ЕЛЕКТРОМАГНЕТНИ ТАЛАСИ: МАКВЕЛЛ-ОВА ТЕОРИЈА, ТИПОВИ, КАРАКТЕРИСТИКЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

У електромагнетни таласи су попречни таласи који одговарају пољима изазваним убрзаних наелектрисања. 19. век је век великог напретка у електрицитету и магнетизму, али до прве половине тога научници још увек нису били свесни односа између два феномена, верујући у то да су међусобно независни.

Био је шкотски физичар Јамес Цлерк Маквелл (1831-1879) који је свету доказао да су струја и магнетизам две стране исте кованице. Обје појаве су уско повезане.

Олуја. Извор: Пикабаи.

Маквелл теорија

Маквелл је објединио теорију електрицитета и магнетизма у 4 елегантне и сажете једнаџбе чија су предвиђања убрзо потврђена:

Које је доказе Маквелл морао да развије своју електромагнетну теорију?

Већ је била чињеница да електричне струје (покретни набоји) производе магнетна поља, а заузврат променљиво магнетно поље ствара електричне струје у проводљивим круговима, што би значило да променљиво магнетно поље индукује електрично поље.

Да ли је могућа обрнута појава? Да ли би променљива електрична поља могла да генеришу магнетна поља заузврат?

Маквелл, ученик Мицхаела Фарадаиа, био је увјерен у постојање симетрија у природи. И електрични и магнетни феномени су се морали придржавати ових принципа.

Према овом истраживачу, осцилирајућа поља би створила поремећаје на исти начин као што камен бачен у језеро ствара таласе. Ови поремећаји нису ништа друго него осцилирајућа електрична и магнетна поља, која је Маквелл прецизно назвао електромагнетским таласима.

Маквелл предвиђања

Маквелл-ове једнаџбе су предвиђале постојање електромагнетних таласа са брзином ширења једнаком брзини светлости. Предвиђање је потврдио убрзо после тога немачки физичар Хеинрицх Хертз (1857 - 1894), који је успео да створи ове таласе у својој лабораторији помоћу ЛЦ круга. То се догодило убрзо након Маквелл-ове смрти.

Да би потврдио исправност теорије, Хертз је морао да изгради детекторски уређај који му је омогућио да пронађе таласну дужину и фреквенцију, податке из којих је могао да израчуна брзину електромагнетних радио таласа, подударајући се са брзином светлости. .

Маквелл-ово дело је у то време научно прихватало са скептицизмом. Можда је то делом зато што је Максвел био сјајан математичар и представио је своју теорију сву формалност случаја, коју многи нису успели да разумеју.

Међутим, Хертзов експеримент је био сјајан и убедљив. Њихови резултати су добро прихваћени и уклоњене сумње у истинитост Маквелл-ових предвиђања.

Помена струје

Ток расељавања је стварање Маквелл-а, проистекло из дубоке анализе Амперовог закона, која каже да:

Батерија пуни кондензатор. Показало се да површине С (пуна линија) и С 'и контура Ц примењују Амперов закон. Извор: модификовано из Пикабаи-а.

Према томе, израз десно у Амперовом закону, који укључује струју, није нула и није члан ни на левој страни. Непосредни закључак: постоји магнетно поље.

Постоји ли магнетно поље на С '?

Међутим, не постоји струја која прелази или прелази закривљену површину С ', која има исту контуру Ц, јер ова површина обухвата део онога што је у простору између плоча кондензатора, за који можемо да претпоставимо да је ваздух или друга супстанца. не проводан.

У том региону не постоји проводни материјал кроз који тече било која струја. Треба имати на уму да за струју која тече, круг мора бити затворен. Пошто је струја једнака нули, интеграл на левом у Амперовом закону износи 0. Нема магнетног поља, зар не?

Дефинитивно постоји контрадикција. С 'је такође ограничен кривуљом Ц и постојање магнетног поља не сме да зависи од површине на коју Ц ограничава.

