציה אלקטרוסטטית ואלקטרומגנטית. הממציא המפורסם אדיסון המציא מערכת שאפשרה לנוסעי הרכבת לשלוח ולקבל מברקים בזמן שהרכבת נעה. בשנת 1888, ג'י הרץ הוכיח באופן חד משמעי שגלים אלקטרומגנטיים מופיעים באמצעות מכשיר שנקרא ויברטור. הרץ ביצע ניסוי בהעברת אות אלקטרומגנטי למרחק. בשנת 1890, המהנדס והפיזיקאי הצרפתי בראנלי המציא מכשיר להקלטת קרינה אלקטרומגנטית. לאחר מכן, מכשיר זה נקרא "מוליך הרדיו" (קוהרר). בשנים 1891-1893 תיאר ניקולה טסלה את העקרונות הבסיסיים ליישום העברת אותות למרחקים ארוכים ורשם פטנט על אנטנת תורן, שהייתה מקור לגלים אלקטרומגנטיים. יתרונות נוספים בחקר הגלים והיישום הטכני של הייצור והיישום שלהם שייכים לפיזיקאים וממציאים מפורסמים כמו פופוב, מרקוני, דה מור, לודג', מירהד ורבים אחרים.
המושג "גל אלקטרומגנטי"
גל אלקטרומגנטי הוא תופעה המתפשטת בחלל במהירות סופית מסוימת ומהווה שדה חשמלי ומגנטי לסירוגין. מכיוון ששדות מגנטיים וחשמליים קשורים זה לזה באופן בלתי נפרד, הם יוצרים שדה אלקטרומגנטי. ניתן גם לומר שגל אלקטרומגנטי הוא הפרעה של השדה, ובמהלך התפשטותו, האנרגיה שיש לשדה המגנטי מומרת לאנרגיית השדה החשמלי ולהיפך, לפי האלקטרודינמיקה של מקסוול. כלפי חוץ זה דומה להתפשטות של כל גל אחר בכל מדיום אחר, אבל יש גם הבדלים משמעותיים.
מה ההבדל בין גלים אלקטרומגנטיים לאחרים?
האנרגיה של גלים אלקטרומגנטיים מתפשטת במדיום די לא מובן. כדי להשוות בין גלים אלה לבין כל אחרים, יש צורך להבין על איזה סוג של מדיום התפשטות אנחנו מדברים. ההנחה היא שהחלל התוך-אטומי מלא באתר חשמלי - תווך ספציפי, שהוא דיאלקטרי מוחלט. כל הגלים במהלך ההתפשטות מראים את המעבר של אנרגיה קינטית לאנרגיה פוטנציאלית ולהיפך. יחד עם זאת, המקסימום של האנרגיות הללו מוזז בזמן ובמרחב זה ביחס לרבע מהתקופה הכוללת של הגל. במקרה זה, אנרגיית הגל הממוצעת, שהיא סכום האנרגיה הפוטנציאלית והקינטית, היא ערך קבוע. אבל עם גלים אלקטרומגנטיים, המצב שונה. האנרגיות של השדה המגנטי והחשמלי כאחד מגיעות לערכים המקסימליים שלהן בו זמנית.
כיצד נוצר גל אלקטרומגנטי?
העניין של גל אלקטרומגנטי הוא שדה חשמלי (אתר). השדה הנע מובנה ומורכב מאנרגיית התנועה שלו ומהאנרגיה החשמלית של השדה עצמו. לכן, האנרגיה הפוטנציאלית של הגל קשורה לאנרגיה הקינטית והיא בשלב. טבעו של גל אלקטרומגנטי הוא שדה חשמלי מחזורי הנמצא במצב של תנועת תרגום בחלל ונע במהירות האור.
זרמי תזוזה
יש דרך אחרת להסביר מהם גלים אלקטרומגנטיים. ההנחה היא שזרמי עקירה מתעוררים באתר במהלך תנועת שדות חשמליים לא הומוגניים. הם מתעוררים, כמובן, רק עבור צופה חיצוני נייח. ברגע שפרמטר כזה כמו עוצמת השדה החשמלי מגיע למקסימום, זרם התזוזה בנקודה נתונה בחלל ייפסק. בהתאם, במינימום מתח מתקבלת התמונה ההפוכה. גישה זו מבהירה את אופי הגל של קרינה אלקטרומגנטית, שכן האנרגיה של השדה החשמלי מתבררת כמוסטת ברבע מהתקופה ביחס לזרמי תזוזה. אז נוכל לומר שההפרעה החשמלית, או ליתר דיוק האנרגיה של ההפרעה, הופכת לאנרגיית זרם העקירה ולהיפך ומתפשטת בצורה גלית במדיום דיאלקטרי.
