คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าวัดได้อย่างไร? ผลกระทบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีต่อสุขภาพของมนุษย์

การแผ่รังสี คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ระหว่างการเปลี่ยนแปลงความถี่ของการสั่นของประจุ เปลี่ยนความยาวคลื่นและรับคุณสมบัติที่แตกต่างกัน บุคคลถูกล้อมรอบด้วยอุปกรณ์ที่ปล่อยและรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างแท้จริง ได้แก่โทรศัพท์มือถือ วิทยุ โทรทัศน์ เครื่องเอ็กซ์เรย์ในสถานพยาบาล ฯลฯ แม้แต่ร่างกายมนุษย์ก็มีสนามแม่เหล็กไฟฟ้า และที่น่าสนใจมากคือ แต่ละอวัยวะก็มีความถี่รังสีของตัวเอง การแพร่กระจายของอนุภาคมีประจุที่ปล่อยออกมามีอิทธิพลต่อกันและกัน กระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ในการสั่นสะเทือนและการผลิตพลังงาน ซึ่งสามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการสร้างสรรค์และทำลายล้าง

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ข้อมูลทั่วไป

การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าคือการเปลี่ยนแปลงในสถานะและความเข้มของการแพร่กระจายของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยาของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

การศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับคุณสมบัติเฉพาะของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าดำเนินการโดย:

• ไฟฟ้ากระแส;
• เลนส์;
• รังสีฟิสิกส์

การปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นและแพร่กระจายโดยการสั่นของประจุในกระบวนการที่พลังงานถูกปล่อยออกมามีรูปแบบการแพร่กระจายคล้ายกับคลื่นกล การเคลื่อนที่ของประจุมีลักษณะเฉพาะด้วยความเร่ง - ความเร็วของพวกมันเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาซึ่งเป็นเงื่อนไขพื้นฐานสำหรับการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า พลังของคลื่นมีความสัมพันธ์โดยตรงกับแรงความเร่งและเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงนั้น

ตัวชี้วัดที่กำหนด ลักษณะเฉพาะรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า:

• ความถี่การสั่นสะเทือนของอนุภาคที่มีประจุ
• ความยาวคลื่นของฟลักซ์ที่ปล่อยออกมา
• โพลาไรซ์

สนามไฟฟ้าที่อยู่ใกล้กับประจุมากที่สุดซึ่งมีการสั่นสะเทือนจะมีการเปลี่ยนแปลง ระยะเวลาที่ใช้ในการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้จะเท่ากับระยะเวลาของการสั่นของประจุ การเคลื่อนที่ของประจุสามารถเปรียบเทียบได้กับการแกว่งของวัตถุที่แขวนอยู่บนสปริง ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือความถี่ของการเคลื่อนที่

แนวคิดของ "การแผ่รังสี" หมายถึงสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่วิ่งออกไปจากแหล่งกำเนิดให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และสูญเสียความเข้มของมันไปตามระยะทางที่เพิ่มขึ้น ก่อตัวเป็นคลื่น

การแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ผลงานของแมกซ์เวลล์และกฎแม่เหล็กไฟฟ้าที่เขาค้นพบทำให้สามารถดึงข้อมูลได้มากกว่าข้อเท็จจริงที่การวิจัยสามารถให้ได้ ตัวอย่างเช่น ข้อสรุปประการหนึ่งตามกฎของแม่เหล็กไฟฟ้าคือข้อสรุปว่าปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้ามีความเร็วจำกัดในการแพร่กระจาย

หากเราปฏิบัติตามทฤษฎีการกระทำระยะไกล เราจะพบว่าแรงที่ส่งผลต่อประจุไฟฟ้าที่อยู่ในสถานะนิ่งจะเปลี่ยนประสิทธิภาพของมันเมื่อตำแหน่งของประจุข้างเคียงเปลี่ยนแปลง ตามทฤษฎีนี้ ประจุจะ "รู้สึก" อย่างแท้จริงผ่านสุญญากาศว่ามีชนิดของตัวเองอยู่และเข้าควบคุมการกระทำนั้นทันที

แนวคิดที่เกิดขึ้นในการดำเนินการระยะสั้นมีมุมมองที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้น ประจุเมื่อมีการเคลื่อนที่จะมีสนามไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งในทางกลับกันจะก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กสลับในพื้นที่ใกล้เคียง หลังจากนั้นสนามแม่เหล็กสลับจะกระตุ้นให้เกิดการปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กและในห่วงโซ่

ดังนั้น "การรบกวน" ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเกิดขึ้นซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของประจุในอวกาศ มันแพร่กระจายและเป็นผลให้ส่งผลกระทบต่อฟิลด์ที่มีอยู่และเปลี่ยนแปลงมัน เมื่อถึงประจุที่อยู่ใกล้เคียงแล้ว "การก่อกวน" จะทำการเปลี่ยนแปลงตัวบ่งชี้ของแรงที่กระทำต่อมัน สิ่งนี้จะเกิดขึ้นสักระยะหนึ่งหลังจากการกระจัดของประจุแรก

Maxwell สนใจหลักการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างกระตือรือร้น ในที่สุดเวลาและความพยายามที่ใช้ไปก็ประสบความสำเร็จในที่สุด เขาพิสูจน์การมีอยู่ของความเร็วอันจำกัดของกระบวนการนี้ และให้เหตุผลทางคณิตศาสตร์สำหรับสิ่งนี้

ความเป็นจริงของการดำรงอยู่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการยืนยันโดยการมีความเร็วจำกัดของ "การก่อกวน" และสอดคล้องกับความเร็วของแสงในอวกาศไร้อะตอม (สุญญากาศ)

ระดับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

จักรวาลเต็มไปด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีช่วงการแผ่รังสีที่แตกต่างกันและความยาวคลื่นที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่หลายสิบกิโลเมตรไปจนถึงเศษเสี้ยวเซนติเมตรที่ไม่มีนัยสำคัญทำให้สามารถรับข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุที่อยู่ในระยะห่างมหาศาลจากโลกได้

จากคำกล่าวของ James Maxwell เกี่ยวกับความแตกต่างของความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มาตราส่วนพิเศษได้รับการพัฒนาซึ่งประกอบด้วยการจำแนกช่วงของความถี่ที่มีอยู่และความยาวของการแผ่รังสีที่ก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กสลับในอวกาศ

ในงานของพวกเขา G. Hertz และ P. N. Lebedev ทดลองพิสูจน์ความถูกต้องของข้อความของ Maxwell และยืนยันความจริงที่ว่าการแผ่รังสีแสงเป็นคลื่นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวสั้นซึ่งเกิดขึ้นจากการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของอะตอมและโมเลกุล

ไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่คมชัดระหว่างช่วงต่างๆ แต่ก็ไม่มีขอบเขตที่ชัดเจนเช่นกัน ไม่ว่าความถี่ของการแผ่รังสีจะเป็นอย่างไร ทุกจุดบนมาตราส่วนจะอธิบายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของอนุภาคที่มีประจุ คุณสมบัติของประจุได้รับอิทธิพลจากความยาวคลื่น เมื่อตัวบ่งชี้เปลี่ยนไป ความสามารถในการสะท้อน ความสามารถในการทะลุทะลวง ระดับการมองเห็น ฯลฯ จะเปลี่ยนไป

คุณสมบัติที่เป็นลักษณะเฉพาะของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้พวกมันสามารถแพร่กระจายได้อย่างอิสระทั้งในสุญญากาศและในอวกาศที่เต็มไปด้วยสสาร ควรสังเกตว่าการเคลื่อนที่ในอวกาศการแผ่รังสีจะเปลี่ยนพฤติกรรมของมัน ในความว่างเปล่า ความเร็วของการแพร่กระจายของรังสีจะไม่เปลี่ยนแปลง เนื่องจากความถี่ของการสั่นจะสัมพันธ์กับความยาวคลื่นอย่างเคร่งครัด

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงต่างๆ และสมบัติของมัน

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้แก่:

