รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า-ผลกระทบต่อมนุษย์ การป้องกัน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคืออะไร

เจ. แม็กซ์เวลล์ในปี พ.ศ. 2407 ได้สร้างทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าตามที่ไฟฟ้าและ สนามแม่เหล็กมีอยู่เป็นส่วนประกอบที่เชื่อมต่อถึงกันของทั้งหมดเดียว - สนามแม่เหล็กไฟฟ้า ในพื้นที่ที่มีสนามแม่เหล็กสลับอยู่ สนามแม่เหล็กสลับกัน สนามไฟฟ้า, และในทางกลับกัน.

สนามแม่เหล็กไฟฟ้า- หนึ่งในประเภทของสสารที่มีลักษณะของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เชื่อมต่อกันด้วยการเปลี่ยนแปลงซึ่งกันและกันอย่างต่อเนื่อง

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายในอวกาศในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ความผันผวนของเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้า อีและเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก บีเกิดขึ้นในระนาบตั้งฉากซึ่งกันและกันและตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่น (เวกเตอร์ความเร็ว)

คลื่นเหล่านี้ปล่อยออกมาจากการสั่นของอนุภาคที่มีประจุ ซึ่งในขณะเดียวกันก็เคลื่อนที่ไปในตัวนำด้วยความเร่ง เมื่อประจุเคลื่อนที่ในตัวนำ จะมีการสร้างสนามไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กสลับ และสนามแม่เหล็กสลับจะทำให้เกิดการปรากฏตัวของประจุไฟฟ้ากระแสสลับ สนามไฟฟ้าอยู่ในระยะห่างที่มากขึ้นจากประจุแล้วเป็นต้น

สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายผ่านอวกาศเมื่อเวลาผ่านไปเรียกว่า คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า.

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแพร่กระจายในสุญญากาศหรือสารอื่นได้ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง ค=3·10 8 เมตร/วินาที. ในเรื่องความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะน้อยกว่าในสุญญากาศ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถ่ายโอนพลังงาน

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีคุณสมบัติพื้นฐานดังต่อไปนี้:แพร่กระจายเป็นเส้นตรง มันสามารถหักเห การสะท้อนกลับ และปรากฏการณ์ของการเลี้ยวเบน การรบกวน และโพลาไรซ์ก็มีอยู่ในนั้น คุณสมบัติทั้งหมดนี้ก็มี คลื่นแสงซึ่งครอบครองช่วงความยาวคลื่นที่สอดคล้องกันในระดับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

เรารู้ว่าความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอาจแตกต่างกันมาก เมื่อพิจารณาจากขนาดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ระบุความยาวคลื่นและความถี่ของการแผ่รังสีต่างๆ เราจะแยกแยะได้ 7 ช่วง: รังสีความถี่ต่ำ, รังสีวิทยุ, รังสีอินฟราเรด, แสงที่มองเห็นได้, รังสีอัลตราไวโอเลต,รังสีเอกซ์และรังสีแกมมา

• คลื่นความถี่ต่ำ . แหล่งกำเนิดรังสี: กระแสความถี่สูง, เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ, รถยนต์ไฟฟ้า. ใช้สำหรับการหลอมและการชุบแข็งโลหะการผลิต แม่เหล็กถาวรในอุตสาหกรรมไฟฟ้า
• คลื่นวิทยุ เกิดขึ้นในเสาอากาศของสถานีวิทยุและโทรทัศน์ โทรศัพท์มือถือ เรดาร์ ฯลฯ ใช้ในการสื่อสารทางวิทยุ โทรทัศน์ และเรดาร์
• คลื่นอินฟราเรด ร่างกายที่ได้รับความร้อนทั้งหมดจะแผ่รังสี การใช้งาน: การหลอม การตัด การเชื่อมโลหะทนไฟโดยใช้เลเซอร์ การถ่ายภาพในหมอกและความมืด การอบแห้งไม้ ผลไม้และผลเบอร์รี่ อุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืน
• รังสีที่มองเห็นได้ แหล่งที่มา - อาทิตย์ ไฟฟ้า และ หลอดไฟนีออน,อาร์คไฟฟ้า,เลเซอร์ ใช้ได้: แสง, เอฟเฟกต์ภาพ, โฮโลแกรม
• รังสีอัลตราไวโอเลต . แหล่งที่มา: ดวงอาทิตย์ อวกาศ หลอดปล่อยก๊าซ (ควอทซ์) เลเซอร์ สามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรียก่อโรคได้ ใช้สำหรับชุบแข็งสิ่งมีชีวิต
• รังสีเอกซ์ .

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (ตามตารางด้านล่าง) เป็นการรบกวนของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าที่กระจายอยู่ในอวกาศ มีหลายประเภท ฟิสิกส์ศึกษาการรบกวนเหล่านี้ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นเนื่องจากสนามไฟฟ้ากระแสสลับสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งในทางกลับกันก็สร้างสนามไฟฟ้าขึ้นมา

ประวัติความเป็นมาของการวิจัย

ทฤษฎีแรกซึ่งถือได้ว่าเป็นสมมติฐานที่เก่าแก่ที่สุดเกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีอายุย้อนกลับไปอย่างน้อยก็ในสมัยของฮอยเกนส์ ในช่วงเวลานั้น ข้อสันนิษฐานดังกล่าวมีพัฒนาการเชิงปริมาณที่เด่นชัด ฮอยเกนส์ในปี 1678 ได้เปิดตัว "ภาพร่าง" ของทฤษฎี - "บทความเกี่ยวกับแสง" ในปี ค.ศ. 1690 เขาได้ตีพิมพ์ผลงานที่โดดเด่นอีกชิ้นหนึ่ง โดยสรุปทฤษฎีเชิงคุณภาพของการสะท้อนและการหักเหของแสงในรูปแบบที่ยังคงนำเสนอในหนังสือเรียนของโรงเรียนในปัจจุบัน (“คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า” ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9)

ในเวลาเดียวกัน หลักการของไฮเกนส์ก็ถูกสร้างขึ้น ด้วยความช่วยเหลือนี้ ทำให้สามารถศึกษาการเคลื่อนที่ของหน้าคลื่นได้ หลักการนี้พบการพัฒนาในผลงานของ Fresnel ในเวลาต่อมา หลักการของฮอยเกนส์-เฟรสเนลมีความสำคัญเป็นพิเศษในทฤษฎีการเลี้ยวเบนและทฤษฎีคลื่นของแสง

ในช่วงทศวรรษที่ 1660-1670 ฮุคและนิวตันได้มีส่วนสนับสนุนการวิจัยและการทดลองทางทฤษฎีที่สำคัญ ใครเปิด. คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า? ใครเป็นคนทำการทดลองเพื่อพิสูจน์การมีอยู่ของพวกมัน? คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีกี่ประเภท? เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในภายหลัง

เหตุผลของแมกซ์เวลล์

ก่อนที่จะพูดถึงผู้ที่ค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ควรกล่าวว่านักวิทยาศาสตร์คนแรกที่โดยทั่วไปทำนายการดำรงอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือฟาราเดย์ เขาหยิบยกสมมติฐานของเขาในปี พ.ศ. 2375 ต่อมาแม็กซ์เวลล์ได้ทำงานเกี่ยวกับการสร้างทฤษฎีนี้ ในปี พ.ศ. 2408 เขาทำงานนี้เสร็จ เป็นผลให้แม็กซ์เวลล์กำหนดทฤษฎีทางคณิตศาสตร์อย่างเคร่งครัดเพื่อพิสูจน์การมีอยู่ของปรากฏการณ์ที่อยู่ระหว่างการพิจารณา นอกจากนี้เขายังกำหนดความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งใกล้เคียงกับค่าความเร็วแสงที่ใช้ในขณะนั้น ในทางกลับกัน ทำให้เขายืนยันสมมติฐานที่ว่าแสงเป็นหนึ่งในประเภทของรังสีที่อยู่ระหว่างการพิจารณา

