De elektromagnetiske bølger de er tverrbølger som tilsvarer felt som stammer fra akselererte elektriske ladninger. 1800-tallet var århundret med store fremskritt innen elektrisitet og magnetisme, men frem til første halvdel av det var forskere fortsatt ikke klar over forholdet mellom begge fenomener, og trodde at de var uavhengige av hverandre..
Det var den skotske fysikeren James Clerk Maxwell (1831-1879) som viste verden at elektrisitet og magnetisme bare var to sider av samme mynt. Begge fenomenene er nært beslektede.
Artikkelindeks
Maxwell forenet teorien om elektrisitet og magnetisme i 4 elegante og konsise ligninger, hvis spådommer snart ble bekreftet:
Hvilke bevis hadde Maxwell for å utvikle sin elektromagnetiske teori?
Det var allerede et faktum at elektriske strømmer (ladninger i bevegelse) produserer magnetfelt, og i sin tur stammer et variabelt magnetfelt til elektriske strømmer i ledende kretser, noe som vil antyde at et variabelt magnetfelt induserer et elektrisk felt..
Kan det omvendte fenomenet være mulig? Ville forskjellige elektriske felt kunne generere magnetiske felt??
Maxwell, en disippel av Michael Faraday, var overbevist om eksistensen av symmetrier i naturen. Både elektriske og magnetiske fenomener måtte også overholde disse prinsippene.
Ifølge denne forskeren vil oscillerende felt generere forstyrrelser på samme måte som en stein som kastes i en dam genererer bølger. Disse forstyrrelsene er ikke annet enn oscillerende elektriske og magnetiske felt, som Maxwell kalte nettopp elektromagnetiske bølger..
Maxwells ligninger forutsa eksistensen av elektromagnetiske bølger med forplantningshastighet lik lyshastigheten. Spådommen ble bekreftet kort tid etter av den tyske fysikeren Heinrich Hertz (1857 - 1894), som klarte å generere disse bølgene i laboratoriet sitt ved hjelp av en LC-krets. Dette skjedde like etter Maxwells død.
For å verifisere riktigheten av teorien måtte Hertz bygge en detektorenhet som tillot ham å finne bølgelengde og frekvens, data som han var i stand til å beregne hastigheten på elektromagnetiske radiobølger, sammenfallende med lysets hastighet..
Maxwells arbeid hadde blitt mottatt med skepsis av det vitenskapelige samfunnet på den tiden. Kanskje var det delvis fordi Maxwell var en strålende matematiker og hadde presentert sin teori med all formaliteten i saken, som mange ikke forstod..
Imidlertid var Hertz eksperiment strålende og overbevisende. Resultatene hans ble godt mottatt og tvil om sannheten i Maxwells spådommer ble fjernet..
Strømmen for fordrivelse er opprettelsen av Maxwell, oppstått som et resultat av en dyp analyse av Amperes lov, som fastslår at:
Derfor er begrepet til høyre i Amperes lov, som involverer strømmen, ikke null, og heller ikke medlemmet til venstre. Umiddelbar konklusjon: det er et magnetfelt.
Imidlertid er det ingen strøm som krysser eller krysser den buede overflaten S ', som har samme kontur C, siden denne overflaten omfatter en del av det som er i rommet mellom kondensatorens plater, som vi kan anta er luft eller et annet stoff ikke-ledende.
I den regionen er det ikke ledende materiale som strømmer gjennom. Det må huskes at for at en strøm skal strømme, må kretsen være lukket. Siden strømmen er null, er integralen til venstre i Amperes lov 0. Det er ikke noe magnetfelt da, er det??
Det er definitivt en motsetning. S 'er også begrenset av kurven C og eksistensen av magnetfeltet må ikke avhenge av overflaten som C begrenser til..
Maxwell løste motsetningen ved å introdusere begrepet forskyvningsstrøm iD.
Mens kondensatoren lades, eksisterer det et varierende elektrisk felt mellom platene og strømmen strømmer gjennom lederen. Når kondensatoren lades opp, opphører strømmen i lederen og et konstant elektrisk felt etableres mellom platene..
Da dedikerte Maxwell at det, tilknyttet det variable elektriske feltet, må eksistere en strøm som han kalte forskyvningsstrøm iD, en strøm som ikke innebærer bevegelse av ladning. For overflaten S 'er den gyldig:
Elektrisk strøm er ikke en vektor, selv om den har størrelse og betydning. Det er mer hensiktsmessig å knytte feltene til en størrelse som er vektor: den nåværende tettheten J,hvis størrelse er kvotienten mellom strømmen og området den går gjennom. Enhetene med strømtetthet i det internasjonale systemet er ampere / mto.
Når det gjelder denne vektoren, er forskyvningsstrømtettheten:
På denne måten, når Amperes lov blir brukt på konturen C og overflaten S blir brukt, dvs.C det er strømmen som går gjennom den. I stedet forC krysser ikke S ', men jegD hvis det gjør det.