• คลื่นความถี่ต่ำ โดดเด่นด้วยความถี่การสั่นไม่เกิน 100 kHz ช่วงนี้ใช้ควบคุมอุปกรณ์ไฟฟ้าและมอเตอร์ เช่น ไมโครโฟนหรือลำโพง เครือข่ายโทรศัพท์ ตลอดจนในด้านวิทยุกระจายเสียง อุตสาหกรรมภาพยนตร์ เป็นต้น คลื่นความถี่ต่ำแตกต่างจากคลื่นที่มีความถี่การสั่นสูงกว่า ความเร็วการแพร่กระจายที่ลดลงจริงจะเป็นสัดส่วนกับ รากที่สองความถี่ของพวกเขา ลอดจ์และเทสลามีส่วนสำคัญในการค้นพบและศึกษาคลื่นความถี่ต่ำ
• คลื่นวิทยุ. การค้นพบคลื่นวิทยุของเฮิรตซ์ในปี พ.ศ. 2429 ทำให้โลกสามารถส่งข้อมูลได้โดยไม่ต้องใช้สาย ความยาวของคลื่นวิทยุส่งผลต่อธรรมชาติของการแพร่กระจายคลื่น พวกมันเป็นเหมือนความถี่ คลื่นเสียงเกิดขึ้นเนื่องจากกระแสสลับ (ในกระบวนการสื่อสารทางวิทยุกระแสสลับไหลเข้าสู่เครื่องรับ - เสาอากาศ) คลื่นวิทยุความถี่สูงมีส่วนช่วยในการปล่อยคลื่นวิทยุออกสู่พื้นที่โดยรอบอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นโอกาสพิเศษในการส่งข้อมูลในระยะทางไกล (วิทยุ โทรทัศน์) รังสีไมโครเวฟชนิดนี้ใช้สำหรับการสื่อสารในอวกาศและในชีวิตประจำวัน เช่น เตาไมโครเวฟที่ปล่อยคลื่นวิทยุกลายเป็นผู้ช่วยที่ดีสำหรับแม่บ้าน
• รังสีอินฟราเรด (เรียกอีกอย่างว่า “ความร้อน”) ตามการจำแนกประเภทของระดับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า บริเวณการแพร่กระจายของรังสีอินฟราเรดจะอยู่หลังคลื่นวิทยุและก่อนแสงที่มองเห็น คลื่นอินฟราเรดถูกปล่อยออกมาจากทุกวัตถุที่ปล่อยความร้อน ตัวอย่างของแหล่งกำเนิดรังสีดังกล่าว ได้แก่ เตา แบตเตอรี่ที่ใช้ให้ความร้อนโดยอาศัยการถ่ายเทความร้อนจากน้ำ และหลอดไส้ ปัจจุบันมีการพัฒนาอุปกรณ์พิเศษที่ช่วยให้คุณมองเห็นวัตถุที่ความร้อนเล็ดลอดออกมาในความมืดสนิท งูมีเซ็นเซอร์ตรวจจับความร้อนตามธรรมชาติในบริเวณดวงตา ช่วยให้พวกเขาสามารถติดตามเหยื่อและล่าสัตว์ในเวลากลางคืนได้ บุคคลใช้รังสีอินฟราเรด เช่น เพื่อให้ความร้อนแก่อาคาร ทำให้ผักและไม้แห้ง ในด้านกิจการทหาร (เช่น อุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืนหรือเครื่องถ่ายภาพความร้อน) เพื่อควบคุมศูนย์เสียงหรือทีวีและอุปกรณ์อื่นๆ แบบไร้สายโดยใช้ รีโมท.
• แสงที่มองเห็น. มีสเปกตรัมแสงจากสีแดงถึงสีม่วงและมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลัก คุณสมบัติที่โดดเด่น. สีที่ปล่อยออกมาที่ความยาวคลื่นต่างกันมีผลกระทบทางเคมีไฟฟ้าต่อระบบการรับรู้ทางสายตาของมนุษย์ แต่ไม่รวมอยู่ในคุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงนี้
• รังสีอัลตราไวโอเลต. ม่านตามนุษย์ตรวจไม่พบและมีความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงสีม่วง หากได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตในปริมาณน้อย ผลการรักษาส่งเสริมการผลิตวิตามินดี มีฤทธิ์ฆ่าเชื้อแบคทีเรีย และมีผลดีต่อระบบประสาทส่วนกลาง ความอิ่มตัวของสภาพแวดล้อมที่มากเกินไปด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตทำให้เกิดความเสียหายต่อผิวหนังและการทำลายจอประสาทตาซึ่งเป็นสาเหตุที่จักษุแพทย์แนะนำให้ใช้แว่นกันแดดใน เดือนฤดูร้อน. รังสีอัลตราไวโอเลตถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์ (รังสีอัลตราไวโอเลตใช้สำหรับหลอดควอทซ์) เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของธนบัตร เพื่อความบันเทิงในดิสโก้ (แสงดังกล่าวทำให้วัสดุที่มีสีอ่อนเรืองแสง) และเพื่อพิจารณาความเหมาะสมของผลิตภัณฑ์อาหารด้วย
• รังสีเอกซ์ คลื่นดังกล่าวไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ พวกเขามี คุณสมบัติที่น่าทึ่งทะลุผ่านชั้นของสสารหลีกเลี่ยงการดูดซับที่รุนแรงซึ่งไม่สามารถเข้าถึงรังสีแสงที่มองเห็นได้ การแผ่รังสีทำให้เกิดการเรืองแสงของคริสตัลบางชนิดและส่งผลต่อฟิล์มถ่ายภาพ ใช้ในวงการแพทย์เพื่อวินิจฉัยโรค อวัยวะภายในและสำหรับการรักษาโรคบางรายการเพื่อการทดสอบ อุปกรณ์ภายในผลิตภัณฑ์สำหรับข้อบกพร่องตลอดจนงานเชื่อมในอุปกรณ์
• รังสีแกมมา ความยาวคลื่นที่สั้นที่สุด รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเปล่งนิวเคลียสของอะตอม การลดความยาวคลื่นทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในตัวบ่งชี้คุณภาพ รังสีแกมมามีพลังทะลุทะลวงมากกว่ารังสีเอกซ์หลายเท่า มันสามารถทะลุผนังคอนกรีตหนา 1 เมตรและทะลุแผงกั้นตะกั่วหนาหลายเซนติเมตรได้ ในระหว่างการสลายตัวของสารหรือการรวมตัวจะเกิดการปลดปล่อย องค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบอะตอมซึ่งเรียกว่ารังสี คลื่นดังกล่าวจัดเป็นรังสีกัมมันตภาพรังสี ในกรณีที่เกิดการระเบิด หัวรบนิวเคลียร์สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ ซึ่งเป็นผลจากปฏิกิริยาระหว่างรังสีแกมมากับนิวตรอน ยังเป็นองค์ประกอบหลักอีกด้วย อาวุธนิวเคลียร์ซึ่งมีผลกระทบที่สร้างความเสียหาย ขัดขวางหรือขัดขวางการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางวิทยุ การสื่อสารแบบใช้สาย และระบบจ่ายไฟโดยสิ้นเชิง นอกจากนี้ เมื่ออาวุธนิวเคลียร์ระเบิด พลังงานจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมา

ข้อสรุป

คลื่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวพอสมควรและอยู่ในช่วงความผันผวนที่แน่นอน อาจส่งผลดีต่อร่างกายมนุษย์และระดับการปรับตัว สิ่งแวดล้อมต้องขอบคุณการพัฒนาอุปกรณ์ไฟฟ้าเสริมทั้งผลกระทบด้านลบและแม้กระทั่งการทำลายล้างต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม

ในปี ค.ศ. 1864 James Clerk Maxwell ทำนายความเป็นไปได้ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีอยู่ในอวกาศ เขาหยิบยกข้อความนี้ขึ้นมาจากข้อสรุปที่เกิดจากการวิเคราะห์ข้อมูลการทดลองทั้งหมดที่ทราบในขณะนั้นเกี่ยวกับไฟฟ้าและแม่เหล็ก

แมกซ์เวลล์รวมกฎของไฟฟ้าไดนามิกส์เข้าด้วยกันทางคณิตศาสตร์ การเชื่อมต่อไฟฟ้าและ ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กจึงได้ข้อสรุปว่าการเปลี่ยนแปลงตามกาลเวลาทางไฟฟ้าและ สนามแม่เหล็กให้กำเนิดกันและกัน

ในตอนแรก เขามุ่งเน้นไปที่ความจริงที่ว่าความสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์แม่เหล็กและไฟฟ้านั้นไม่สมมาตร และแนะนำคำว่า "กระแสน้ำวน" สนามไฟฟ้า" โดยนำเสนอคำอธิบายปรากฏการณ์ใหม่อย่างแท้จริงของเขาเอง การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งค้นพบโดยฟาราเดย์: “การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสนามแม่เหล็กจะทำให้เกิดกระแสน้ำวนในอวกาศโดยรอบ สนามไฟฟ้ามีแนวบังคับปิด”

ตามที่ Maxwell กล่าว ข้อความที่ตรงกันข้ามก็เป็นจริงเช่นกัน: “สนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงทำให้เกิดสนามแม่เหล็กในอวกาศโดยรอบ” แต่ข้อความนี้ในตอนแรกยังคงเป็นเพียงสมมติฐานเท่านั้น

แม็กซ์เวลล์เขียนระบบสมการทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายกฎของการเปลี่ยนแปลงซึ่งกันและกันของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าอย่างสม่ำเสมอ สมการเหล่านี้ต่อมากลายเป็นสมการพื้นฐานของพลศาสตร์ไฟฟ้า และเริ่มถูกเรียกว่า "สมการของแมกซ์เวลล์" เพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ผู้เขียนสมการเหล่านี้ ลง. สมมติฐานของแมกซ์เวลล์ซึ่งอิงจากสมการที่เป็นลายลักษณ์อักษร มีข้อสรุปที่สำคัญอย่างยิ่งหลายประการสำหรับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ซึ่งมีดังต่อไปนี้