การตรวจจับการทดลอง

ทฤษฎีของแม็กซ์เวลล์ได้รับการยืนยันในการทดลองของเฮิรตซ์ในปี พ.ศ. 2431 ควรจะกล่าวที่นี่ว่านักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ทำการทดลองของเขาเพื่อหักล้างทฤษฎีนี้แม้ว่าจะมีเหตุผลทางคณิตศาสตร์ก็ตาม อย่างไรก็ตาม จากการทดลองของเขา ทำให้ Hertz กลายเป็นกลุ่มแรกที่ค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้จริง นอกจากนี้ในระหว่างการทดลองนักวิทยาศาสตร์ได้ระบุคุณสมบัติและลักษณะของรังสีด้วย

เฮิรตซ์ได้รับการสั่นและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการกระตุ้นชุดพัลส์ของการไหลที่แปรผันอย่างรวดเร็วในเครื่องสั่นโดยใช้แหล่งกำเนิดไฟฟ้าแรงสูง สามารถตรวจจับกระแสความถี่สูงได้โดยใช้วงจร ยิ่งความจุและความเหนี่ยวนำสูง ความถี่การสั่นก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย แต่ในขณะเดียวกัน ความถี่สูงไม่ได้รับประกันการไหลที่รุนแรง เพื่อทำการทดลอง เฮิรตซ์ใช้อุปกรณ์ที่ค่อนข้างเรียบง่าย ซึ่งปัจจุบันเรียกว่า "เครื่องสั่นเฮิรตซ์" อุปกรณ์ก็คือ วงจรการสั่นประเภทเปิด

แผนผังการทดลองของเฮิรตซ์

การลงทะเบียนการแผ่รังสีดำเนินการโดยใช้เครื่องสั่นแบบรับ อุปกรณ์นี้มีการออกแบบเหมือนกับอุปกรณ์เปล่งแสง ภายใต้อิทธิพลของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของสนามไฟฟ้ากระแสสลับ การสั่นของกระแสจะตื่นเต้นในอุปกรณ์รับสัญญาณ หากในอุปกรณ์นี้ความถี่ธรรมชาติและความถี่ของการไหลตรงกัน เสียงสะท้อนก็จะปรากฏขึ้น ส่งผลให้เกิดการรบกวนในอุปกรณ์รับที่มีแอมพลิจูดมากขึ้น ผู้วิจัยค้นพบโดยการสังเกตประกายไฟระหว่างตัวนำในช่องว่างเล็กๆ

ดังนั้น เฮิรตซ์จึงเป็นคนแรกที่ค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและพิสูจน์ความสามารถในการสะท้อนจากตัวนำได้ดี เขาสามารถยืนยันการก่อตัวของรังสียืนได้ในทางปฏิบัติ นอกจากนี้ เฮิรทซ์ยังกำหนดความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในอากาศอีกด้วย

การศึกษาลักษณะเฉพาะ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายในสื่อเกือบทั้งหมด ในพื้นที่ที่เต็มไปด้วยสสาร ในบางกรณีรังสีสามารถกระจายได้ค่อนข้างดี แต่ในขณะเดียวกันพวกเขาก็เปลี่ยนพฤติกรรมไปบ้าง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศจะถูกตรวจจับโดยไม่มีการลดทอน พวกมันถูกกระจายออกไปไม่ว่าจะไกลแค่ไหนก็ตาม ลักษณะสำคัญของคลื่น ได้แก่ โพลาไรเซชัน ความถี่ และความยาว คุณสมบัติดังกล่าวอธิบายไว้ภายในกรอบของพลศาสตร์ไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม สาขาวิชาฟิสิกส์ที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นจะเกี่ยวข้องกับคุณลักษณะของการแผ่รังสีในบางภูมิภาคของสเปกตรัม ซึ่งรวมถึงทัศนศาสตร์ เป็นต้น

การศึกษาการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดแข็งที่ปลายสเปกตรัมคลื่นสั้นจะดำเนินการโดยส่วนพลังงานสูง เมื่อคำนึงถึงแนวคิดสมัยใหม่ พลวัตก็สิ้นสุดลง มีระเบียบวินัยที่เป็นอิสระและนำมารวมกันเป็นทฤษฎีเดียว

ทฤษฎีที่ใช้ในการศึกษาคุณสมบัติ

ปัจจุบันมีวิธีการต่างๆ มากมายที่ช่วยอำนวยความสะดวกในการสร้างแบบจำลองและการศึกษาอาการและคุณสมบัติของการแกว่ง ไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัมถือเป็นทฤษฎีพื้นฐานที่สุดของทฤษฎีที่ผ่านการทดสอบและเสร็จสมบูรณ์แล้ว จากนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะได้รับวิธีการด้านล่างซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ

คำอธิบายของการแผ่รังสีความถี่ต่ำที่ค่อนข้างสูงในสภาพแวดล้อมขนาดมหภาคนั้นดำเนินการโดยใช้ไฟฟ้าไดนามิกแบบคลาสสิก มันขึ้นอยู่กับสมการของแมกซ์เวลล์ อย่างไรก็ตาม มีความเรียบง่ายในแอปพลิเคชัน การศึกษาเกี่ยวกับการมองเห็นใช้ทัศนศาสตร์ ทฤษฎีคลื่นใช้ในกรณีที่บางส่วนของระบบแสงมีขนาดใกล้เคียงกับความยาวคลื่น เลนส์ควอนตัมจะใช้เมื่อกระบวนการกระเจิงและการดูดกลืนโฟตอนมีความสำคัญ

ทฤษฎีเชิงแสงเชิงเรขาคณิตเป็นกรณีที่จำกัดซึ่งสามารถละเว้นความยาวคลื่นได้ นอกจากนี้ยังมีส่วนที่ประยุกต์และพื้นฐานอีกหลายส่วน ซึ่งรวมถึงฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ชีววิทยา เป็นต้น การรับรู้ภาพและการสังเคราะห์ด้วยแสง เคมีแสง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจำแนกอย่างไร? ตารางที่แสดงการกระจายออกเป็นกลุ่มอย่างชัดเจนแสดงไว้ด้านล่าง

การจัดหมวดหมู่

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีช่วงความถี่ต่างๆ ไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่คมชัดระหว่างพวกเขาบางครั้งพวกเขาก็ทับซ้อนกัน ขอบเขตระหว่างพวกเขาค่อนข้างจะเป็นไปตามอำเภอใจ เนื่องจากการไหลมีการกระจายอย่างต่อเนื่อง ความถี่จึงสัมพันธ์กับความยาวอย่างเคร่งครัด ด้านล่างนี้คือช่วงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

รังสีที่สั้นมากมักแบ่งออกเป็นไมโครเมตร (ซับมิลลิเมตร) มิลลิเมตร เซนติเมตร เดซิเมตร เมตร หากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าน้อยกว่าหนึ่งเมตร ก็มักจะเรียกว่าการสั่นความถี่สูงพิเศษ (ไมโครเวฟ)

ประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ด้านบนนี้คือช่วงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีกระแสประเภทใดบ้าง? กลุ่มนี้รวมถึงแกมมาและรังสีเอกซ์ ควรจะกล่าวได้ว่าทั้งแสงอัลตราไวโอเลตและแม้แต่แสงที่มองเห็นนั้นสามารถสร้างอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออนได้ ขอบเขตที่ฟลักซ์แกมมาและรังสีเอกซ์ตั้งอยู่นั้นถูกกำหนดอย่างมีเงื่อนไข ตามแนวทางทั่วไป ขีดจำกัด 20 eV - 0.1 MeV เป็นที่ยอมรับ ฟลักซ์แกมมาในแง่แคบถูกปล่อยออกมาจากนิวเคลียส, ฟลักซ์รังสีเอกซ์ถูกปล่อยออกมาโดยอิเล็กตรอน เปลือกอะตอมในกระบวนการผลักอิเล็กตรอนออกจากวงโคจรที่อยู่ต่ำ อย่างไรก็ตาม การจำแนกประเภทนี้ไม่สามารถใช้ได้กับรังสีชนิดแข็งที่เกิดขึ้นโดยไม่มีการมีส่วนร่วมของนิวเคลียสและอะตอม

ฟลักซ์รังสีเอกซ์เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคเร็วที่มีประจุ (โปรตอน อิเล็กตรอน และอื่นๆ) เคลื่อนที่ช้าลง และเป็นผลจากกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในอะตอม เปลือกอิเล็กทรอนิกส์. การแกว่งของแกมมาเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากกระบวนการภายในนิวเคลียสของอะตอมและระหว่างการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคมูลฐาน

สตรีมวิทยุ

เนื่องจาก มีความสำคัญอย่างยิ่งความยาว การพิจารณาคลื่นเหล่านี้สามารถดำเนินการได้โดยไม่ต้องคำนึงถึงโครงสร้างอะตอมมิกของตัวกลาง ยกเว้นเฉพาะกระแสที่สั้นที่สุดที่อยู่ติดกัน บริเวณอินฟราเรดคลื่นความถี่ ในช่วงคลื่นวิทยุ คุณสมบัติควอนตัมของการสั่นสะเทือนปรากฏค่อนข้างอ่อน อย่างไรก็ตาม จะต้องคำนึงถึงสิ่งเหล่านี้ด้วย เช่น เมื่อวิเคราะห์มาตรฐานเวลาและความถี่ของโมเลกุลระหว่างการทำความเย็นอุปกรณ์ให้มีอุณหภูมิหลายเคลวิน

คุณสมบัติควอนตัมยังถูกนำมาพิจารณาเมื่ออธิบายเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเครื่องขยายเสียงในช่วงมิลลิเมตรและเซนติเมตร กระแสวิทยุเกิดขึ้นระหว่างการเคลื่อนที่ของกระแสสลับผ่านตัวนำที่มีความถี่ที่สอดคล้องกัน และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ผ่านไปในอวกาศจะกระตุ้นคลื่นที่เกี่ยวข้อง คุณสมบัตินี้ใช้ในการออกแบบเสาอากาศในงานวิศวกรรมวิทยุ

เธรดที่มองเห็นได้

รังสีอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรดที่มองเห็นได้ประกอบขึ้นในความหมายกว้างๆ ของคำนี้ ซึ่งเรียกว่าส่วนแสงของสเปกตรัม การเลือกพื้นที่นี้ไม่เพียงพิจารณาจากความใกล้ชิดของโซนที่เกี่ยวข้องเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความคล้ายคลึงกันของเครื่องมือที่ใช้ในการวิจัยและพัฒนาในระหว่างการศึกษาแสงที่มองเห็นเป็นหลัก โดยเฉพาะกระจกและเลนส์สำหรับการโฟกัสรังสี ตะแกรงเลี้ยวเบน ปริซึม และอื่นๆ

ความถี่ของคลื่นแสงเทียบได้กับความถี่ของโมเลกุลและอะตอม และความยาวของคลื่นเทียบได้กับระยะห่างระหว่างโมเลกุลและขนาดโมเลกุล ดังนั้นปรากฏการณ์ที่เกิดจากโครงสร้างอะตอมของสสารจึงมีความสำคัญในบริเวณนี้ ด้วยเหตุผลเดียวกัน แสงและคุณสมบัติของคลื่นก็มีคุณสมบัติควอนตัมด้วย

การเกิดขึ้นของกระแสแสง

แหล่งกำเนิดที่มีชื่อเสียงที่สุดคือดวงอาทิตย์ พื้นผิวดาวฤกษ์ (โฟโตสเฟียร์) มีอุณหภูมิ 6,000° เคลวิน และเปล่งแสงสีขาวสว่างออกมา มูลค่าสูงสุดสเปกตรัมต่อเนื่องตั้งอยู่ในโซน "สีเขียว" - 550 นาโนเมตร นี่คือจุดที่ความไวในการมองเห็นสูงสุดตั้งอยู่ด้วย การสั่นในช่วงแสงเกิดขึ้นเมื่อร่างกายได้รับความร้อน กระแสอินฟราเรดจึงเรียกว่ากระแสความร้อน

ยิ่งร่างกายร้อนขึ้นเท่าใด ความถี่ที่ตั้งสเปกตรัมสูงสุดก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจะสังเกตเห็นการเรืองแสง (เรืองแสงในช่วงที่มองเห็นได้) ในกรณีนี้ สีแดงจะปรากฏก่อน จากนั้นจึงเป็นสีเหลือง และอื่นๆ การสร้างและการลงทะเบียน การไหลของแสงสามารถเกิดขึ้นได้ทางชีวภาพและ ปฏิกริยาเคมีซึ่งหนึ่งในนั้นใช้ในการถ่ายภาพ สำหรับสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ที่อาศัยอยู่บนโลก การสังเคราะห์ด้วยแสงทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงาน ปฏิกิริยาทางชีวภาพนี้เกิดขึ้นในพืชภายใต้อิทธิพลของรังสีแสงอาทิตย์

คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คุณสมบัติของตัวกลางและแหล่งกำเนิดมีอิทธิพลต่อลักษณะของการไหล โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งนี้จะสร้างการขึ้นอยู่กับเวลาของฟิลด์ ซึ่งกำหนดประเภทของโฟลว์ ตัวอย่างเช่น เมื่อระยะห่างจากเครื่องสั่นเปลี่ยนแปลง (เมื่อเพิ่มขึ้น) รัศมีความโค้งจะใหญ่ขึ้น เป็นผลให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าระนาบ การโต้ตอบกับสารก็เกิดขึ้นได้หลายวิธี

ตามกฎแล้วกระบวนการดูดซับและการปล่อยฟลักซ์สามารถอธิบายได้โดยใช้ความสัมพันธ์ทางไฟฟ้าพลศาสตร์แบบคลาสสิก สำหรับคลื่นในบริเวณแสงและรังสีแข็ง ควรคำนึงถึงธรรมชาติควอนตัมของคลื่นให้มากกว่านี้

แหล่งสตรีม

แม้จะมีความแตกต่างทางกายภาพทุกที่ - ในสารกัมมันตภาพรังสี, เครื่องส่งสัญญาณโทรทัศน์, หลอดไส้ - คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกกระตุ้นโดยประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง แหล่งที่มามีสองประเภทหลัก: กล้องจุลทรรศน์และกล้องจุลทรรศน์ ประการแรก มีการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของอนุภาคที่มีประจุจากระดับหนึ่งไปอีกระดับหนึ่งภายในโมเลกุลหรืออะตอม

แหล่งกำเนิดด้วยกล้องจุลทรรศน์จะปล่อยรังสีเอกซ์ แกมมา อัลตราไวโอเลต อินฟราเรด รังสีที่มองเห็นได้ และในบางกรณี รังสีคลื่นยาว ตัวอย่างหลังคือเส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนซึ่งสอดคล้องกับความยาวคลื่น 21 ซม. ปรากฏการณ์นี้มีความสำคัญเป็นพิเศษในดาราศาสตร์วิทยุ

แหล่งกำเนิดขนาดมหึมาคือตัวปล่อยซึ่งอิเล็กตรอนอิสระของตัวนำทำการสั่นแบบซิงโครนัสเป็นระยะ ในระบบของหมวดหมู่นี้ การไหลจากระดับมิลลิเมตรไปจนถึงระดับที่ยาวที่สุด (ในสายไฟ) จะถูกสร้างขึ้น