1-En sirkulær flat parallellplatekondensator lades. Platenes radius er 4 cm og i et gitt øyeblikk ledningsstrømmen iC = 0,520 A. Det er luft mellom platene. Finne:
a) Fortrengningsstrømtetthet JD i rommet mellom platene.
b) Hastigheten det elektriske feltet mellom platene endres på.
c) Magnetfeltet indusert mellom platene i en avstand på 2 cm fra aksialaksen.
d) Det samme spørsmålet som i c) men i en avstand på 1 cm fra aksialaksen.
For størrelsen på strømtettheten JD arealet av platene er nødvendig:
Plateområde: A = πrto = π. (4 x 10-to m)to = 0,00503 mto.
Det elektriske feltet er jevnt mellom platene, strømtettheten er også, siden de er proporsjonale. I tillegg iC = iD for kontinuitet, så:
Strømtetthet JD = 0,520 A / 0,00503 mto = 103,38 A / mto.
Endringshastigheten for det elektriske feltet er (dE / dt). En ligning er nødvendig for å finne den, med utgangspunkt i de første prinsippene: definisjonen av strøm, definisjonen av kapasitans og kapasitansen for en flat parallellplatekondensator.
- Per definisjon er strømmen avledet av belastningen med hensyn til tid iC = dq / dt
- Kondensatorens kapasitans er C = q / v, hvor q er ladningen og v er potensialforskjellen.
- På sin side er kapasiteten til den flate parallelle platekondensatoren: C = εellerA / d.
Små bokstaver brukes til å indikere strøm og spenning som varierer over tid. Ved å kombinere andre og tredje ligning er ladningen som:
q = C.v = (εellerA / d) .v = εellerA (v / d) = εellerAE
Her εeller er permittiviteten til vakuumet hvis verdi er 8,85 x 10-12 Cto/N.mto. Når vi tar dette resultatet til den første ligningen, får vi et uttrykk som inneholder endringshastigheten til det elektriske feltet:
JegC = dq / dt = d (εellerAE) / dt = εellerA (dE / dt)
Løsning for dE / dt gjenstår:
(dE / dt) = iC/ (εellerA) = jD/ εeller
Erstatte verdier:
dE / dt = (103,38 A / mto) / (8,85 x 10-12 Cto/N.mto ) = 1,17 x 101. 3 (N / C) / s
Resultatet er omtrent 1 etterfulgt av 13 nuller. Definitivt det elektriske feltet varierer veldig raskt.
For å finne størrelsen på magnetfeltet er det nødvendig å anvende Amperes lov ved å velge en sirkulær bane med radius r inne i platene og konsentrisk for dem, hvis radius er R:
På den annen side, i integralet er vektorene B og dl parallelle, slik at det skalære produktet er enkelt Bdl, hvor dl er en banedifferensial over C. Feltet B er konstant gjennom hele banen C og ligger utenfor integralen:
Evaluering av ligningen oppnådd i forrige avsnitt, for r = 1 cm = 0,01 m:
Elektromagnetiske bølger er tverrbølger der de elektriske og magnetiske feltene er vinkelrett på hverandre og samtidig til bølgens forplantningsretning.
Deretter vil vi se dens mest bemerkelsesverdige egenskaper.
Formasjonshastigheten til elektromagnetiske bølger i vakuum er c .003,00 x108 m / s, uavhengig av bølgelengde og frekvensverdier.
Elektromagnetiske bølger forplanter seg både i vakuum og i noe materialmedium, i motsetning til mekaniske bølger som krever medium.
Forholdet mellom fart c, bølgelengden λ og frekvensen F av elektromagnetiske bølger i vakuum er c = λ.f.
Størrelsene til de elektriske og magnetiske feltene er relatert til E = cB.
I et gitt medium er det mulig å vise at hastigheten til elektromagnetiske bølger er gitt av uttrykket:
I hvilke ε og μ er den respektive permittiviteten og permeabiliteten til det aktuelle mediet.
En elektromagnetisk stråling med energi ELLER har en tilhørende mengde bevegelse s hvis størrelse er: s = ELLER/c.
Elektromagnetiske bølger har et veldig bredt spekter av bølgelengder og frekvenser. De er gruppert i det som er kjent som det elektromagnetiske spekteret, som er delt inn i regioner, som er navngitt nedenfor, og starter med de lengste bølgelengdene:
Ligger ytterst av den lengste bølgelengden og den laveste frekvensen, de varierer fra noen få til en milliard Hertz. De brukes til å overføre et signal med informasjon av forskjellige slag og fanges opp av antennene. TV, radio, mobiltelefoner, planeter, stjerner og andre himmellegemer sender dem og kan fanges opp.
Ligger i ultrahøye (UHF), superhøye (SHF) og ekstremt høye (EHF) frekvenser, varierer de mellom 1 GHz og 300 GHz. I motsetning til de forrige som kan måle opp til en mil (1,6 km), varierer mikrobølger fra noen få centimeter til 33 cm.
Gitt deres posisjon i spekteret, mellom 100.000 og 400.000 nm, brukes de til å overføre data på frekvenser som ikke blir forstyrret av radiobølger. Av denne grunn brukes de i radarteknologi, mobiltelefoner, kjøkkenovner og datamaskinløsninger..