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีอยู่จริง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามขวางสามารถมีอยู่ในอวกาศซึ่งมีการแพร่กระจายไปตามกาลเวลา ความจริงที่ว่าคลื่นมีแนวขวางนั้นระบุได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B และความแรงของสนามไฟฟ้า E นั้นตั้งฉากกันและทั้งคู่อยู่ในระนาบตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสสารนั้นมีจำกัด และถูกกำหนดโดยไฟฟ้าและ คุณสมบัติทางแม่เหล็กสสารที่คลื่นแพร่กระจายผ่าน ความยาวของคลื่นไซน์ซอยด์ แลมสัมพันธ์กับความเร็ว υ ด้วยอัตราส่วนที่แน่นอน แล = υ / f และขึ้นอยู่กับความถี่ f ของการแกว่งของสนาม ความเร็ว c ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศถือเป็นความเร็วพื้นฐานประการหนึ่ง ค่าคงที่ทางกายภาพ- ความเร็วแสงในสุญญากาศ

เนื่องจากแมกซ์เวลล์ประกาศความเร็วจำกัดของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สิ่งนี้ทำให้เกิดความขัดแย้งระหว่างสมมติฐานของเขากับทฤษฎีการกระทำในระยะไกลที่ยอมรับในขณะนั้น ซึ่งความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นควรเป็นอนันต์ ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์จึงถูกเรียกว่าทฤษฎีการกระทำระยะสั้น

ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเข้าหากันเกิดขึ้นพร้อมกัน ดังนั้นความหนาแน่นเชิงปริมาตรของพลังงานแม่เหล็กและ พลังงานไฟฟ้ามีความเท่าเทียมกัน ดังนั้นจึงเป็นความจริงที่ว่าโมดูลัสของความแรงของสนามไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กมีความสัมพันธ์กันที่แต่ละจุดในอวกาศโดยความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้:

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในกระบวนการแพร่กระจายจะสร้างการไหลของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าและหากเราพิจารณาพื้นที่ในระนาบที่ตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายของคลื่นจากนั้นในช่วงเวลาสั้น ๆ พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจำนวนหนึ่งจะเคลื่อนที่ ผ่านมัน ความหนาแน่นฟลักซ์พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าคือปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอนโดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านพื้นผิวของหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลา โดยการแทนที่ค่าความเร็วตลอดจนพลังงานแม่เหล็กและไฟฟ้าเราสามารถรับการแสดงออกของความหนาแน่นฟลักซ์ในแง่ของค่า E และ B

เนื่องจากทิศทางการแพร่กระจายของพลังงานคลื่นเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น จึงสามารถระบุการไหลของพลังงานที่แพร่กระจายในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้โดยใช้เวกเตอร์ที่มีทิศทางในลักษณะเดียวกับความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น เวกเตอร์นี้เรียกว่า "Poynting vector" - เพื่อเป็นเกียรติแก่ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Henry Poynting ผู้พัฒนาทฤษฎีการแพร่กระจายของพลังงานสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในปี 1884 ความหนาแน่นฟลักซ์พลังงานคลื่นวัดเป็นวัตต์/ตร.ม.

เมื่อสนามไฟฟ้ากระทำต่อสสาร กระแสขนาดเล็กจะปรากฏขึ้นในนั้น ซึ่งแสดงถึงการเคลื่อนที่ตามลำดับของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า กระแสเหล่านี้ในสนามแม่เหล็กของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการกระทำของแรงแอมแปร์ซึ่งส่งลึกเข้าไปในสสาร ในที่สุดแรงแอมแปร์ก็สร้างแรงกดดัน

ต่อมาในปี 1900 ปรากฏการณ์นี้ได้รับการศึกษาและยืนยันเชิงทดลองโดยนักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย Pyotr Nikolaevich Lebedev ซึ่งงานทดลองมีความสำคัญมากในการยืนยันทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของ Maxwell และการยอมรับและการอนุมัติในอนาคต

ความจริงที่ว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกแรงกดทำให้สามารถตัดสินได้ว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีแรงกระตุ้นทางกลซึ่งสามารถแสดงเป็นปริมาตรหน่วยผ่านความหนาแน่นเชิงปริมาตรของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าและความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นในสุญญากาศ:

เนื่องจากโมเมนตัมสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของมวล จึงเป็นไปได้ที่จะแนะนำแนวคิดเช่นมวลแม่เหล็กไฟฟ้า จากนั้นสำหรับปริมาตรหนึ่งหน่วย ความสัมพันธ์นี้ (ตาม STR) จะใช้ลักษณะของกฎธรรมชาติสากล และจะ ใช้ได้กับเนื้อหาที่เป็นวัตถุใดๆ โดยไม่คำนึงถึงรูปแบบของสสาร และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าก็คล้ายกับตัววัตถุ โดยมีพลังงาน W มวล m โมเมนตัม p และ ความเร็วเทอร์มินัลการกระจาย v. นั่นคือสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นรูปแบบหนึ่งของสสารที่มีอยู่จริงในธรรมชาติ

เป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2431 ไฮน์ริช เฮิรตซ์ทำการทดลองยืนยันทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ เขาทดลองพิสูจน์ความเป็นจริงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและศึกษาคุณสมบัติของคลื่นดังกล่าว เช่น การหักเหและการดูดกลืนในตัวกลางต่างๆ รวมถึงการสะท้อนของคลื่นจากพื้นผิวโลหะ

เฮิรตซ์วัดความยาวคลื่นและแสดงให้เห็นว่าความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเท่ากับความเร็วแสง งานทดลองของ Hertz เป็นก้าวสุดท้ายสู่การได้รับการยอมรับ ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าแม็กซ์เวลล์. เจ็ดปีต่อมา ในปี พ.ศ. 2438 นักฟิสิกส์ชาวรัสเซีย อเล็กซานเดอร์ สเตปาโนวิช โปปอฟ ใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสร้างการสื่อสารไร้สาย

ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรง ประจุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ และในกรณีนี้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่ถูกปล่อยออกสู่อวกาศ เพื่อให้การแผ่รังสีเกิดขึ้นจำเป็นต้องใช้เสาอากาศที่กระแสสลับตื่นเต้นนั่นคือกระแสที่เปลี่ยนทิศทางอย่างรวดเร็ว

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด ไดโพลไฟฟ้าขนาดเล็กซึ่งโมเมนต์ไดโพลจะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วตามเวลา เหมาะสำหรับการเปล่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ไดโพลชนิดนี้เรียกกันในปัจจุบันว่า "ไดโพลเฮิรตซ์" ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาหลายเท่า

เมื่อแผ่รังสีด้วยไดโพลของเฮิร์ตเซียน การไหลสูงสุดพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าตกบนระนาบที่ตั้งฉากกับแกนไดโพล ไม่มีการแผ่รังสีพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าตามแนวแกนไดโพล ในการทดลองที่สำคัญที่สุดของ Hertz มีการใช้ไดโพลพื้นฐานเพื่อส่งและรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และการมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการพิสูจน์แล้ว

ในปี พ.ศ. 2403-2408 หนึ่งใน นักฟิสิกส์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดศตวรรษที่ 19 เจมส์ เคลิร์ก แม็กซ์เวลล์ได้สร้างทฤษฎีขึ้นมา สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจากข้อมูลของ Maxwell ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าอธิบายได้ดังนี้ หาก ณ จุดใดจุดหนึ่งในอวกาศ สนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงตามเวลา ก็จะเกิดสนามไฟฟ้าขึ้นที่นั่นเช่นกัน หากมีตัวนำปิดอยู่ในสนาม สนามไฟฟ้าจะทำให้เกิดตัวนำไฟฟ้านั้น กระแสเหนี่ยวนำ. จากทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ เป็นไปตามว่ากระบวนการย้อนกลับก็เป็นไปได้เช่นกัน หากในพื้นที่บางพื้นที่สนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงตามเวลาก็จะเกิดสนามแม่เหล็กขึ้นที่นั่นด้วย

ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในสนามแม่เหล็กเมื่อเวลาผ่านไปจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้า และการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในสนามไฟฟ้าเมื่อเวลาผ่านไปจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กสลับกันเหล่านี้สร้างซึ่งกันและกันเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสนามเดียว

คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ผลลัพธ์ที่สำคัญที่สุดที่ตามมาจากทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ Maxwell กำหนดคือการทำนายความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า- การแพร่กระจายของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในอวกาศและเวลา

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแตกต่างจากคลื่นยืดหยุ่น (เสียง) ตรงที่สามารถแพร่กระจายในสุญญากาศหรือสารอื่นใดได้

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศแพร่กระจายด้วยความเร็ว ค=299 792 กม./วินาทีนั่นคือด้วยความเร็วแสง