โครงสร้างและความแข็งแกร่งของกระแส

กระแสน้ำที่เร่งและเปลี่ยนแปลงเป็นระยะมีอิทธิพลต่อกันด้วยแรงบางอย่าง ทิศทางและขนาดขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ขนาดและโครงร่างของบริเวณที่มีกระแสและประจุอยู่ ทิศทางและขนาดสัมพัทธ์ พวกเขายังมีผลกระทบที่สำคัญอีกด้วย ลักษณะไฟฟ้าสภาพแวดล้อมเฉพาะ ตลอดจนการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของประจุและการกระจายกระแสของแหล่งกำเนิด

เนื่องจากความซับซ้อนทั่วไปของคำแถลงปัญหา จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะนำเสนอกฎแห่งแรงในรูปแบบของสูตรเดียว โครงสร้างที่เรียกว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและพิจารณาว่าเป็นวัตถุทางคณิตศาสตร์หากจำเป็นจะถูกกำหนดโดยการกระจายตัวของประจุและกระแส ในทางกลับกัน มันถูกสร้างขึ้นโดยแหล่งที่กำหนดโดยคำนึงถึงเงื่อนไขขอบเขต เงื่อนไขถูกกำหนดโดยรูปร่างของโซนปฏิสัมพันธ์และลักษณะของวัสดุ หากเรากำลังพูดถึงพื้นที่ไม่จำกัด สถานการณ์เหล่านี้จะถูกเสริม สภาวะการแผ่รังสีทำหน้าที่เป็นสภาวะเพิ่มเติมพิเศษในกรณีเช่นนี้ ด้วยเหตุนี้จึงรับประกัน "ความถูกต้อง" ของพฤติกรรมของสนามที่ระยะอนันต์

ลำดับเหตุการณ์ของการศึกษา

Lomonosov ในบทบัญญัติบางส่วนของเขาคาดการณ์ว่าแต่ละทฤษฎีของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า: การเคลื่อนที่ของอนุภาคแบบ "หมุน" (หมุน), ทฤษฎีแสง "สั่น" (คลื่น), ความเหมือนกันกับธรรมชาติของไฟฟ้า ฯลฯ อินฟราเรด กระแสน้ำถูกค้นพบในปี 1800 โดยเฮอร์เชล (นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ) และในปีถัดมา ในปี 1801 ริตเตอร์บรรยายถึงรังสีอัลตราไวโอเลต เรินต์เกนค้นพบรังสีที่มีช่วงสั้นกว่าอัลตราไวโอเลตในปี พ.ศ. 2438 เมื่อวันที่ 8 พฤศจิกายน ต่อมาได้รับชื่อเอ็กซ์เรย์

นักวิทยาศาสตร์หลายคนได้ศึกษาอิทธิพลของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม คนแรกที่สำรวจความเป็นไปได้ของกระแสและขอบเขตของการประยุกต์ใช้คือ Narkevich-Iodko (นักวิทยาศาสตร์ชาวเบลารุส) เขาศึกษาคุณสมบัติของกระแสสัมพันธ์กับ ยารักษาโรค. รังสีแกมมาถูกค้นพบโดยพอล วิลลาร์ดในปี พ.ศ. 2443 ในช่วงเวลาเดียวกันพลังค์ได้ทำการศึกษาทางทฤษฎีเกี่ยวกับคุณสมบัติของวัตถุสีดำ ในกระบวนการศึกษา เขาได้ค้นพบธรรมชาติของกระบวนการควอนตัม งานของเขาถือเป็นจุดเริ่มต้นของการพัฒนา ต่อจากนั้น ผลงานหลายชิ้นของพลังค์และไอน์สไตน์ก็ได้รับการตีพิมพ์ การวิจัยของพวกเขานำไปสู่การก่อตัวของแนวคิดเช่นโฟตอน นี่จึงเป็นจุดเริ่มต้นของการทรงสร้าง ทฤษฎีควอนตัมฟลักซ์แม่เหล็กไฟฟ้า การพัฒนายังคงดำเนินต่อไปในผลงานของบุคคลสำคัญทางวิทยาศาสตร์แห่งศตวรรษที่ 20

การวิจัยและการทำงานเพิ่มเติมเกี่ยวกับทฤษฎีควอนตัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิสัมพันธ์ของมันกับสสารในท้ายที่สุดได้นำไปสู่การก่อตัวของพลศาสตร์ไฟฟ้าควอนตัมในรูปแบบที่มีอยู่ในปัจจุบัน ในบรรดานักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นที่ศึกษาปัญหานี้นอกเหนือจาก Einstein และ Planck, Bohr, Bose, Dirac, de Broglie, Heisenberg, Tomonaga, Schwinger, Feynman ควรตั้งชื่อ

บทสรุป

ความสำคัญของฟิสิกส์ใน โลกสมัยใหม่ใหญ่พอ. เกือบทุกอย่างที่ใช้ในชีวิตมนุษย์ทุกวันนี้ปรากฏขึ้นมาต้องขอบคุณ การใช้งานจริงการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ การค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการศึกษาโดยเฉพาะอย่างยิ่งนำไปสู่การสร้างเครื่องส่งสัญญาณวิทยุแบบธรรมดาและต่อมาคือโทรศัพท์มือถือ ความหมายพิเศษ การใช้งานจริงมีความรู้ทางทฤษฎีในด้านการแพทย์ อุตสาหกรรม และเทคโนโลยี

การใช้อย่างแพร่หลายนี้เกิดจากธรรมชาติเชิงปริมาณของวิทยาศาสตร์ การทดลองทางกายภาพทั้งหมดขึ้นอยู่กับการวัด การเปรียบเทียบคุณสมบัติของปรากฏการณ์ที่กำลังศึกษากับมาตรฐานที่มีอยู่ เพื่อจุดประสงค์นี้จึงมีการพัฒนาความซับซ้อนภายในระเบียบวินัย เครื่องมือวัดและหน่วย มีรูปแบบจำนวนหนึ่งที่เหมือนกันกับที่มีอยู่ทั้งหมด ระบบวัสดุ. ตัวอย่างเช่น กฎการอนุรักษ์พลังงานถือเป็นกฎฟิสิกส์ทั่วไป

วิทยาศาสตร์โดยรวมเรียกว่าพื้นฐานในหลายกรณี ประการแรกนี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าสาขาวิชาอื่น ๆ ให้คำอธิบายซึ่งในทางกลับกันก็เป็นไปตามกฎแห่งฟิสิกส์ ดังนั้นในวิชาเคมีจึงมีการศึกษาอะตอมสารที่เกิดจากพวกมันและการเปลี่ยนแปลง แต่ คุณสมบัติทางเคมีร่างกายถูกกำหนด ลักษณะทางกายภาพโมเลกุลและอะตอม คุณสมบัติเหล่านี้อธิบายถึงสาขาวิชาฟิสิกส์ เช่น แม่เหล็กไฟฟ้า อุณหพลศาสตร์ และอื่นๆ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นการรบกวนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งผ่านในอวกาศ ความเร็วของมันตรงกับความเร็วแสง

2. อธิบายการทดลองของ Hertz ในการตรวจจับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ในการทดลองของเฮิรตซ์ แหล่งกำเนิดของการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าคือการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในเครื่องสั่น (ตัวนำที่มีช่องว่างอากาศอยู่ตรงกลาง) ช่องว่างนี้ใช้ไฟฟ้าแรงสูง ทำให้เกิดประกายไฟ หลังจากนั้นครู่หนึ่ง ประกายไฟก็ปรากฏขึ้นในตัวสะท้อนเสียง (เครื่องสั่นที่คล้ายกัน) ประกายไฟที่รุนแรงที่สุดเกิดขึ้นในตัวสะท้อนซึ่งตั้งอยู่ขนานกับเครื่องสั่น

3. อธิบายผลการทดลองของเฮิรตซ์โดยใช้ทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ เหตุใดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงมีแนวขวาง?