ג'יי מקסוול בשנת 1864 יצר את התיאוריה של השדה האלקטרומגנטי, לפיה השדות החשמליים והמגנטיים קיימים כמרכיבים הקשורים זה בזה של שלם בודד - השדה האלקטרומגנטי. במרחב שבו יש שדה מגנטי מתחלף, נרגש שדה חשמלי מתחלף, ולהיפך.
שדה אלקרומגנטי- אחד מסוגי החומר, המאופיין בנוכחות של שדות חשמליים ומגנטיים המחוברים על ידי טרנספורמציה הדדית מתמשכת.
השדה האלקטרומגנטי מתפשט בחלל בצורה של גלים אלקטרומגנטיים. תנודות וקטור מתח הוקטור אינדוקציה מגנטי במתרחשים במישורים בניצב זה לזה ובמאונך לכיוון התפשטות הגל (וקטור מהירות).
גלים אלו נפלטים על ידי חלקיקים טעונים מתנודדים, אשר בו זמנית נעים במוליך בתאוצה. כאשר מטען נע במוליך, נוצר שדה חשמלי מתחלף, היוצר שדה מגנטי לסירוגין, והאחרון, בתורו, גורם לשדה חשמלי מתחלף כבר במרחק גדול יותר מהמטען, וכן הלאה.
שדה אלקטרומגנטי המתפשט בחלל לאורך זמן נקרא גל אלקטרומגנטי.
גלים אלקטרומגנטיים יכולים להתפשט בוואקום או בכל חומר אחר. גלים אלקטרומגנטיים נעים במהירות האור בוואקום c=3 10 8 m/s. בחומר, מהירותו של גל אלקטרומגנטי פחותה מאשר בוואקום. גל אלקטרומגנטי נושא אנרגיה.
לגל אלקטרומגנטי יש את התכונות הבסיסיות הבאות:מתפשט בקו ישר, הוא מסוגל לשבור, לשקף, יש לו תופעות של עקיפה, הפרעה, קיטוב. כל הנכסים האלה הם גלי אורתופס את הטווח המקביל של אורכי גל בסולם של קרינה אלקטרומגנטית.
אנו יודעים שאורכם של גלים אלקטרומגנטיים שונה מאוד. בהסתכלות על קנה המידה של גלים אלקטרומגנטיים המציינים את אורכי הגל והתדרים של קרינות שונות, אנו מבחינים בשבעה טווחים: קרינה בתדר נמוך, קרינת רדיו, קרני אינפרא אדום, אור נראה, קרני אולטרה סגול, קרני רנטגן וקרני גמא.
- גלים בתדר נמוך . מקורות קרינה: זרמים בתדר גבוה, אלטרנטור, מכונות חשמליות. הם משמשים להתכה והקשחת מתכות, לייצור מגנטים קבועים, בתעשיית החשמל.
- גלי רדיו מתרחשים באנטנות של תחנות רדיו וטלוויזיה, טלפונים ניידים, מכ"מים וכו'. הם משמשים בתקשורת רדיו, טלוויזיה ומכ"ם.
- גלי אינפרא אדום כל הגופים המחוממים מקרינים. יישום: התכה, חיתוך, ריתוך לייזר של מתכות עקשנות, צילום בערפל ובחושך, ייבוש עצים, פירות ופירות יער, מכשירי ראיית לילה.
- קרינה גלויה. מקורות - שמש, מנורת חשמל ופלורסנט, קשת חשמלית, לייזר. יישומים: תאורה, אפקט פוטואלקטרי, הולוגרפיה.
- קרינה אולטרא - סגולה . מקורות: שמש, חלל, מנורת פריקת גז (קוורץ), לייזר. זה יכול להרוג חיידקים פתוגניים. הוא משמש להקשיח אורגניזמים חיים.
- קרינת רנטגן .