ในเรื่องความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะน้อยกว่าในสุญญากาศ ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่น ความเร็ว คาบ และความถี่ของการแกว่งที่ได้รับ คลื่นกลมีคุณสมบัติครบถ้วนสำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย:

ความผันผวนของเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้า อีและเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก บีเกิดขึ้นในระนาบตั้งฉากซึ่งกันและกันและตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น (เวกเตอร์ความเร็ว)

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถ่ายโอนพลังงาน

ช่วงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

รอบตัวเราเป็นโลกที่ซับซ้อนของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ต่าง ๆ : รังสีจากจอคอมพิวเตอร์, โทรศัพท์มือถือ, เตาไมโครเวฟ, โทรทัศน์ เป็นต้น ในปัจจุบัน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดจะถูกแบ่งตามความยาวคลื่นออกเป็น 6 ช่วงหลัก

คลื่นวิทยุ- เหล่านี้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (ที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 10,000 ม. ถึง 0.005 ม.) ใช้ในการส่งสัญญาณ (ข้อมูล) ในระยะไกลโดยไม่ต้องใช้สายไฟ ในการสื่อสารทางวิทยุ คลื่นวิทยุถูกสร้างขึ้นโดยกระแสความถี่สูงที่ไหลในเสาอากาศ

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 0.005 ม. ถึง 1 ไมครอน เช่น ซึ่งอยู่ระหว่างช่วงคลื่นวิทยุและช่วงแสงที่มองเห็นได้เรียกว่า รังสีอินฟราเรด. รังสีอินฟราเรดถูกปล่อยออกมาจากวัตถุที่ได้รับความร้อน แหล่งที่มาของรังสีอินฟราเรด ได้แก่ เตา แบตเตอรี่ และหลอดไฟฟ้า การใช้อุปกรณ์พิเศษ รังสีอินฟราเรดสามารถแปลงเป็นแสงที่มองเห็นได้และสร้างภาพวัตถุที่ได้รับความร้อนในความมืดสนิท

ถึง แสงที่มองเห็นได้แก่การแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นประมาณ 770 นาโนเมตร ถึง 380 นาโนเมตร จากสีแดงไปจนถึงสีม่วง ความสำคัญของสเปกตรัมรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในส่วนนี้ในชีวิตมนุษย์นั้นยิ่งใหญ่มากเนื่องจากบุคคลได้รับข้อมูลเกือบทั้งหมดเกี่ยวกับโลกรอบตัวเขาผ่านการมองเห็น

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าสีม่วงซึ่งมองไม่เห็นด้วยตาเปล่าเรียกว่า รังสีอัลตราไวโอเลตสามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรียก่อโรคได้

รังสีเอกซ์มองไม่เห็นด้วยตา มันผ่านไปโดยไม่มีการดูดซึมอย่างมีนัยสำคัญผ่านชั้นสำคัญของสารที่ทึบแสงที่มองเห็นได้ซึ่งใช้ในการวินิจฉัยโรคของอวัยวะภายใน

รังสีแกมมาเรียกว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากนิวเคลียสที่ถูกกระตุ้นและเกิดขึ้นจากอันตรกิริยาของอนุภาคมูลฐาน

หลักการสื่อสารทางวิทยุ

วงจรออสซิลเลเตอร์ถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อการแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพ วงจรจะ "เปิด" เช่น สร้างเงื่อนไขให้สนาม "ไป" สู่อวกาศ อุปกรณ์นี้เรียกว่าวงจรการสั่นแบบเปิด - เสาอากาศ.

วิทยุสื่อสารคือการส่งข้อมูลโดยใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีความถี่อยู่ในช่วงตั้งแต่ถึงเฮิรตซ์

เรดาร์ (เรดาร์)

อุปกรณ์ที่ส่งคลื่นสั้นเกินขีดและรับทันที การแผ่รังสีจะดำเนินการเป็นพัลส์สั้น พัลส์จะสะท้อนจากวัตถุ หลังจากได้รับและประมวลผลสัญญาณแล้ว จึงสามารถกำหนดระยะห่างจากวัตถุได้

เรดาร์ความเร็วทำงานบนหลักการที่คล้ายกัน ลองนึกถึงวิธีที่เรดาร์ตรวจจับความเร็วของรถที่กำลังเคลื่อนที่

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้ามีอยู่ตราบเท่าที่จักรวาลของเรามีชีวิตอยู่ มันมีบทบาทสำคัญในวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบนโลก การรบกวนนี้เป็นสถานะของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระจายอยู่ในอวกาศ

ลักษณะของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าใด ๆ ได้รับการอธิบายโดยใช้คุณลักษณะสามประการ

1. ความถี่.

2. โพลาไรซ์

โพลาไรซ์– หนึ่งในคุณสมบัติคลื่นหลัก อธิบายแอนไอโซโทรปีตามขวางของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การแผ่รังสีถือเป็นโพลาไรซ์เมื่อการแกว่งของคลื่นทั้งหมดเกิดขึ้นในระนาบเดียวกัน

ปรากฏการณ์นี้ถูกใช้อย่างแข็งขันในทางปฏิบัติ ตัวอย่างเช่น ในโรงภาพยนตร์เมื่อฉายภาพยนตร์ 3 มิติ

แว่น IMAX ใช้โพลาไรเซชันเพื่อแยกภาพที่มีไว้สำหรับดวงตาแต่ละข้าง

ความถี่– จำนวนยอดคลื่นที่ผ่านผู้สังเกต (ในกรณีนี้คือตัวตรวจจับ) ในหนึ่งวินาที มีหน่วยเป็นเฮิรตซ์

ความยาวคลื่น- ระยะห่างจำเพาะระหว่างจุดที่ใกล้ที่สุดของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งการสั่นเกิดขึ้นในเฟสเดียวกัน

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแพร่กระจายได้ในสื่อเกือบทุกชนิด: จากสสารหนาแน่นไปจนถึงสุญญากาศ

ความเร็วของการแพร่กระจายในสุญญากาศคือ 300,000 กม. ต่อวินาที

มุมมองที่น่าสนใจโอเกี่ยวกับธรรมชาติและคุณสมบัติของคลื่น EM โปรดดูวิดีโอด้านล่าง:

ประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดจะถูกหารด้วยความถี่

1. คลื่นวิทยุมีทั้งแบบสั้น สั้นพิเศษ ยาวพิเศษ ยาว กลาง

ความยาวของคลื่นวิทยุอยู่ระหว่าง 10 กม. ถึง 1 มม. และตั้งแต่ 30 kHz ถึง 300 GHz

แหล่งที่มาของพวกเขาสามารถเป็นได้ทั้งกิจกรรมของมนุษย์และทางธรรมชาติต่างๆ ปรากฏการณ์บรรยากาศ.

2. . ความยาวคลื่นมีตั้งแต่ 1 มม. ถึง 780 นาโนเมตร และสูงถึง 429 THz รังสีอินฟราเรดเรียกอีกอย่างว่ารังสีความร้อน พื้นฐานของทุกชีวิตบนโลกของเรา

3. แสงที่มองเห็นได้ความยาว 400 - 760/780 นาโนเมตร ดังนั้นจึงมีความผันผวนระหว่าง 790-385 THz ซึ่งรวมถึงสเปกตรัมรังสีทั้งหมดที่ตามนุษย์มองเห็นได้

4. . ความยาวคลื่นสั้นกว่ารังสีอินฟราเรด

สามารถเข้าถึงได้ถึง 10 นาโนเมตร คลื่นดังกล่าวมีขนาดใหญ่มาก - ประมาณ 3x10^16 Hz

5. เอกซเรย์. คลื่นความถี่ 6x10^19 เฮิรตซ์ และมีความยาวประมาณ 10 นาโนเมตร - 17.00 น.

6. คลื่นแกมมาซึ่งรวมถึงรังสีใดๆ ที่มากกว่ารังสีเอกซ์และมีความยาวน้อยกว่า แหล่งกำเนิดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าวคือกระบวนการทางจักรวาลและนิวเคลียร์

ขอบเขตการใช้งาน

ที่ไหนสักแห่งเริ่มต้นจาก ปลาย XIXศตวรรษที่ผ่านมา ความก้าวหน้าทั้งหมดของมนุษย์มีความเกี่ยวข้องกัน การประยุกต์ใช้จริงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

สิ่งแรกที่ควรกล่าวถึงคือการสื่อสารทางวิทยุ ทำให้ผู้คนมีโอกาสสื่อสารกันแม้ว่าจะอยู่ห่างไกลกันก็ตาม

กิจการกระจายเสียงผ่านดาวเทียม โทรคมนาคม ได้แก่ การพัฒนาต่อไปการสื่อสารทางวิทยุแบบดั้งเดิม

เทคโนโลยีเหล่านี้เองที่หล่อหลอมภูมิทัศน์ของข้อมูล สังคมสมัยใหม่.