Маквелл реши контрадикторност је увођење концепта померања струја И _Д .

Помена струје

Док се кондензатор пуни, постоји променљиво електрично поље између плоча и струја тече кроз проводник. Када се кондензатор напуни, струја у проводнику престаје и између плоча се успоставља константно електрично поље.

Тада је Маквелл закључио да, повезана са променљивим електричним пољем, мора постојати струја коју је назвао помичном струјом и _Д , струјом која не укључује кретање набоја. За површину С 'важи:

Електрична струја није вектор, иако има величину и значење. Прикладније је повезати поља са количином која је векторска: густина струје Ј , чија је величина квоцијент између струје и подручја кроз која пролази. Јединице густине струје у Међународном систему су ампере / м ² .

У смислу овог вектора, густоћа струје помака је:

На овај начин, када се Амперов закон примењује на контуру Ц и употребљава се површина С, и _Ц је струја кроз њу. С друге стране, ја _{, Ц} не пролази кроз С ', али сам _Год ради.

Вежба решена

Брзина у датом медијуму

У датом медијуму је могуће показати да је брзина електромагнетних таласа изражена:

Где су ε и μ одговарајућа пропусност и пропусност дотичног медија.

Износ кретања

Електромагнетно зрачење са енергијом У има придружени момент п чија је величина: п = У / ц.

Врсте електромагнетних таласа

Електромагнетни таласи имају веома широк распон таласних дужина и фреквенција. Они су груписани у оно што је познато као електромагнетни спектар, подељен је у регионе, који су ниже наведени, почевши од најдужих таласних дужина:

Радио таласи

Смјештени на крају највеће таласне дужине и најниже фреквенције, они се крећу од неколико до милијарду херца. Они су они који се користе за пренос сигнала са разним информацијама и снимају их антене. Телевизија, радио, мобилни телефони, планете, звезде и друга небеска тела емитују их и могу бити заробљени.

Микроталасна пећница

Смештени у ултра високим (УХФ), супер високим (СХФ) и екстремно високим (ЕХФ) фреквенцијама, они се крећу између 1 ГХз и 300 ГХз. За разлику од претходних који могу да мере и до миљу (1,6 км), микроталаси Распростиру се од неколико центиметара до 33 цм.

С обзиром на њихов положај у спектру, између 100 000 и 400 000 нм, они се користе за пренос података о фреквенцијама које не ометају радио таласи. Из тог разлога се примењују у радарској технологији, мобилним телефонима, кухињским пећницама и рачунарским решењима.

Његова осцилација је производ уређаја познатог као магнетрон, који је врста резонантне шупљине која на крајевима има 2 магнета диска. Електромагнетно поље настаје убрзањем електрона из катоде.

Инфрацрвени зраци

Ове топлотне таласе емитују термичка тела, неке врсте ласера ​​и светлеће диоде. Иако имају тенденцију да се преклапају са радио таласима и микроталасима, њихов распон је између 0,7 и 100 микрометара.

Ентитети најчешће производе топлоту коју могу открити ноћне наочаре и кожа. Често се користе за даљинско управљање и посебне комуникационе системе.

Видљива светлост

У референтној подјели спектра налазимо видљиво свјетло, које има таласну дужину између 0,4 и 0,8 микрометара. Оно што разликујемо су боје дуге, где је најнижа фреквенција карактеристична црвена, а највиша љубичаста.

Вредности његове дужине мере се у нанометарима и Ангстрому, представља веома мали део целог спектра и овај опсег укључује највећу количину зрачења коју емитују сунце и звезде. Поред тога, продукт је убрзавања електрона у енергетским транзитима.

Наша перцепција ствари заснива се на видљивом зрачењу које пада на предмет, а потом на очи. Мозак затим тумачи фреквенције које дају боју и детаље присутне у стварима.

Ултраљубичасто зрачење

Ове се распеле налазе у распону од 4 до 400 нм, генеришу их сунце и други процеси који емитују велике количине топлоте. Дуготрајно излагање тим кратким таласима може изазвати опекотине и одређене врсте рака код живих бића.