בשנת 1864 חזה ג'יימס קלרק מקסוול את האפשרות לקיומם של גלים אלקטרומגנטיים בחלל. הוא הציג הצהרה זו בהתבסס על המסקנות הנובעות מניתוח כל הנתונים הניסויים הידועים באותה תקופה לגבי חשמל ומגנטיות.
מקסוול איחד מתמטית את חוקי האלקטרודינמיקה, קישר בין תופעות חשמליות ומגנטיות, וכך הגיע למסקנה ששדות חשמליים ומגנטיים המשתנים עם הזמן יוצרים זה את זה.
בתחילה, הוא התמקד בעובדה שהקשר בין תופעות מגנטיות לחשמליות אינו סימטרי, והציג את המונח "שדה חשמלי מערבולת", והציע הסבר משלו, חדש באמת לתופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית שגילה פאראדיי: "כל שינוי ב השדה המגנטי מוביל להופעת המרחב הסובב של שדה חשמלי מערבולת בעל קווי כוח סגורים.
הוגן, לפי מקסוול, הייתה ההצהרה ההפוכה לפיה "שדה חשמלי משתנה מולידה שדה מגנטי במרחב שמסביב", אך אמירה זו נותרה בהתחלה רק השערה.
מקסוול רשם מערכת של משוואות מתמטיות שתיארו בעקביות את חוקי הטרנספורמציות ההדדיות של שדות מגנטיים וחשמליים, משוואות אלו הפכו מאוחר יותר למשוואות הבסיסיות של האלקטרודינמיקה, ונודע כ"משוואות מקסוול" לכבוד המדען הגדול שכתב אותן. . להשערתו של מקסוול, בהתבסס על המשוואות הכתובות, היו כמה מסקנות חשובות ביותר עבור המדע והטכנולוגיה, הניתנות להלן.
גלים אלקטרומגנטיים באמת קיימים
בחלל יכולים להתקיים גלים אלקטרומגנטיים רוחביים, המתפשטים עם הזמן. העובדה שהגלים הם רוחביים מסומנת על ידי העובדה שהווקטורים של אינדוקציה מגנטית B ועוצמת השדה החשמלי E מאונכים זה לזה ושניהם נמצאים במישור המאונך לכיוון ההתפשטות של גל אלקטרומגנטי.
מהירות ההתפשטות של גלים אלקטרומגנטיים בחומר היא סופית, והיא נקבעת על פי התכונות החשמליות והמגנטיות של החומר שדרכו מתפשט הגל. במקרה זה, אורך הגל הסינוסואידאלי λ קשור למהירות υ ביחס מדויק מסוים λ = υ / f, ותלוי בתדירות f של תנודות השדה. מהירות c של גל אלקטרומגנטי בוואקום היא אחד הקבועים הפיזיקליים הבסיסיים - מהירות האור בוואקום.
מאחר שמקסוול הכריז על סופיות מהירות ההתפשטות של גל אלקטרומגנטי, הדבר יצר סתירה בין השערתו לבין התיאוריה ארוכת הטווח המקובלת באותה תקופה, לפיה מהירות ההתפשטות של גלים הייתה צריכה להיות אינסופית. התיאוריה של מקסוול נקראה אפוא תורת הפעולה לטווח קצר.
בגל אלקטרומגנטי, הטרנספורמציה של שדות חשמליים ומגנטיים זה לזה מתרחשת בו זמנית, ולכן הצפיפות הנפחית של אנרגיה מגנטית ואנרגיה חשמלית שוות זו לזו. לכן, ההצהרה נכונה שהמודולים של עוצמת השדה החשמלי והשראת השדה המגנטי מחוברים זה לזה בכל נקודה בחלל על ידי הקשר הבא:
גל אלקטרומגנטי בתהליך התפשטותו יוצר זרימה של אנרגיה אלקטרומגנטית, ואם נתייחס לשטח במישור המאונך לכיוון התפשטות הגל, אז תוך זמן קצר תנוע בו כמות מסוימת של אנרגיה אלקטרומגנטית. צפיפות שטף האנרגיה האלקטרומגנטית היא כמות האנרגיה הנישאת על ידי גל אלקטרומגנטי דרך פני השטח של יחידת שטח ליחידת זמן. על ידי החלפת ערכי המהירות, כמו גם אנרגיה מגנטית וחשמלית, נוכל לקבל ביטוי לצפיפות השטף במונחים של הכמויות E ו-B.