แหล่งกำเนิดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าควรพิจารณาทั้งโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่และสายไฟต่างๆ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในกิจการทางทหาร (เรดาร์ อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ซับซ้อน) นอกจากนี้ยาก็ไม่สามารถทำได้หากไม่มีการใช้ รังสีอินฟราเรดสามารถรักษาโรคได้หลายชนิด

รังสีเอกซ์ช่วยตรวจสอบความเสียหายต่อเนื้อเยื่อภายในของมนุษย์

เลเซอร์ใช้เพื่อดำเนินการหลายอย่างที่ต้องการ ความแม่นยำของช่างอัญมณี.

ความสำคัญของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในชีวิตจริงของมนุษย์นั้นยากที่จะประเมินค่าสูงไป

วิดีโอโซเวียตเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า:

ผลกระทบด้านลบที่อาจเกิดขึ้นกับมนุษย์

แม้ว่าแหล่งกำเนิดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีกำลังแรงจะมีประโยชน์ แต่อาจทำให้เกิดอาการต่างๆ เช่น:

ความเหนื่อยล้า;

ปวดศีรษะ;

คลื่นไส้

การสัมผัสกับคลื่นบางประเภทมากเกินไปทำให้เกิดความเสียหายต่ออวัยวะภายในส่วนกลาง ระบบประสาท, สมอง. การเปลี่ยนแปลงจิตใจของมนุษย์เป็นไปได้

วิดีโอที่น่าสนใจเกี่ยวกับผลกระทบของคลื่น EM ต่อมนุษย์:

เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบดังกล่าว เกือบทุกประเทศในโลกจึงมีมาตรฐานที่ควบคุมความปลอดภัยของแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีแต่ละประเภทมีเอกสารข้อบังคับของตนเอง (มาตรฐานด้านสุขอนามัย มาตรฐานความปลอดภัยของรังสี) ผลกระทบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่อมนุษย์ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างครบถ้วน ดังนั้น WHO จึงแนะนำให้ลดการสัมผัสกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าให้เหลือน้อยที่สุด

รูปแบบของกระบวนการคลื่นหลายรูปแบบมีลักษณะเป็นสากลในธรรมชาติและใช้ได้กับคลื่นที่มีลักษณะต่างกัน เช่น คลื่นกลในตัวกลางยืดหยุ่น คลื่นบนผิวน้ำ ในลักษณะเส้นยืด เป็นต้น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นกระบวนการแพร่กระจายของ การสั่นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าก็ไม่มีข้อยกเว้น แต่แตกต่างจากคลื่นประเภทอื่น การแพร่กระจายเกิดขึ้นในตัวกลางวัสดุบางชนิด คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแพร่กระจายได้ในความว่างเปล่า: ไม่จำเป็นต้องมีตัวกลางวัสดุสำหรับการแพร่กระจายของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถมีอยู่ได้ไม่เพียงแต่ในสุญญากาศเท่านั้น แต่ยังอยู่ในสสารด้วย

การทำนายคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าการดำรงอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการทำนายทางทฤษฎีโดย Maxwell อันเป็นผลมาจากการวิเคราะห์ระบบสมการที่เสนอของเขาซึ่งอธิบายสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แมกซ์เวลล์แสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศสามารถดำรงอยู่ได้หากไม่มีแหล่งกำเนิด - ประจุและกระแส สนามที่ไม่มีแหล่งกำเนิดจะมีรูปแบบของคลื่นที่แพร่กระจายด้วยความเร็วจำกัด cm/s โดยเวกเตอร์ของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในแต่ละช่วงเวลา ณ แต่ละจุดในอวกาศจะตั้งฉากกันและตั้งฉากกับทิศทางของ การแพร่กระจายของคลื่น

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกค้นพบและศึกษาโดยทดลองโดย Hertz เพียง 10 ปีหลังจากการเสียชีวิตของ Maxwell

เปิดเครื่องสั่นเพื่อให้เข้าใจว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถหาได้จากการทดลองอย่างไร ให้พิจารณาวงจรออสซิลโลสโคปแบบ "เปิด" ซึ่งแผ่นของตัวเก็บประจุถูกแยกออกจากกัน (รูปที่ 176) ดังนั้นสนามไฟฟ้าจึงใช้พื้นที่ขนาดใหญ่ เมื่อระยะห่างระหว่างเพลตเพิ่มขึ้น ความจุ C ของตัวเก็บประจุจะลดลง และตามสูตรของ Thomson ความถี่ของการแกว่งตามธรรมชาติจะเพิ่มขึ้น หากคุณเปลี่ยนตัวเหนี่ยวนำด้วยลวดเส้นหนึ่งด้วย ความเหนี่ยวนำจะลดลงและความถี่ของการแกว่งตามธรรมชาติจะเพิ่มขึ้นมากยิ่งขึ้น ในกรณีนี้ไม่เพียงแต่ไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสนามแม่เหล็กซึ่งก่อนหน้านี้มีอยู่ภายในขดลวดด้วย ตอนนี้จะครอบครองพื้นที่ขนาดใหญ่ที่ครอบคลุมสายนี้

การเพิ่มความถี่การสั่นในวงจรตลอดจนการเพิ่มขนาดเชิงเส้นนำไปสู่ความจริงที่ว่าคาบธรรมชาติ

การแกว่งจะเทียบได้กับเวลาการแพร่กระจายของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าตลอดทั้งวงจร ซึ่งหมายความว่ากระบวนการของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าตามธรรมชาติในวงจรเปิดดังกล่าวไม่สามารถถือเป็นเสมือนหยุดนิ่งได้อีกต่อไป

ข้าว. 176. การเปลี่ยนจากวงจรการสั่นเป็นเครื่องสั่นแบบเปิด

ความแรงของกระแสในสถานที่ต่าง ๆ ในเวลาเดียวกันจะแตกต่างกัน: ที่ปลายวงจรจะเป็นศูนย์เสมอและตรงกลาง (ที่ขดลวดอยู่ก่อนหน้า) จะแกว่งด้วยแอมพลิจูดสูงสุด

ในกรณีที่จำกัด เมื่อวงจรออสซิลเลเตอร์กลายเป็นเส้นลวดตรง การกระจายกระแสไปตามวงจร ณ จุดใดเวลาหนึ่งจะแสดงในรูปที่ 1 177ก. ในขณะที่ความแรงของกระแสในเครื่องสั่นนั้นสูงสุด สนามแม่เหล็กที่อยู่รอบ ๆ ตัวเครื่องก็จะถึงจุดสูงสุดด้วย และไม่มีสนามไฟฟ้าใกล้กับเครื่องสั่น หลังจากผ่านไปหนึ่งในสี่ของช่วงเวลา ความแรงของกระแสไฟฟ้าจะเป็นศูนย์ และเมื่อมีสนามแม่เหล็กใกล้กับเครื่องสั่น ประจุไฟฟ้ากระจุกตัวใกล้ปลายเครื่องสั่น และการกระจายของประจุมีรูปแบบดังแสดงในรูปที่ 1 พ.ศ. 2319 สนามไฟฟ้าใกล้กับเครื่องสั่นในขณะนี้มีค่าสูงสุด

ข้าว. 177. การกระจายกระแสไปตามเครื่องสั่นแบบเปิด ณ เวลาที่สูงสุด (a) และการกระจายประจุหลังจากหนึ่งในสี่ของช่วงเวลา (b)

การแกว่งของประจุและกระแสเหล่านี้ เช่น การแกว่งของแม่เหล็กไฟฟ้าในเครื่องสั่นแบบเปิด ค่อนข้างคล้ายกับการแกว่งเชิงกลที่อาจเกิดขึ้นในสปริงของออสซิลเลเตอร์ หากเอาวัตถุขนาดใหญ่ที่ติดอยู่กับสปริงออก ในกรณีนี้จำเป็นต้องคำนึงถึงมวลของแต่ละส่วนของสปริงและพิจารณาว่าเป็นระบบกระจายซึ่งแต่ละองค์ประกอบมีทั้งคุณสมบัติยืดหยุ่นและเฉื่อย ในกรณีของเครื่องสั่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบเปิด แต่ละองค์ประกอบจะมีทั้งตัวเหนี่ยวนำและความจุพร้อมกัน

สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กของเครื่องสั่นธรรมชาติของการแกว่งที่ไม่เสมือนหยุดนิ่งในเครื่องสั่นแบบเปิดนำไปสู่ความจริงที่ว่าสนามที่สร้างขึ้นโดยแต่ละส่วนของมันในระยะห่างที่แน่นอนจากเครื่องสั่นจะไม่ชดเชยซึ่งกันและกันอีกต่อไป เช่นเดียวกับในกรณีของวงจรการสั่นแบบ "ปิด" ที่มี พารามิเตอร์แบบก้อน โดยที่การแกว่งเป็นแบบกึ่งคงที่ สนามไฟฟ้ามีความเข้มข้นทั้งหมดภายในตัวเก็บประจุ และแม่เหล็กอยู่ภายในขดลวด เนื่องจากการแยกเชิงพื้นที่ของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก พวกมันจึงไม่เกี่ยวข้องกันโดยตรง: การเปลี่ยนแปลงซึ่งกันและกันนั้นเกิดจากกระแสเท่านั้น - การถ่ายโอนประจุตามวงจร