กระแสที่ไหลผ่านช่องว่างปล่อยจะทำให้เกิดการเหนี่ยวนำรอบๆ ตัวมันเอง สนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้น, เกิดขึ้น กระแสเหนี่ยวนำชดเชย แรงดันไฟฟ้าที่จุดที่ 1 (รูปที่ 155, b ของตำราเรียน) จะถูกปรับทิศทางทวนเข็มนาฬิกาในระนาบของการวาด ณ จุดที่ 2 กระแสจะพุ่งขึ้นด้านบนและทำให้เกิดการเหนี่ยวนำที่จุดที่ 3 ความตึงเครียดจะพุ่งขึ้นด้านบน หากแรงดันไฟฟ้าเพียงพอสำหรับการสลายทางไฟฟ้าของอากาศในช่องว่าง จะเกิดประกายไฟและกระแสไหลในตัวสะท้อนกลับ

เนื่องจากทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กและความแรงของสนามไฟฟ้าจะตั้งฉากกันและกับทิศทางของคลื่น

4. เหตุใดการแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเกิดขึ้นพร้อมกับการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของประจุไฟฟ้า? ความแรงของสนามไฟฟ้าในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมานั้นขึ้นอยู่กับความเร่งของอนุภาคที่มีประจุที่ปล่อยออกมาอย่างไร

ความแรงของกระแสนั้นแปรผันตามความเร็วการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ ดังนั้นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อความเร็วการเคลื่อนที่ของอนุภาคเหล่านี้ขึ้นอยู่กับเวลา ความเข้มของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร่งของอนุภาคที่มีประจุที่แผ่กระจายออกไป

5. ความหนาแน่นของพลังงานของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความแรงของสนามไฟฟ้าอย่างไร?

ความหนาแน่นของพลังงานของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของความแรงของสนามไฟฟ้า

เอ็ม. ฟาราเดย์แนะนำแนวคิดเรื่องสนาม:

สนามไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นรอบๆ ประจุที่อยู่นิ่ง

สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นรอบๆ ประจุที่เคลื่อนที่ (กระแส)

ในปี พ.ศ. 2373 เอ็ม. ฟาราเดย์ ค้นพบปรากฏการณ์นี้ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า: เมื่อสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลง สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนจะปรากฏขึ้น

รูปที่ 2.7 - สนามไฟฟ้า Vortex

ที่ไหน,
- เวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้า
- เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กสลับจะสร้างสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน

ในปี พ.ศ. 2405 D.K. แมกซ์เวลล์ตั้งสมมติฐานว่า เมื่อสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง สนามแม่เหล็กกระแสน้ำวนจะปรากฏขึ้น

ความคิดเรื่องสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้น

รูปที่ 2.8 - สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบรวม

สนามไฟฟ้ากระแสสลับจะสร้างสนามแม่เหล็กกระแสน้ำวน

สนามแม่เหล็กไฟฟ้า- นี่เป็นรูปแบบพิเศษของสสาร - การรวมกันของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กสลับมีอยู่พร้อมกันและก่อให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสนามเดียว เป็นวัสดุ:

แสดงออกทั้งในประจุที่อยู่นิ่งและประจุเคลื่อนที่

แพร่กระจายด้วยความเร็วสูงแต่มีความเร็วจำกัด

มันมีอยู่โดยไม่คำนึงถึงความประสงค์และความปรารถนาของเรา

เมื่อความเร็วการชาร์จเป็นศูนย์ จะมีเพียงสนามไฟฟ้าเท่านั้น ที่ความเร็วประจุคงที่ จะเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น

เมื่อประจุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกปล่อยออกมา ซึ่งแพร่กระจายไปในอวกาศด้วยความเร็วจำกัด .

การพัฒนาแนวคิดเรื่องคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นของ Maxwell แต่ฟาราเดย์เดาเกี่ยวกับการมีอยู่ของพวกมันแล้วแม้ว่าเขาจะกลัวที่จะตีพิมพ์ผลงานก็ตาม (อ่านมากกว่า 100 ปีหลังจากการตายของเขา)

เงื่อนไขหลักสำหรับการเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือการเร่งความเร็วของประจุไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถอธิบายได้อย่างง่ายดายโดยใช้ตัวอย่างต่อไปนี้ ถ้าคุณโยนกรวดลงบนพื้นผิวน้ำ คลื่นจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวและกระจายออกเป็นวงกลม พวกมันเคลื่อนที่จากแหล่งกำเนิด (การรบกวน) ด้วยความเร็วการแพร่กระจายที่แน่นอน สำหรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การรบกวนคือสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ในอวกาศ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาจำเป็นต้องทำให้เกิดสนามแม่เหล็กสลับและในทางกลับกัน ฟิลด์เหล่านี้เกี่ยวข้องกัน

แหล่งกำเนิดหลักของสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือดาวดวงอาทิตย์ ส่วนหนึ่งของสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ สเปกตรัมนี้อยู่ในช่วง 380...780 นาโนเมตร (รูปที่ 2.1) ในสเปกตรัมที่มองเห็น ดวงตาจะรับรู้แสงแตกต่างออกไป การสั่นสะเทือนของแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นต่างกันทำให้เกิดความรู้สึกของแสงที่มีสีต่างกัน

รูปที่ 2.9 - สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

สเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนหนึ่งใช้เพื่อวัตถุประสงค์ด้านวิทยุโทรทัศน์และการสื่อสาร แหล่งกำเนิดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคือเส้นลวด (เสาอากาศ) ที่มีการสั่นเกิดขึ้น ค่าไฟฟ้า. กระบวนการสร้างสนามซึ่งเริ่มใกล้เส้นลวด ค่อยๆ ทีละจุด ครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมด ยิ่งความถี่ของกระแสสลับที่ไหลผ่านเส้นลวดสูงขึ้นและสร้างสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก คลื่นวิทยุก็จะยิ่งมีความเข้มข้นมากขึ้นตามความยาวที่กำหนดที่เกิดจากเส้นลวด

วิทยุ(lat. วิทยุ - แผ่รังสี, ปล่อยรังสี ← รัศมี - รังสี) - การสื่อสารไร้สายประเภทหนึ่งที่ใช้คลื่นวิทยุซึ่งแพร่กระจายอย่างอิสระในอวกาศเป็นพาหะสัญญาณ

คลื่นวิทยุ(จากวิทยุ...) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่น > 500 µm (ความถี่< 6×10 12 Гц).