Пошто су продукти скокова електрона у побуђеним молекулама и атомима, њихова енергија је укључена у хемијске реакције и они се користе у медицини за стерилизацију. Они су одговорни за ионосферу јер озонски омотач спречава њене штетне ефекте на земљи.

Кс-зраци

Ова ознака је последица чињенице да су то невидљиви електромагнетни таласи који могу пролазити кроз непрозирна тела и стварати фотографске отиске. Смјештени између 10 и 0,01 нм (30 до 30 000 ПХз), они су резултат скока електрона с орбите у тешким атомима.

Ове зраке могу да емитују сунчева корона, пулсари, супернове и црне рупе због велике количине енергије. Њихово дуже излагање изазива рак и они се користе у медицинском пољу за добијање слика коштаних структура.

Гама зраци

Смјештени на крајњој лијевој страни спектра, то су таласи који имају највећу фреквенцију и обично се јављају у црним рупама, суперновама, пулсарима и неутронским звијездама. Такође могу бити последица фисије, нуклеарних експлозија и стреле.

Пошто настају процесима стабилизације у атомском језгру након радиоактивне емисије, они су смртоносни. Њихова таласна дужина је субатомска, омогућавајући им пролазак кроз атоме. Још увек их апсорбује Земљина атмосфера.

Примене различитих електромагнетних таласа

Електромагнетни таласи имају иста својства рефлексије и рефлексије као и механички таласи. Уз енергију коју шире, могу и да носе информације.

Због тога су различите врсте електромагнетних таласа примењене на велики број различитих задатака. Овде ћемо видети неке од најчешћих.

Електромагнетни спектар и неке од његових примена. Извор: Татоуте и Пхроод

Радио таласи

Убрзо након што су откривени, Гуглиелмо Марцони је доказао да могу бити одличан алат за комуникацију. Откако је Хертз открио, бежична комуникација са радио фреквенцијама као што су АМ и ФМ радио, телевизија, мобилни телефони и још много тога, постала је све раширенија широм света.

Микроталасна пећница

Могу се користити за загревање хране, јер вода је диполни молекул који је у стању да одговори на осцилирајућа електрична поља. Храна садржи молекуле воде, које када су изложене тим пољима, почињу да осцилирају и сударају се једна с другом. Резултат је загревање.

Такође се могу користити у телекомуникацијама због своје способности путовања у атмосфери са мање сметњи од осталих таласа веће таласне дужине.

Инфрацрвени таласи

Најкарактеристичнија примена инфрацрвених уређаја су уређаји за ноћно осматрање. Такође се користе у комуникацији између уређаја и у спектроскопским техникама за проучавање звезда, међузвездних гасних облака и егзопланета.

Такође могу да направе мапе телесне температуре, које се користе за идентификацију неких врста тумора чија је температура виша од температуре околних ткива.

Видљива светлост

Видљива светлост чини велики део спектра који емитује Сунце, а на који мрежница реагује.

Ултраљубичасто зрачење

Ултраљубичасте зраке имају довољно енергије да значајно утичу на материју, тако да континуирано излагање овом зрачењу изазива прерано старење и повећава ризик од настанка рака коже.

Кс-зраци и гама зраци

Рендгенски и гама зраци имају још више енергије и због тога су способни да продру у мека ткива, па су се, готово од тренутка њиховог открића, користили за дијагностицирање прелома и испитивање унутрашњости тела у потрази за болестима. .

Рендгенски и гама зраци користе се не само као дијагностички алат, већ и као терапијско средство за уништавање тумора.

Референце

1. Гианцоли, Д. (2006). Физика: Начела примјене. Шесто издање. Прентице Халл. 628-637.
2. Рек, А. (2011). Основе физике. Пеарсон. 503-512.
3. Сеарс, Ф. (2015). Универзитетска физика са модерном физиком. 14тх Едитион. Пеарсон. 1053-1057.