ในเครื่องสั่นแบบเปิด ซึ่งสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กซ้อนทับกันในอวกาศ อิทธิพลซึ่งกันและกันจะเกิดขึ้น: สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน และสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามแม่เหล็ก เป็นผลให้การมีอยู่ของฟิลด์ "การพึ่งพาตนเอง" ดังกล่าวแพร่กระจายในพื้นที่ว่างในระยะห่างมากจากเครื่องสั่นจึงเป็นไปได้ เหล่านี้คือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากเครื่องสั่น

การทดลองของเฮิรตซ์เครื่องสั่นซึ่ง G. Hertz ทดลองรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าครั้งแรกในปี พ.ศ. 2431 เป็นตัวนำตรงที่มีช่องว่างอากาศขนาดเล็กอยู่ตรงกลาง (รูปที่ 178a) ด้วยช่องว่างนี้ จึงสามารถจ่ายประจุจำนวนมากให้กับเครื่องสั่นทั้งสองซีกได้ เมื่อความต่างศักย์ถึงค่าหนึ่ง ค่าจำกัดเกิดการพังทลายในช่องว่างอากาศ (ประกายไฟพุ่งขึ้น) และประจุไฟฟ้าผ่านอากาศที่แตกตัวเป็นไอออนอาจไหลจากครึ่งหนึ่งของเครื่องสั่นไปยังอีกเครื่องหนึ่ง ในวงจรเปิด การสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้น เพื่อให้แน่ใจว่ากระแสสลับเร็วมีอยู่ในเครื่องสั่นเท่านั้น และไม่มีการลัดวงจรผ่านแหล่งพลังงาน โช้คจึงเชื่อมต่อระหว่างเครื่องสั่นและแหล่งกำเนิด (ดูรูปที่ 178a)

ข้าว. 178. เครื่องสั่นเฮิรตซ์

การสั่นสะเทือนความถี่สูงในตัวสั่นจะเกิดขึ้นตราบใดที่ประกายไฟปิดช่องว่างระหว่างครึ่งหนึ่งของมัน การหน่วงของการสั่นในเครื่องสั่นนั้นส่วนใหญ่ไม่ได้เกิดจากการสูญเสียความต้านทานของจูล (เช่นในวงจรออสซิลเลเตอร์แบบปิด) แต่เกิดจากการแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ในการตรวจจับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เฮิรทซ์ใช้เครื่องสั่นตัวที่สอง (ตัวรับ) (รูปที่ 1786) ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้ากระแสสลับของคลื่นที่มาจากตัวปล่อย อิเล็กตรอนในตัวสั่นที่รับจะสร้าง การสั่นบังคับกล่าวคือ กระแสสลับอย่างรวดเร็วถูกกระตุ้นในเครื่องสั่น หากขนาดของเครื่องสั่นที่รับนั้นเหมือนกับขนาดของเครื่องที่ปล่อยออกมา ความถี่ของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าตามธรรมชาติในเครื่องนั้นจะตรงกันและการสั่นที่ถูกบังคับในเครื่องสั่นที่รับจะมีค่าที่เห็นได้ชัดเจนเนื่องจากการสั่นพ้อง เฮิรตซ์ตรวจพบการสั่นเหล่านี้โดยการลื่นไถลของประกายไฟในช่องว่างระดับจุลภาคที่อยู่ตรงกลางของเครื่องสั่นที่รับสัญญาณ หรือโดยการเรืองแสงของท่อปล่อยก๊าซขนาดเล็ก G ที่เชื่อมต่อระหว่างครึ่งหนึ่งของเครื่องสั่น

เฮิรตซ์ไม่เพียงพิสูจน์การทดลองมีอยู่จริงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังเป็นครั้งแรกที่เริ่มศึกษาคุณสมบัติของพวกมัน - การดูดซับและการหักเหของแสงในสื่อต่าง ๆ การสะท้อนจากพื้นผิวโลหะ ฯลฯ จากการทดลองก็สามารถวัดความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้เช่นกัน ซึ่งกลับกลายเป็นว่าเท่ากับความเร็วแสง

ความบังเอิญของความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับความเร็วของแสงที่วัดได้มานานก่อนการค้นพบทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นในการระบุแสงด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและสร้างทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแสง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีอยู่โดยไม่มีแหล่งกำเนิดสนามในแง่ที่ว่าหลังจากการแผ่รังสี สนามแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นจะไม่เกี่ยวข้องกับแหล่งกำเนิด นี่เป็นวิธีที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแตกต่างจากสนามไฟฟ้าสถิตและสนามแม่เหล็กซึ่งไม่มีอยู่นอกเหนือจากแหล่งกำเนิด

กลไกการแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นพร้อมกับการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของประจุไฟฟ้า เป็นไปได้ที่จะเข้าใจว่าสนามไฟฟ้าตามขวางของคลื่นเกิดขึ้นจากสนามคูลอมบ์ในแนวรัศมีของประจุแบบจุดได้อย่างไร โดยใช้เหตุผลง่ายๆ ต่อไปนี้ที่เสนอโดย J. Thomson

ข้าว. 179. สนามประจุจุดคงที่

ลองพิจารณาสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยประจุแบบจุด หากประจุอยู่นิ่ง สนามไฟฟ้าสถิตของมันจะปรากฎเป็นเส้นแรงในแนวรัศมีที่เล็ดลอดออกมาจากประจุ (รูปที่ 179) ปล่อยให้ ณ เวลาหนึ่ง ประจุเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง a ภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก และหลังจากนั้นครู่หนึ่ง แรงนี้จะหยุดลง เพื่อให้ประจุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสม่ำเสมอ กราฟของความเร็ว การเคลื่อนที่ของประจุจะแสดงในรูป 180.

ลองจินตนาการถึงภาพของเส้นสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุนี้หลังจากผ่านไปเป็นเวลานาน เนื่องจากสนามไฟฟ้าแพร่กระจายด้วยความเร็วแสง c

จากนั้นการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไม่สามารถไปถึงจุดที่อยู่นอกทรงกลมรัศมี: นอกทรงกลมนี้สนามจะเหมือนกับประจุที่อยู่นิ่ง (รูปที่ 181) ความแรงของสนามนี้ (ในระบบหน่วยเกาส์เซียน) มีค่าเท่ากับ

การเปลี่ยนแปลงทั้งหมดในสนามไฟฟ้าที่เกิดจากการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของประจุในช่วงเวลาหนึ่ง ณ เวลาหนึ่งนั้นอยู่ภายในชั้นทรงกลมบาง ๆ ที่มีความหนาซึ่งมีรัศมีภายนอกเท่ากับและรัศมีภายใน - นี่แสดงในรูปที่ 1 181. ภายในรัศมีทรงกลม สนามไฟฟ้าคือสนามของประจุที่เคลื่อนที่สม่ำเสมอ

ข้าว. 180. กราฟความเร็วในการชาร์จ

ข้าว. 181. เส้นความแรงของสนามไฟฟ้าของประจุเคลื่อนที่ตามกราฟในรูป 180

ข้าว. 182. เพื่อหาสูตรความแรงของสนามรังสีของประจุเคลื่อนที่ที่มีความเร่ง

หากความเร็วของประจุน้อยกว่าความเร็วแสง c มาก ดังนั้นสนามนี้ ณ เวลานั้นจะเกิดขึ้นพร้อมกับสนามของประจุจุดที่นิ่งซึ่งอยู่ห่างจากจุดเริ่มต้น (รูปที่ 181): สนามของ ประจุที่เคลื่อนที่อย่างช้าๆ ด้วยความเร็วคงที่จะเคลื่อนที่ไปกับมัน และระยะทางที่ประจุเคลื่อนที่เมื่อเวลาผ่านไป ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 1 180 ถือว่าเท่ากันถ้า g»t

รูปแบบของสนามไฟฟ้าภายในชั้นทรงกลมนั้นหาได้ง่ายโดยคำนึงถึงความต่อเนื่องของเส้นสนามด้วย ในการทำเช่นนี้คุณจะต้องเชื่อมต่อเส้นแรงรัศมีที่สอดคล้องกัน (รูปที่ 181) เกิดจากการเคลื่อนที่อย่างเร่งของประจุ รอยหักงอในแนวแรง "หนี" จากประจุด้วยความเร็ว c เกิดการแตกหักของสายไฟระหว่าง

ทรงกลม นี่คือสนามรังสีที่เราสนใจ โดยแพร่กระจายด้วยความเร็ว c

ในการค้นหาสนามรังสี ให้พิจารณาเส้นความเข้มเส้นหนึ่งที่ทำมุมหนึ่งกับทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุ (รูปที่ 182) ให้เราแยกเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าที่จุดแบ่ง E ออกเป็นสองส่วน: รัศมีและแนวขวาง ส่วนประกอบรัศมีคือความแรงของสนามไฟฟ้าสถิตที่สร้างขึ้นโดยประจุที่ระยะห่างจากมัน:

องค์ประกอบตามขวางคือความแรงของสนามไฟฟ้าในคลื่นที่ปล่อยออกมาจากประจุระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง เนื่องจากคลื่นนี้เคลื่อนที่ไปตามรัศมี เวกเตอร์จึงตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น จากรูป 182 ชัดเจนว่า.