คลื่นวิทยุเป็นสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลา ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นวิทยุในพื้นที่ว่างคือ 300,000 กม./วินาที จากนี้จึงสามารถกำหนดความยาวคลื่นวิทยุ (m) ได้

แลมบ์=300/ฟ,โดยที่ - ความถี่ (MHz)

การสั่นสะเทือนของเสียงในอากาศที่เกิดขึ้นระหว่างการสนทนาทางโทรศัพท์จะถูกแปลงโดยไมโครโฟนให้เป็นการสั่นสะเทือนทางไฟฟ้าของความถี่เสียง ซึ่งจะถูกส่งผ่านสายไฟไปยังอุปกรณ์ของสมาชิก ที่นั่น ที่ปลายอีกด้านของสาย พวกเขาจะถูกแปลงโดยใช้ตัวส่งสัญญาณโทรศัพท์ ให้เป็นการสั่นสะเทือนของอากาศ โดยที่ผู้ใช้บริการรับรู้ว่าเป็นเสียง ในระบบโทรศัพท์วิธีการสื่อสารของวงจรคือสายไฟในการแพร่ภาพวิทยุ - คลื่นวิทยุ

“ หัวใจ” ของเครื่องส่งของสถานีวิทยุใด ๆ คือเครื่องกำเนิด - อุปกรณ์ที่สร้างการสั่นของความถี่สูง แต่คงที่อย่างเคร่งครัดสำหรับสถานีวิทยุที่กำหนด การสั่นของความถี่วิทยุเหล่านี้ ซึ่งขยายตามกำลังที่ต้องการ จะเข้าสู่เสาอากาศและกระตุ้นการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่เดียวกันทุกประการ - คลื่นวิทยุ - ในพื้นที่โดยรอบ ความเร็วของคลื่นวิทยุที่เคลื่อนที่ออกจากเสาอากาศของสถานีวิทยุเท่ากับความเร็วแสง: 300,000 กม./วินาที ซึ่งเร็วกว่าการแพร่กระจายของเสียงในอากาศเกือบล้านเท่า ซึ่งหมายความว่าหากเครื่องส่งสัญญาณถูกเปิด ณ เวลาใดเวลาหนึ่งที่สถานีวิทยุกระจายเสียงมอสโก คลื่นวิทยุจะไปถึงวลาดิวอสต็อกในเวลาน้อยกว่า 1/30 วินาที และเสียงในช่วงเวลานี้จะมีเวลาในการแพร่กระจายเพียง 10- 11 ม.

คลื่นวิทยุไม่เพียงแพร่กระจายในอากาศเท่านั้น แต่ยังแพร่กระจายไปยังบริเวณที่ไม่มีอากาศด้วย เช่น ในอวกาศ นี่คือความแตกต่างจากนี้ คลื่นเสียงซึ่งอากาศหรือตัวกลางที่มีความหนาแน่นอื่นๆ เช่น น้ำ มีความจำเป็นอย่างยิ่ง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า – สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แพร่กระจายในอวกาศ (การแกว่งของเวกเตอร์
). ใกล้กับประจุ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนเฟส p/2

รูปที่ 2.10 - สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบรวม

ที่ระยะห่างจากประจุมาก สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนเฟส

รูปที่ 2.11 - การเปลี่ยนแปลงในเฟสของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นแนวขวาง. ทิศทางความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางการเคลื่อนที่ของสกรูด้านขวาเมื่อหมุนด้ามจับของเวกเตอร์ gimlet เป็นเวกเตอร์ .

รูปที่ 2.12 - คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ยิ่งไปกว่านั้น ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ความสัมพันธ์ก็เป็นไปตามนั้น
โดยที่ c คือความเร็วแสงในสุญญากาศ

แม็กซ์เวลล์คำนวณพลังงานและความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในทางทฤษฎี

ดังนั้น, พลังงานคลื่นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสี่ของความถี่. ซึ่งหมายความว่าเพื่อที่จะตรวจจับคลื่นได้ง่ายขึ้น จะต้องมีความถี่สูง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกค้นพบโดย G. Hertz (1887)

วงจรออสซิลเลเตอร์แบบปิดไม่ปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า: พลังงานทั้งหมดของสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุจะถูกแปลงเป็นพลังงานของสนามแม่เหล็กของขดลวด ความถี่การสั่นถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ของวงจรออสซิลเลเตอร์:
.

รูปที่ 2.13 - วงจรออสซิลเลเตอร์

ในการเพิ่มความถี่จำเป็นต้องลด L และ C เช่น คลายขดลวดให้เป็นเส้นตรงและเพราะว่า
ลดพื้นที่แผ่นและเคลื่อนออกจากกันให้ได้ระยะสูงสุด จากนี้เราจะเห็นได้ว่าโดยพื้นฐานแล้วเราจะมีตัวนำตรง

อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าเครื่องสั่นของเฮิรตซ์ ตรงกลางถูกตัดและต่อเข้ากับหม้อแปลงความถี่สูง ระหว่างปลายสายไฟที่ตัวนำลูกบอลขนาดเล็กถูกยึดไว้ จะมีประกายไฟกระโดดซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นแพร่กระจายเพื่อให้เวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าแกว่งไปมาในระนาบที่ตัวนำนั้นตั้งอยู่

รูปที่ 2.14 - เครื่องสั่นเฮิรตซ์

หากคุณวางตัวนำ (เสาอากาศ) เดียวกันขนานกับตัวส่งสัญญาณ ประจุในนั้นจะเริ่มสั่นไหวและประกายไฟอ่อน ๆ จะกระโดดไปมาระหว่างตัวนำ

เฮิรตซ์ค้นพบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากการทดลองและวัดความเร็วซึ่งใกล้เคียงกับที่คำนวณโดยแมกซ์เวลล์และเท่ากับ c = 3 10 8 ม./วินาที.

สนามไฟฟ้ากระแสสลับจะสร้างสนามแม่เหล็กกระแสสลับ ซึ่งในทางกลับกันก็สร้างสนามไฟฟ้ากระแสสลับ กล่าวคือ เสาอากาศที่กระตุ้นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสนามใดสนามหนึ่งทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสนามเดียว คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของสนามนี้คือมันแพร่กระจายในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวกลางที่ไม่มีการสูญเสียนั้นขึ้นอยู่กับความสามารถในการซึมผ่านของอิเล็กทริกและแม่เหล็กของตัวกลาง สำหรับอากาศ การซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวกลางจะเท่ากับความสามัคคี ดังนั้น ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในกรณีนี้จะเท่ากับความเร็วของแสง

เสาอากาศอาจเป็นสายไฟแนวตั้งที่ขับเคลื่อนโดยเครื่องกำเนิดความถี่สูง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะใช้พลังงานเพื่อเร่งการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระในตัวนำ และพลังงานนี้จะถูกแปลงเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระแสสลับ ซึ่งก็คือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ยิ่งความถี่ของกระแสไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสูงเท่าไร สนามแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะเปลี่ยนแปลงเร็วขึ้นและการรักษาคลื่นก็จะยิ่งเข้มข้นมากขึ้นเท่านั้น

สายอากาศเชื่อมต่อเหมือนสนามไฟฟ้า สายไฟซึ่งเริ่มต้นที่ขั้วบวกและสิ้นสุดที่ประจุลบ และสนามแม่เหล็กซึ่งมีเส้นปิดรอบกระแสไฟฟ้าของเส้นลวด ยิ่งระยะเวลาการสั่นสั้นลง เวลาที่เหลืออยู่สำหรับพลังงานของสนามที่ถูกผูกไว้เพื่อกลับไปยังเส้นลวด (นั่นคือไปยังเครื่องกำเนิด) ยิ่งน้อยลง และยิ่งกลายเป็นสนามอิสระมากขึ้น ซึ่งแพร่กระจายต่อไปในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีประสิทธิผลเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขที่ความยาวคลื่นและความยาวของเส้นลวดเปล่งแสงมีความสมส่วนกัน

จึงสามารถกำหนดได้ว่า คลื่นวิทยุ- นี่คือสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่เกี่ยวข้องกับตัวส่งสัญญาณและอุปกรณ์สร้างช่องสัญญาณซึ่งแพร่กระจายอย่างอิสระในอวกาศในรูปแบบของคลื่นที่มีความถี่การสั่นตั้งแต่ 10 -3 ถึง 10 12 Hz

การแกว่งของอิเล็กตรอนในเสาอากาศถูกสร้างขึ้นโดยแหล่งกำเนิดของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่แปรผันเป็นระยะตามช่วงเวลา ต. หากในช่วงเวลาหนึ่งสนามที่เสาอากาศมีค่าสูงสุด หลังจากนั้นสักพักก็จะมีค่าเท่ากัน ต. ในช่วงเวลานี้ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีอยู่เดิมที่เสาอากาศจะเคลื่อนที่ไปไกล

แล = υT (1)

เรียกว่าระยะห่างขั้นต่ำระหว่างจุดสองจุดในช่องว่างซึ่งฟิลด์มีค่าเท่ากัน ความยาวคลื่น.ดังต่อไปนี้จาก (1) ความยาวคลื่น λ ขึ้นอยู่กับความเร็วของการแพร่กระจายและระยะเวลาการสั่นของอิเล็กตรอนในเสาอากาศ เพราะ ความถี่ปัจจุบัน ฉ = 1/ตแล้วตามด้วยความยาวคลื่น λ = υ / ฉ .