Dens svingning er et produkt av en enhet kjent som en magnetron, som er en slags resonanshulrom som har to skivemagneter i endene. Det elektromagnetiske feltet genereres av akselerasjonen av katodens elektroner.
Disse hetebølgene sendes ut av termiske legemer, noen typer lasere og lysdioder. Selv om de har en tendens til å overlappe med radiobølger og mikrobølger, er deres rekkevidde mellom 0,7 og 100 mikrometer..
Enhetene produserer oftest varme som kan oppdages av nattbriller og huden. De brukes ofte til fjernkontroller og spesielle kommunikasjonssystemer.
I referansedelingen av spekteret finner vi det merkbare lyset, som har en bølgelengde mellom 0,4 og 0,8 mikrometer. Det vi skiller er regnbuens farger, der den laveste frekvensen er preget av rød og den høyeste av fiolett..
Lengdeverdiene måles i nanometer og Angstrom, det representerer en veldig liten del av hele spekteret, og dette området inkluderer den største mengden stråling som solen og stjernene sender ut. I tillegg er det produktet av akselerasjonen av elektroner i energitransitter.
Vår oppfatning av ting er basert på synlig stråling som faller på et objekt og deretter på øynene. Da tolker hjernen frekvensene som gir fargen og detaljene i ting.
Disse krusningene ligger i området 4 og 400 nm, de genereres av solen og andre prosesser som avgir store mengder varme. Langvarig eksponering for disse korte bølgene kan forårsake forbrenning og visse typer kreft i levende ting..
Siden de er et produkt av elektronhopp i eksiterte molekyler og atomer, er deres energi involvert i kjemiske reaksjoner, og de brukes i medisin for å sterilisere. De er ansvarlige for ionosfæren siden ozonlaget forhindrer dets skadelige effekter på jorden.
Denne betegnelsen skyldes at de er usynlige elektromagnetiske bølger som kan passere gjennom ugjennomsiktige kropper og produsere fotografiske utskrifter. Ligger mellom 10 og 0,01 nm (30 til 30 000 PHz), de er resultatet av elektroner som hopper fra baner i tunge atomer.
Disse strålene kan sendes ut av solens korona, pulsarer, supernovaer og svarte hull på grunn av deres store mengde energi. Deres langvarige eksponering forårsaker kreft, og de brukes i det medisinske feltet for å skaffe bilder av beinstrukturer..
Ligger ytterst til venstre i spekteret, er de bølgene med høyest frekvens og forekommer vanligvis i svarte hull, supernovaer, pulsarer og nøytronstjerner. De kan også være et resultat av fisjon, atomeksplosjoner og lyn.
Siden de genereres av stabiliseringsprosesser i atomkjernen etter radioaktive utslipp, er de dødelige. Deres bølgelengde er subatomær, slik at de kan passere gjennom atomer. Likevel blir de absorbert av jordens atmosfære.
Elektromagnetiske bølger har samme refleksjons- og refleksjonsegenskaper som mekaniske bølger. Og sammen med energien de formerer seg, kan de også ha informasjon.
På grunn av dette har forskjellige typer elektromagnetiske bølger blitt brukt på et stort antall forskjellige oppgaver. Neste vil vi se noen av de vanligste.
Kort tid etter at de ble oppdaget, beviste Guglielmo Marconi at de kunne være et utmerket kommunikasjonsverktøy. Siden oppdagelsen av Hertz har trådløs kommunikasjon med radiofrekvenser som AM- og FM-radio, TV, mobiltelefoner og mye mer blitt stadig mer utbredt over hele verden..
De kan brukes til å varme opp mat, fordi vann er et dipolmolekyl som er i stand til å reagere på oscillerende elektriske felt. Maten inneholder vannmolekyler, som når de blir utsatt for disse feltene begynner å svinge og kollidere med hverandre. Den resulterende effekten er oppvarming.
De kan også brukes i telekommunikasjon på grunn av deres evne til å reise i atmosfæren med mindre interferens enn andre bølger med større bølgelengde..
Den mest karakteristiske bruken av infrarød er nattesyn. De brukes også i kommunikasjon mellom enheter og i spektroskopiske teknikker for studier av stjerner, interstellare gassskyer og eksoplaneter..
Med dem kan du også lage kroppstemperaturkart, som brukes til å identifisere noen typer svulster hvis temperatur er høyere enn det omkringliggende vevet..
Synlig lys utgjør en stor del av spektret som sendes ut av solen, som netthinnen reagerer på.
Ultrafiolette stråler har nok energi til å samhandle med materien betydelig, så kontinuerlig eksponering for denne strålingen forårsaker for tidlig aldring og øker risikoen for å utvikle hudkreft..
Røntgenstråler og gammastråler har enda mer energi og er derfor i stand til å trenge gjennom mykt vev, og de er nesten brukt fra det øyeblikket de ble oppdaget, brukt til å diagnostisere brudd og undersøke kroppens indre på jakt etter sykdommer..
Røntgenstråler og gammastråler brukes ikke bare som et diagnostisk verktøy, men som et terapeutisk verktøy for ødeleggelse av svulster..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.