מכיוון שכיוון התפשטות אנרגיית הגל עולה בקנה אחד עם כיוון מהירות התפשטות הגל, ניתן לציין את שטף האנרגיה המתפשט בגל אלקטרומגנטי באמצעות וקטור המכוון באותו אופן כמו מהירות התפשטות הגל. וקטור זה נקרא "וקטור פוינטינג" - לכבודו של הפיזיקאי הבריטי הנרי פוינטינג, שפיתח ב-1884 את תורת ההתפשטות של זרימת האנרגיה של השדה האלקטרומגנטי. צפיפות שטף אנרגיית הגל נמדדת ב-W/sq.m.
כאשר שדה חשמלי פועל על חומר, מופיעים בו זרמים קטנים שהם תנועה מסודרת של חלקיקים טעונים חשמלית. זרמים אלו בשדה המגנטי של גל אלקטרומגנטי נתונים לפעולת כוח האמפרה, המופנה עמוק לתוך החומר. כוחו של אמפר ויוצר כתוצאה מכך לחץ.
תופעה זו נחקרה מאוחר יותר, בשנת 1900, ואושרה בניסוי על ידי הפיזיקאי הרוסי פיוטר ניקולאביץ' לבדב, שעבודתו הניסיונית הייתה חשובה מאוד לאישוש תורת האלקטרומגנטיות של מקסוול וקבלתה ואישורה בעתיד.
העובדה שגל אלקטרומגנטי מפעיל לחץ מאפשרת לשפוט את נוכחותו של דחף מכני בשדה אלקטרומגנטי, שניתן לבטא עבור יחידת נפח במונחים של צפיפות נפח של אנרגיה אלקטרומגנטית ומהירות התפשטות הגל בוואקום:
מכיוון שהתנע קשור לתנועת המסה, אפשר להציג מושג כזה כמו מסה אלקטרומגנטית, ואז עבור יחידת נפח יחס זה (בהתאם ל-SRT) יקבל אופי של חוק טבע אוניברסלי, ו יהיה תקף עבור כל גופים מהותיים, ללא קשר לצורת החומר. והשדה האלקטרומגנטי דומה אז לגוף חומרי - יש לו אנרגיה W, מסה m, תנע p ומהירות התפשטות סופית v. כלומר, השדה האלקטרומגנטי הוא אחת מצורות החומר הקיימות בפועל בטבע.
לראשונה בשנת 1888 אישר היינריך הרץ בניסוי את התיאוריה האלקטרומגנטית של מקסוול. הוא הוכיח באופן אמפירי את המציאות של גלים אלקטרומגנטיים וחקר את תכונותיהם כמו שבירה ובליעה במדיות שונות, כמו גם החזרת גלים ממשטחי מתכת.
הרץ מדד את אורך הגל, והראה שמהירות ההתפשטות של גל אלקטרומגנטי שווה למהירות האור. עבודתו הניסיונית של הרץ הייתה הצעד האחרון לקראת ההכרה בתיאוריה האלקטרומגנטית של מקסוול. שבע שנים מאוחר יותר, ב-1895, השתמש הפיזיקאי הרוסי אלכסנדר סטפנוביץ' פופוב בגלים אלקטרומגנטיים כדי ליצור תקשורת אלחוטית.
במעגלי DC, מטענים נעים במהירות קבועה, וגלים אלקטרומגנטיים במקרה זה אינם מוקרנים לחלל. כדי שתתרחש קרינה, יש צורך להשתמש באנטנה שבה מתרגשים זרמים מתחלפים, כלומר זרמים שמשנים במהירות את כיוונם.
בצורתו הפשוטה ביותר, דיפול חשמלי בגודל קטן מתאים לפליטת גלים אלקטרומגנטיים, שבהם מומנט הדיפול ישתנה במהירות בזמן. זהו דיפול כזה שנקרא היום "דיפול הרציאני", שגודלו קטן פי כמה מאורך הגל שהוא פולט.
כאשר נפלט על ידי דיפול הרציאני, השטף המרבי של אנרגיה אלקטרומגנטית נופל על מישור מאונך לציר הדיפול. לא נפלטת אנרגיה אלקטרומגנטית לאורך ציר הדיפול. בניסויים החשובים ביותר של הרץ, נעשה שימוש בדיפולים יסודיים הן לפליטה והן לקליטת גלים אלקטרומגנטיים, והוכח קיומם של גלים אלקטרומגנטיים.