แทนที่ที่นี่จาก (2) เราพบ

เมื่อพิจารณาว่าอัตราส่วนคือความเร่ง a ซึ่งประจุเคลื่อนที่ในช่วงเวลาจาก 0 ถึงเราเขียนนิพจน์นี้ใหม่ในรูปแบบ

ก่อนอื่น ให้เราใส่ใจกับข้อเท็จจริงที่ว่าความแรงของสนามไฟฟ้าของคลื่นลดลงในสัดส่วนผกผันกับระยะห่างจากศูนย์กลาง ตรงกันข้ามกับความแรงของสนามไฟฟ้าสถิตซึ่งเป็นสัดส่วนกับการพึ่งพาระยะทางตามที่คาดไว้ หากเราคำนึงถึงกฎการอนุรักษ์พลังงานด้วย เนื่องจากไม่มีการดูดซับพลังงานเกิดขึ้นเมื่อคลื่นแพร่กระจายในสุญญากาศ ปริมาณพลังงานที่ผ่านทรงกลมในรัศมีใดๆ ก็ตามจะเท่ากัน เนื่องจากพื้นที่ผิวของทรงกลมเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของรัศมี การไหลของพลังงานผ่านหน่วยของพื้นผิวจึงต้องแปรผกผันกับกำลังสองของรัศมี เมื่อพิจารณาว่าความหนาแน่นของพลังงานของสนามไฟฟ้าของคลื่นเท่ากัน เราก็สรุปได้ว่า

ต่อไป เราสังเกตว่าความแรงของสนามของคลื่นในสูตร (4) ณ เวลานั้นขึ้นอยู่กับความเร่งของประจุ และ ณ เวลานั้น คลื่นที่ปล่อยออกมาในขณะนั้นถึงจุดที่อยู่ห่างจากจุดหนึ่ง เวลาเท่ากับ

การแผ่รังสีของประจุที่สั่นตอนนี้ให้เราสมมติว่าประจุเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงอย่างต่อเนื่องโดยมีความเร่งแปรผันใกล้กับจุดกำเนิดของพิกัด ตัวอย่างเช่น ประจุเกิดการสั่นแบบฮาร์มอนิก จากนั้นจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ความแรงของสนามไฟฟ้าของคลื่น ณ จุดที่อยู่ห่างจากจุดกำเนิดของพิกัดยังคงถูกกำหนดโดยสูตร (4) และสนาม ณ เวลานั้นขึ้นอยู่กับความเร่งของประจุ a ณ เวลาก่อนหน้า

ปล่อยให้การเคลื่อนที่ของประจุเป็นการสั่นแบบฮาร์มอนิกใกล้กับจุดกำเนิดของพิกัดด้วยแอมพลิจูด A และความถี่ที่แน่นอน:

ความเร่งของประจุระหว่างการเคลื่อนไหวนั้นกำหนดโดยนิพจน์

เราได้ค่าความเร่งประจุมาแทนสูตร (5)

การเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้า ณ จุดใดๆ ระหว่างการเคลื่อนที่ของคลื่นดังกล่าว แสดงถึงการสั่นของฮาร์มอนิกที่มีความถี่ กล่าวคือ ประจุที่สั่นจะปล่อยคลื่นสีเดียวออกมา แน่นอนว่า สูตร (8) ใช้ได้ที่ระยะทางที่ไกลมากเมื่อเทียบกับแอมพลิจูดของการแกว่งของประจุ A

พลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความหนาแน่นพลังงานของสนามไฟฟ้าของคลื่นเอกรงค์ที่ปล่อยออกมาจากประจุสามารถพบได้โดยใช้สูตร (8):

ความหนาแน่นของพลังงานเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแอมพลิจูดของการแกว่งของประจุและกำลังสี่ของความถี่

ความผันผวนใด ๆ เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนพลังงานเป็นระยะจากประเภทหนึ่งไปอีกประเภทหนึ่งและย้อนกลับ ตัวอย่างเช่น การแกว่งของออสซิลเลเตอร์เชิงกลจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงร่วมกันของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของการเสียรูปแบบยืดหยุ่น เมื่อศึกษาการแกว่งของแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจร เราพบว่าอะนาล็อกของพลังงานศักย์ของออสซิลเลเตอร์เชิงกลคือพลังงานของสนามไฟฟ้าในตัวเก็บประจุ และอะนาล็อกของพลังงานจลน์คือพลังงานของสนามแม่เหล็กของขดลวด การเปรียบเทียบนี้ใช้ได้ไม่เพียงแต่สำหรับการแกว่งเฉพาะจุดเท่านั้น แต่ยังใช้ได้กับกระบวนการคลื่นด้วย

ในคลื่นเอกรงค์ที่เคลื่อนที่ในตัวกลางยืดหยุ่น ความหนาแน่นของพลังงานจลน์และศักย์ในแต่ละจุดจะเกิดการสั่นแบบฮาร์มอนิกด้วยความถี่เป็นสองเท่า และเพื่อให้ค่าของพวกมันตรงกันทุกเวลา สิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นจริงในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสีเดียวที่กำลังเคลื่อนที่ นั่นคือความหนาแน่นของพลังงานของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ซึ่งทำการสั่นแบบฮาร์มอนิกโดยมีความถี่เท่ากันในแต่ละจุด ณ เวลาใดก็ได้

ความหนาแน่นของพลังงานสนามแม่เหล็กแสดงในรูปของการเหนี่ยวนำ B ดังนี้:

เมื่อเทียบความหนาแน่นพลังงานของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ เราเชื่อว่าการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กในคลื่นดังกล่าวขึ้นอยู่กับพิกัดและเวลาในลักษณะเดียวกับความแรงของสนามไฟฟ้า กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในคลื่นเคลื่อนที่ การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กและความแรงของสนามไฟฟ้าจะเท่ากัน ณ จุดใดก็ได้ในเวลาใดก็ได้ (ในระบบหน่วยแบบเกาส์เซียน):

การไหลของพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความหนาแน่นพลังงานทั้งหมดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในคลื่นเคลื่อนที่เป็นสองเท่าของความหนาแน่นพลังงานของสนามไฟฟ้า (9) ความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงาน y ที่คลื่นพาไปนั้นเท่ากับผลคูณของความหนาแน่นของพลังงานและความเร็วการแพร่กระจายของคลื่น เมื่อใช้สูตร (9) คุณจะเห็นว่าพลังงานที่ไหลผ่านพื้นผิวใด ๆ แกว่งไปมาตามความถี่ ในการค้นหาค่าเฉลี่ยของความหนาแน่นฟลักซ์พลังงานจำเป็นต้องหาค่าเฉลี่ยนิพจน์ (9) เมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากค่าเฉลี่ยคือ 1/2 เราจึงได้

ข้าว. 183. การกระจายพลังงานเชิงมุมที่ปล่อยออกมาจากประจุการสั่น

ความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานในคลื่นขึ้นอยู่กับทิศทาง: ในทิศทางที่ประจุแกว่งไปแกว่งมา พลังงานจะไม่ถูกปล่อยออกมาเลย ปริมาณมากที่สุดพลังงานถูกปล่อยออกมาในระนาบตั้งฉากกับทิศทางนี้ การกระจายเชิงมุมของพลังงานที่ปล่อยออกมาจากประจุการสั่นจะแสดงในรูปที่ 1 183. ประจุจะแกว่งไปตามแนวแกน จากจุดกำเนิดของพิกัด ส่วนต่างๆ จะถูกวาดขึ้นมา ซึ่งความยาวจะเป็นสัดส่วนกับรังสีที่ปล่อยออกมาในค่าที่กำหนด

ทิศทางของพลังงาน เช่น แผนภาพแสดงเส้นที่เชื่อมต่อส่วนปลายของส่วนเหล่านี้

การกระจายพลังงานไปตามทิศทางในอวกาศนั้นมีลักษณะเป็นพื้นผิวซึ่งได้มาจากการหมุนแผนภาพรอบแกน

โพลาไรเซชันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นที่เกิดจากเครื่องสั่นระหว่างการสั่นสะเทือนแบบฮาร์มอนิกเรียกว่าคลื่นสีเดียว คลื่นเอกรงค์มีลักษณะเฉพาะด้วยความถี่ с และความยาวคลื่น X ความยาวคลื่นและความถี่มีความสัมพันธ์กันผ่านความเร็วของการแพร่กระจายคลื่นด้วย:

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศนั้นเป็นแนวขวาง: เวกเตอร์ของความแรงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นดังที่เห็นได้จากข้อโต้แย้งข้างต้นตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น ให้เราผ่านจุดสังเกต P ในรูป ทรงกลม 184 ซึ่งมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่จุดกำเนิดของพิกัด ซึ่งประจุที่แผ่รังสีจะแกว่งไปตามแกนของมัน มาวาดแนวและเส้นเมอริเดียนบนมันกัน จากนั้นเวกเตอร์ E ของสนามคลื่นจะถูกกำหนดทิศทางในแนวสัมผัสไปยังเส้นเมริเดียน และเวกเตอร์ B ตั้งฉากกับเวกเตอร์ E และกำหนดทิศทางในแนวสัมผัสไปยังเส้นขนาน

เพื่อยืนยันสิ่งนี้ ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในคลื่นเคลื่อนที่ หลังจากปล่อยคลื่น ฟิลด์เหล่านี้จะไม่เชื่อมโยงกับแหล่งที่มาอีกต่อไป เมื่อสนามไฟฟ้าของคลื่นเปลี่ยนแปลง สนามแม่เหล็กจะเกิดขึ้น เส้นแรงที่เราเห็นเมื่อศึกษากระแสกระจัดนั้นตั้งฉากกัน สายไฟสนามไฟฟ้า. สนามแม่เหล็กสลับที่เปลี่ยนแปลงไปนี้จะนำไปสู่การปรากฏตัวของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนซึ่งตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้น ดังนั้นในขณะที่คลื่นแพร่กระจาย สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะสนับสนุนซึ่งกันและกัน โดยยังคงตั้งฉากซึ่งกันและกันอยู่ตลอดเวลา เนื่องจากในคลื่นเคลื่อนที่การเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะเกิดขึ้นในเฟสซึ่งกันและกัน "แนวตั้ง" ของคลื่นทันที (เวกเตอร์ E และ B ที่จุดต่าง ๆ ของเส้นตามทิศทางของการแพร่กระจาย) จึงมีรูปแบบที่แสดงในรูปที่ . 185. คลื่นดังกล่าวเรียกว่าโพลาไรซ์เชิงเส้น ประจุที่ทำการสั่นแบบฮาร์มอนิกจะปล่อยคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นออกมาในทุกทิศทาง ในคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางใดๆ เวกเตอร์ E จะอยู่ในระนาบเดียวกันเสมอ

เนื่องจากประจุในเครื่องสั่นแม่เหล็กไฟฟ้าเชิงเส้นเกิดการเคลื่อนที่แบบสั่นอย่างแม่นยำ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากเครื่องสั่นจึงมีโพลาไรซ์เชิงเส้น ง่ายต่อการตรวจสอบด้วยการทดลองโดยการเปลี่ยนการวางแนวของเครื่องสั่นที่รับซึ่งสัมพันธ์กับเครื่องสั่นที่ปล่อยออกมา

ข้าว. 185. สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นเคลื่อนที่

สัญญาณจะยิ่งใหญ่ที่สุดเมื่อเครื่องสั่นรับสัญญาณขนานกับเครื่องสั่น (ดูรูปที่ 178) หากเครื่องสั่นที่รับสัญญาณตั้งฉากกับเครื่องที่ปล่อยออกมา สัญญาณจะหายไป การสั่นสะเทือนทางไฟฟ้าในเครื่องสั่นที่รับสัญญาณสามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจากส่วนประกอบของสนามไฟฟ้าของคลื่นที่พุ่งไปตามเครื่องสั่นเท่านั้น ดังนั้นการทดลองดังกล่าวบ่งชี้ว่าสนามไฟฟ้าในคลื่นขนานกับเครื่องสั่นที่แผ่รังสี

โพลาไรซ์ประเภทอื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามขวางก็เป็นไปได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น หากเวกเตอร์ E ณ จุดหนึ่งระหว่างการเคลื่อนที่ของคลื่นหมุนไปรอบทิศทางการแพร่กระจายอย่างสม่ำเสมอ โดยคงขนาดไม่เปลี่ยนแปลง คลื่นนั้นจะถูกเรียกว่าโพลาไรซ์แบบวงกลมหรือโพลาไรซ์ในวงกลม “ภาพบุคคล” ทันทีของสนามไฟฟ้าของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าดังกล่าวจะแสดงในรูปที่ 1 186.

ข้าว. 186. สนามไฟฟ้าในคลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลมเคลื่อนที่

คลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลมสามารถหาได้โดยการเพิ่มคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นสองคลื่นที่มีความถี่และแอมพลิจูดเท่ากันซึ่งแพร่กระจายไปในทิศทางเดียวกัน โดยที่เวกเตอร์ของสนามไฟฟ้าตั้งฉากกัน ในแต่ละคลื่น เวกเตอร์สนามไฟฟ้าในแต่ละจุดผ่านการสั่นแบบฮาร์มอนิก เพื่อให้การเพิ่มของการสั่นตั้งฉากซึ่งกันและกันดังกล่าวส่งผลให้เกิดการหมุนของเวกเตอร์ที่เกิดขึ้น จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนเฟส กล่าวอีกนัยหนึ่ง การเพิ่มคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นจะต้องเลื่อนไปหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่นที่สัมพันธ์กัน

แรงกระตุ้นของคลื่นและความดันแสงนอกจากพลังงานแล้ว คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ายังมีโมเมนตัมอีกด้วย หากคลื่นถูกดูดซับ โมเมนตัมของคลื่นก็จะถูกส่งไปยังวัตถุที่ดูดซับไว้ ตามมาว่าเมื่อถูกดูดซับ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะออกแรงกดดันต่อสิ่งกีดขวาง กำเนิดของความดันคลื่นและขนาดของความดันนี้สามารถอธิบายได้ดังนี้

กำกับเป็นเส้นตรงเส้นเดียว ดังนั้นกำลัง P ที่ถูกดูดกลืนโดยประจุจะเท่ากับ

เราจะถือว่าพลังงานทั้งหมดของคลื่นตกกระทบถูกดูดซับโดยสิ่งกีดขวาง เนื่องจากคลื่นนำพลังงานมาต่อหน่วยพื้นที่ผิวของสิ่งกีดขวางต่อหน่วยเวลา ความดันที่คลื่นกระทำในระหว่างเหตุการณ์ปกติจะเท่ากับความหนาแน่นของพลังงานของคลื่น แรงกดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกดูดซับส่งผ่านไปยังสิ่งกีดขวางต่อ หน่วยเวลาของแรงกระตุ้นเท่ากับตามสูตร (15) กับพลังงานที่ดูดซับหารด้วยความเร็วแสง c ซึ่งหมายความว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ถูกดูดซับมีโมเมนตัมเช่นนั้น เท่ากับพลังงานหารด้วยความเร็วแสง

เป็นครั้งแรกที่ P. N. Lebedev ค้นพบความกดดันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในปี 1900 ในการทดลองที่ละเอียดอ่อนอย่างยิ่ง

การสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าเสมือนอยู่กับที่ในวงจรการสั่นแบบปิดแตกต่างจากการสั่นความถี่สูงในเครื่องสั่นแบบเปิดอย่างไร ให้การเปรียบเทียบทางกล

อธิบายว่าเหตุใดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงไม่ถูกปล่อยออกมาในระหว่างการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเสมือนคงที่ในวงจรปิด เหตุใดการแผ่รังสีจึงเกิดขึ้นระหว่างการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าในเครื่องสั่นแบบเปิด

อธิบายและอธิบายการทดลองของ Hertz เกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่น่าตื่นเต้นและการตรวจจับ ช่องว่างประกายไฟมีบทบาทอย่างไรในตัวสั่นที่ส่งและรับ?

อธิบายว่าในระหว่างการเคลื่อนไหวด้วยความเร่ง ค่าไฟฟ้าสนามไฟฟ้าสถิตตามยาวจะกลายเป็นสนามไฟฟ้าตามขวางของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมา

จากการพิจารณาด้านพลังงาน แสดงให้เห็นว่าความแรงของสนามไฟฟ้าของคลื่นทรงกลมที่ปล่อยออกมาจากเครื่องสั่นลดลงเป็น 1 1r (ต่างจากสนามไฟฟ้าสถิต)

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสีเดียวคืออะไร? ความยาวคลื่นคืออะไร? สัมพันธ์กับความถี่อย่างไร? คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามขวางมีคุณสมบัติอย่างไร?

โพลาไรเซชันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเรียกว่าอะไร? คุณรู้จักโพลาไรเซชันประเภทใด

คุณสามารถให้ข้อโต้แย้งอะไรเพื่อพิสูจน์ข้อเท็จจริงที่ว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีโมเมนตัม

อธิบายบทบาทของแรงลอเรนซ์ต่อการเกิดแรงดันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต่อสิ่งกีดขวาง