ลิงค์วิทยุประกอบด้วยส่วนหลักดังต่อไปนี้:

เครื่องส่ง

ผู้รับ

สภาพแวดล้อมที่คลื่นวิทยุแพร่กระจาย

เครื่องส่งและเครื่องรับเป็นองค์ประกอบที่ควบคุมได้ของลิงค์วิทยุ เนื่องจากคุณสามารถเพิ่มกำลังเครื่องส่ง เชื่อมต่อเสาอากาศที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และเพิ่มความไวของเครื่องรับได้ สื่อเป็นองค์ประกอบที่ไม่สามารถควบคุมได้ของลิงก์วิทยุ

ความแตกต่างระหว่างสายสื่อสารทางวิทยุและสายมีสายคือในสายมีสาย สายไฟหรือสายเคเบิลซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ควบคุมได้ (คุณสามารถเปลี่ยนพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าได้) จะถูกใช้เป็นตัวเชื่อมต่อ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นผลมาจากการถกเถียงและการทดลองหลายพันครั้งเป็นเวลาหลายปี ข้อพิสูจน์ถึงการมีอยู่ของพลังจากแหล่งกำเนิดตามธรรมชาติที่สามารถพลิกโฉมสังคมที่มีอยู่ได้ นี่คือการยอมรับความจริงง่ายๆ อย่างแท้จริง - เรารู้น้อยเกินไปเกี่ยวกับโลกที่เราอาศัยอยู่

ฟิสิกส์เป็นราชินีแห่งวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ที่สามารถให้คำตอบสำหรับคำถามเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตไม่เพียงแต่เท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงโลกด้วย ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กซึ่งปฏิสัมพันธ์ที่ก่อให้เกิด EMF (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า)

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคืออะไร

ไม่นานมานี้ภาพยนตร์เรื่อง "War of Currents" (2018) ได้รับการปล่อยตัวบนหน้าจอในประเทศของเราซึ่งบอกเล่าเกี่ยวกับข้อพิพาทระหว่างนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่สองคนเอดิสันและเทสลาด้วยนิยาย คนหนึ่งพยายามที่จะพิสูจน์ประโยชน์ของกระแสตรงและอีกคนหนึ่ง - ของกระแสสลับ การต่อสู้อันยาวนานนี้สิ้นสุดลงในปีที่เจ็ดของศตวรรษที่ 21 เท่านั้น

ในช่วงเริ่มต้นของ "การต่อสู้" นักวิทยาศาสตร์อีกคนที่ทำงานเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพอธิบายว่าไฟฟ้าและแม่เหล็กเป็นปรากฏการณ์ที่คล้ายกัน

ในปีที่สามสิบของศตวรรษที่ 19 ฟาราเดย์นักฟิสิกส์ที่เกิดในอังกฤษได้ค้นพบปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าและแนะนำคำศัพท์ของความสามัคคีของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก นอกจากนี้เขายังแย้งว่าการเคลื่อนไหวในสนามนี้ถูกจำกัดด้วยความเร็วแสง

หลังจากนั้นไม่นานทฤษฎีของนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Maxwell กล่าวว่าไฟฟ้าทำให้เกิดผลแม่เหล็กและแม่เหล็กทำให้เกิดลักษณะของสนามไฟฟ้า เนื่องจากสนามทั้งสองนี้เคลื่อนที่ในอวกาศและเวลา พวกมันจึงก่อให้เกิดการรบกวน ซึ่งก็คือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

พูดง่ายๆ ก็คือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นการรบกวนเชิงพื้นที่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

การมีอยู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้รับการพิสูจน์โดยการทดลองโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Hertz

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สมบัติและลักษณะเฉพาะ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีลักษณะโดยปัจจัยต่อไปนี้:

• ความยาว (ช่วงค่อนข้างกว้าง);
• ความถี่;
• ความเข้ม (หรือความกว้างของการสั่นสะเทือน);
• ปริมาณพลังงาน

คุณสมบัติพื้นฐานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดคือความยาวคลื่น (ในสุญญากาศ) ซึ่งโดยปกติจะระบุเป็นนาโนเมตรสำหรับสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้

แต่ละนาโนเมตรแทนหนึ่งในพันของไมโครเมตร และวัดโดยระยะห่างระหว่างยอดเขาสองยอดติดต่อกัน (จุดยอด)

ความถี่การปล่อยคลื่นที่สอดคล้องกันคือจำนวนการสั่นแบบไซนูซอยด์และเป็นสัดส่วนผกผันกับความยาวคลื่น

โดยทั่วไปความถี่จะวัดเป็นเฮิรตซ์ ดังนั้น คลื่นที่ยาวกว่าจึงสัมพันธ์กับการแผ่รังสีความถี่ต่ำ และคลื่นที่สั้นกว่าจึงสัมพันธ์กับการแผ่รังสีความถี่สูง

คุณสมบัติพื้นฐานของคลื่น:

• การหักเห;
• การสะท้อน;
• การดูดซึม;
• การรบกวน.

ความเร็วคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ความเร็วที่แท้จริงของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นอยู่กับวัสดุของตัวกลาง ความหนาแน่นของแสง และการมีอยู่ของปัจจัยต่างๆ เช่น ความดัน

นอกจากนี้ วัสดุที่แตกต่างกันมีความหนาแน่นของ "การอัดตัว" ของอะตอมต่างกัน ยิ่งอยู่ใกล้มากเท่าไร ระยะทางก็จะสั้นลงและความเร็วก็จะสูงขึ้นเท่านั้น เป็นผลให้ความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นอยู่กับวัสดุที่มันเคลื่อนที่ผ่าน

การทดลองที่คล้ายกันนี้ดำเนินการในเครื่องชนแฮดรอน โดยที่เครื่องมือหลักที่มีอิทธิพลคืออนุภาคที่มีประจุ กำลังเรียน ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นที่นั่นในระดับควอนตัม เมื่อแสงสลายตัวเป็นอนุภาคเล็กๆ นั่นก็คือโฟตอน แต่ ฟิสิกส์ควอนตัม– นี่เป็นหัวข้อแยกต่างหาก

ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ ความเร็วสูงสุดของการแพร่กระจายคลื่นจะต้องไม่เกินความเร็วแสงแม็กซ์เวลล์บรรยายถึงความจำกัดของการจำกัดความเร็วในงานของเขา โดยอธิบายเรื่องนี้ด้วยการมีสนามข้อมูลใหม่ - อีเธอร์ วิทยาศาสตร์สมัยใหม่อย่างเป็นทางการยังไม่ได้ศึกษาความสัมพันธ์ดังกล่าว

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและประเภทของมัน

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งสังเกตได้ในรูปของการแกว่งของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กซึ่งแพร่กระจายด้วยความเร็วแสง (300 กม. ต่อวินาทีในสุญญากาศ)

เมื่อรังสี EM ทำปฏิกิริยากับสสาร พฤติกรรมของมันจะเปลี่ยนไปในเชิงคุณภาพตามความถี่ที่เปลี่ยนแปลง ทำไมมันถึงเปลี่ยนเป็น:

1. การปล่อยคลื่นวิทยุที่ความถี่วิทยุและความถี่ไมโครเวฟ รังสีเอ็มจะมีปฏิกิริยากับสสารโดยส่วนใหญ่อยู่ในรูปของชุดประจุร่วมซึ่งกระจายไปทั่ว จำนวนมากอะตอมที่ได้รับผลกระทบ
2. รังสีอินฟราเรดแตกต่างจากวิทยุความถี่ต่ำและรังสีไมโครเวฟ ตัวส่งสัญญาณอินฟราเรดมักจะโต้ตอบกับไดโพลที่มีอยู่ในแต่ละโมเลกุล ซึ่งจะเปลี่ยนไปที่ปลายเมื่อพวกมันสั่นสะเทือน พันธะเคมีในระดับอะตอม
3. การปล่อยแสงที่มองเห็นได้เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นในช่วงที่มองเห็น โฟตอนจะมีพลังงานเพียงพอที่จะเปลี่ยนโครงสร้างพันธะของโมเลกุลแต่ละตัว
4. รังสีอัลตราไวโอเลตความถี่เพิ่มขึ้น ขณะนี้โฟตอนอัลตราไวโอเลตมีพลังงานเพียงพอ (มากกว่า 3 โวลต์) ที่จะทำหน้าที่เพิ่มพันธะของโมเลกุลเป็นสองเท่า และจัดเรียงพวกมันใหม่ทางเคมีอย่างต่อเนื่อง
5. รังสีไอออไนซ์ที่ความถี่สูงสุดและความยาวคลื่นสั้นที่สุด การดูดกลืนรังสีเหล่านี้ด้วยสสารส่งผลต่อสเปกตรัมแกมมาทั้งหมด ผลกระทบที่มีชื่อเสียงที่สุดคือรังสี

แหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคืออะไร

โลกตามทฤษฎีใหม่เกี่ยวกับต้นกำเนิดของทุกสิ่งเกิดขึ้นเนื่องจากแรงกระตุ้น เขาปล่อยพลังงานมหาศาลซึ่งเรียกว่าบิ๊กแบง นี่คือลักษณะที่คลื่นเอ็มคลื่นแรกปรากฏขึ้นในประวัติศาสตร์ของจักรวาล

ในปัจจุบัน แหล่งที่มาของการก่อความวุ่นวาย ได้แก่:

• EMW ถูกปล่อยออกมาจากเครื่องสั่นเทียม
• ผลจากการสั่นสะเทือนของกลุ่มอะตอมหรือส่วนต่างๆ ของโมเลกุล
• หากมีผลกระทบต่อเปลือกนอกของสาร (ในระดับอะตอม - โมเลกุล)
• เอฟเฟกต์คล้ายกับแสง
• ระหว่างการสลายตัวของนิวเคลียร์
• ผลที่ตามมาของการเบรกด้วยอิเล็กตรอน

ขนาดและการประยุกต์ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

สเกลการแผ่รังสีหมายถึงช่วงความถี่คลื่นขนาดใหญ่ตั้งแต่ 3·10 6 ۞10 -2 ถึง 10 -9 ۞ 10 -14

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแต่ละส่วนมีการใช้งานที่หลากหลายในชีวิตประจำวันของเรา:

1. คลื่นสั้น (ไมโครเวฟ) คลื่นไฟฟ้าเหล่านี้ถูกใช้เป็นสัญญาณดาวเทียมเพราะสามารถเลี่ยงชั้นบรรยากาศของโลกได้ นอกจากนี้ยังใช้เวอร์ชันที่ได้รับการปรับปรุงเล็กน้อยเพื่อให้ความร้อนและปรุงอาหารในห้องครัว - นี่คือเตาอบไมโครเวฟ หลักการทำอาหารนั้นง่าย - ภายใต้อิทธิพลของรังสีไมโครเวฟ โมเลกุลของน้ำจะถูกดูดซับและเร่ง ส่งผลให้จานร้อนขึ้น
2. การรบกวนระยะยาวถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีวิทยุ (คลื่นวิทยุ) ความถี่ของพวกเขาไม่อนุญาตให้เมฆและบรรยากาศผ่านไปได้เนื่องจากวิทยุ FM และโทรทัศน์มีให้สำหรับเรา
3. การรบกวนจากอินฟราเรดเกี่ยวข้องโดยตรงกับความร้อน แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเห็นเขา พยายามสังเกตลำแสงจากแผงควบคุมของทีวี สเตอริโอ หรือเครื่องเสียงรถยนต์โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษ อุปกรณ์ที่สามารถอ่านคลื่นดังกล่าวได้ถูกนำมาใช้ในกองทัพของประเทศต่างๆ (อุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืน) นอกจากนี้ในเตาแม่เหล็กไฟฟ้าในห้องครัว
4. อัลตราไวโอเลตก็เกี่ยวข้องกับความร้อนเช่นกัน “เครื่องกำเนิด” รังสีตามธรรมชาติที่ทรงพลังที่สุดก็คือดวงอาทิตย์ เป็นเพราะการกระทำของรังสีอัลตราไวโอเลตที่ผิวสีแทนก่อตัวบนผิวหนังมนุษย์ ในทางการแพทย์ คลื่นประเภทนี้ใช้เพื่อฆ่าเชื้อเครื่องมือ ฆ่าเชื้อโรค และ
5. รังสีแกมมาเป็นรังสีประเภทที่ทรงพลังที่สุด ซึ่งการรบกวนคลื่นสั้นที่มีความถี่สูงจะเข้มข้น พลังงานที่มีอยู่ในสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนนี้ทำให้รังสีมีพลังทะลุผ่านได้มากขึ้น มีผลบังคับใช้ใน ฟิสิกส์นิวเคลียร์- สงบ, อาวุธนิวเคลียร์- การใช้การต่อสู้

อิทธิพลของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีต่อสุขภาพของมนุษย์

การวัดผลกระทบของแรงเคลื่อนไฟฟ้าต่อมนุษย์เป็นความรับผิดชอบของนักวิทยาศาสตร์ แต่คุณไม่จำเป็นต้องเป็นผู้เชี่ยวชาญในการประเมินความเข้มของรังสีไอออไนซ์ - มันกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงในระดับ DNA ของมนุษย์ซึ่งก่อให้เกิดโรคร้ายแรงเช่นเนื้องอกวิทยา

ไม่ใช่เพื่ออะไรเลยที่ผลกระทบที่เป็นอันตรายจากภัยพิบัติโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลถือเป็นสิ่งที่อันตรายที่สุดต่อธรรมชาติ พื้นที่ที่ครั้งหนึ่งเคยสวยงามหลายตารางกิโลเมตรกลายเป็นเขตที่แยกตัวออกไปโดยสิ้นเชิง จนถึงสิ้นศตวรรษ การระเบิดที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลก่อให้เกิดอันตรายจนกว่าครึ่งชีวิตของนิวไคลด์กัมมันตรังสีจะสิ้นสุดลง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าบางประเภท (วิทยุ อินฟราเรด อัลตราไวโอเลต) ไม่ก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อมนุษย์และทำให้เกิดความรู้สึกไม่สบายเท่านั้น ท้ายที่สุดแล้ว เราไม่ได้รู้สึกถึงสนามแม่เหล็กของโลกเลย แต่เป็นแรงเคลื่อนไฟฟ้าจาก โทรศัพท์มือถืออาจทำให้เกิด ปวดศีรษะ(ผลต่อระบบประสาท).

เพื่อปกป้องสุขภาพของคุณจากแม่เหล็กไฟฟ้า คุณควรใช้มาตรการป้องกันที่สมเหตุสมผล แทนที่จะใช้เวลาหลายร้อยชั่วโมง เกมคอมพิวเตอร์ออกไปเดินเล่น