מושגים כלליים על גלים אלקטרומגנטיים
בשיעור של היום, נשקול נושא כה הכרחי כמו גלים אלקטרומגנטיים. והנושא הזה חשוב, ולו רק בגלל שכל החיים המודרניים שלנו קשורים לטלוויזיה, שידורי רדיו ותקשורת סלולרית. לכן, ראוי להדגיש כי כל זה מתבצע עקב גלים אלקטרומגנטיים.
כעת נעבור לבחינה מפורטת יותר של הנושא הקשור לגלים אלקטרומגנטיים, וקודם כל נשמיע את ההגדרה של גלים כאלה.
כפי שאתה כבר יודע, גל הוא הפרעה המתפשטת בחלל, כלומר, אם התרחשה איזושהי הפרעה באיזשהו מקום, והיא מתפשטת לכל הכיוונים, אז אפשר לומר שהתפשטות ההפרעה הזו אינה אלא תופעת גלים. .
גלים אלקטרומגנטיים הם תנודות אלקטרומגנטיות כאלה שמתפשטות בחלל במהירות סופית, התלויה בתכונות המדיום. במילים אחרות, אנו יכולים לומר שגל אלקטרומגנטי נקרא שדה אלקטרומגנטי המתפשט בחלל או הפרעה אלקטרומגנטית.
בואו נתחיל את הדיון שלנו בעובדה שתיאוריית הגלים האלקטרומגנטיים של השדה האלקטרומגנטי נוצרה לראשונה על ידי המדען האנגלי ג'יימס מקסוול. הדבר המעניין והמסקרן ביותר בעבודה הזו הוא שמסתבר ששדות חשמליים ומגנטיים, כידוע, ומאז הוכח שהם קיימים ביחד. אבל מסתבר שהם יכולים להתקיים לחלוטין בהיעדר כל חומר. זו מסקנה חשובה מאוד ונעשתה בעבודותיו של ג'יימס קלרק מקסוול.
מסתבר ששדה אלקטרומגנטי יכול להתקיים גם במקום שאין חומר. כאן אמרנו שגלי קול קיימים רק היכן שיש מדיום. כלומר, לרעידות המתרחשות עם חלקיקים יש את היכולת להיות מועברת רק במקום שיש חלקיקים שיש להם את היכולת להעביר את ההפרעה הזו.
אבל, באשר לשדה האלקטרומגנטי, הוא יכול להתקיים במקום שאין חומר, ואין חלקיקים. וכך, השדה האלקטרומגנטי מתקיים בחלל ריק, כלומר אם אנו יוצרים תנאים מסוימים ויכולים, כביכול, ליצור הפרעה אלקטרומגנטית כללית במרחב, אזי, בהתאם, להפרעה הזו יש יכולת להתפשט לכל הכיוונים. וזה בדיוק מה שיהיה לנו גל אלקטרומגנטי.
האדם הראשון שהצליח לייצר פליטת גל אלקטרומגנטי, וקליטת גל אלקטרומגנטי, היה המדען הגרמני היינריך הרץ. הוא היה הראשון שיצר מתקן כזה לפליטה וקליטת גל אלקטרומגנטי.
הדבר הראשון שעלינו לומר כאן הוא שכדי לפלוט גל אלקטרומגנטי, אנו זקוקים, כמובן, למטען חשמלי שנע במהירות. עלינו ליצור מכשיר כזה שבו יהיה מטען חשמלי שנע במהירות רבה או מואץ.
היינריך הרץ, בעזרת הניסויים שלו, הוכיח שכדי להשיג גל אלקטרומגנטי חזק ומורגש מספיק, מטען חשמלי נע חייב להתנודד בתדר גבוה מאוד, כלומר בסדר גודל של כמה עשרות אלפי הרץ. כמו כן יש להדגיש שאם מתרחשת תנודה כזו במטען, אז יווצר סביבו שדה אלקטרומגנטי לסירוגין שיתפשט לכל הכיוונים. כלומר, זה יהיה גל אלקטרומגנטי.
מאפיינים של גלים אלקטרומגנטיים
כמו כן, יש לשים לב לעובדה שלגל אלקטרומגנטי, כמובן, יש תכונות מסוימות, ועל תכונות אלה הוא צוין במדויק בעבודותיו של מקסוול.
יש לציין גם שלמאפיינים של גלים אלקטרומגנטיים יש הבדלים מסוימים, וגם מאוד תלויים באורכו. בהתאם למאפיינים ואורכי הגל, גלים אלקטרומגנטיים מחולקים לטווחים. יש להם קנה מידה מותנה למדי, שכן לטווחים שכנים יש תכונות של חפיפה זה לזה.
לא יהיה מיותר לדעת שלאזורים מסוימים יש מאפיינים משותפים. נכסים אלה כוללים:
יכולת חדירה;
מהירות התפשטות גבוהה בחומר;
השפעה על גוף האדם, הן חיובית והן שלילית, וכו '.
סוגי הגלים האלקטרומגנטיים כוללים גלי רדיו, טווחי אולטרה סגול ואינפרא אדום, אור נראה, כמו גם קרני רנטגן, קרינת גמא ואחרים.
ועכשיו בואו נשקול היטב את הטבלה שלהלן, ונלמד ביתר פירוט כיצד ניתן לסווג גלים אלקטרומגנטיים, אילו סוגי קרינה, מקורות קרינה ותדירותם הם:
עובדות מעניינות על גלים אלקטרומגנטיים
כנראה, זה לא יהיה סוד לאף אחד שהחלל המקיף אותנו חדור בקרינה אלקטרומגנטית. קרינה כזו קשורה לא רק לאנטנות טלפון ורדיו, אלא גם לגופים סביבנו, לכדור הארץ, לשמש ולכוכבים. בהתאם לתדירות התנודות, לגלים אלקטרומגנטיים יכולים להיות שמות שונים, אך המהות שלהם דומה. גלים אלקטרומגנטיים כאלה כוללים הן גלי רדיו והן קרינה אינפרא-אדום, ואור נראה, וקרני רנטגן, כמו גם את קרני השדה הביולוגי.
מקור אנרגיה בלתי מוגבל כמו שדה אלקטרומגנטי הוא הגורם לתנודה של המטענים החשמליים של אטומים ומולקולות. מכאן נובע שבתנודה המטען נע בתאוצה ובמקביל מקרין גלים אלקטרומגנטיים.
השפעת גלים אלקטרומגנטיים על בריאות האדם
במשך שנים רבות, מדענים מודאגים מבעיית ההשפעה של שדות אלקטרומגנטיים על בריאותם של בני אדם, בעלי חיים וצמחים, ולכן מקדישים זמן רב למחקר ולמחקר של בעיה זו.
כנראה, כל אחד מכם היה בדיסקוטקים ושם לב לעובדה שבהשפעת מנורות אולטרה סגול, בגדים בהירים החלו לזהור. סוג זה של קרינה אינו מהווה סכנה לאורגניזמים חיים.
אבל בעת ביקור בסולריום או שימוש במנורות אולטרה סגולות למטרות רפואיות, יש צורך להשתמש בהגנה על העיניים, שכן חשיפה כזו עלולה לגרום לאובדן ראייה לטווח קצר.
כמו כן, בעת שימוש במנורות קוטל חיידקים אולטרה סגול, המשמשות לחיטוי חדרים, יש להיזהר ביותר ובשימוש בהן יש לצאת מהחדר, שכן הן משפיעות לרעה על עור האדם, כמו גם על הצמחים, וגורמות לכוויות עלים.
אך בנוסף למקורות הקרינה והמכשירים השונים המקיפים אותנו, לגוף האדם יש גם שדות חשמליים ומגנטיים משלו. אבל כדאי גם לדעת שבגוף האדם, לאורך חייו, שדות אלקטרומגנטיים נוטים להשתנות ללא הרף.
כדי לקבוע את השדה האלקטרומגנטי של אדם, נעשה שימוש במכשיר מדויק כמו אנצפלוגרף. באמצעות מכשיר זה ניתן למדוד את השדה האלקטרומגנטי של אדם בדיוק גבוה ולקבוע את פעילותו בקליפת המוח. הודות להופעתו של מכשיר כזה כמו אנצפלוגרף, ניתן היה לאבחן מחלות שונות אפילו בשלב מוקדם.