Czym jest fala elektromagnetyczna i jak powstaje. Wpływ fal elektromagnetycznych na zdrowie człowieka. Jak gęstość energii pola elektromagnetycznego zależy od natężenia pola elektrycznego?

), który opisuje pole elektromagnetyczne, teoretycznie pokazał, że pole elektromagnetyczne w próżni może istnieć nawet przy braku źródeł - ładunków i prądów. Pole bez źródeł ma postać fal rozchodzących się ze skończoną prędkością, która w próżni jest równa prędkości światła: z= 299792458±1,2 m/s. Dopasowanie prędkości propagacji fale elektromagnetyczne w próżni o zmierzonej wcześniej prędkości światła pozwoliło Maxwellowi wywnioskować, że światło jest falą elektromagnetyczną. Ten wniosek stał się później podstawą elektromagnetycznej teorii światła.

W 1888 r. Otrzymano teorię fal elektromagnetycznych eksperymentalne potwierdzenie w eksperymentach G. Hertza. Korzystanie ze źródła Wysokie napięcie i wibratory (patrz wibrator Hertza), Hertz był w stanie przeprowadzić subtelne eksperymenty, aby określić prędkość propagacji fali elektromagnetycznej i jej długość. Potwierdzono doświadczalnie, że prędkość propagacji fali elektromagnetycznej jest równa prędkości światła, co dowiodło elektromagnetycznej natury światła.

Fale elektromagnetyczne są wynikiem wieloletnich debat i tysięcy eksperymentów. Dowód na obecność sił naturalnego pochodzenia, które mogą zmienić obecne społeczeństwo. To jest faktyczna akceptacja prostej prawdy – zbyt mało wiemy o świecie, w którym żyjemy.

Fizyka jest królową wśród nauk przyrodniczych, potrafiącą odpowiedzieć na pytania o pochodzenie nie tylko życia, ale i samego świata. Daje naukowcom możliwość badania pól elektrycznych i magnetycznych, których oddziaływanie generuje EMW (fale elektromagnetyczne).

Co to jest fala elektromagnetyczna

Nie tak dawno na ekrany naszego kraju wszedł film „Wojna prądów” (2018), w którym z odrobiną fikcji opowiada o sporze między dwoma wielkimi naukowcami Edisonem i Teslą. Próbowano udowodnić korzyści z prąd stały, druga - ze zmiennej. Ta długa bitwa zakończyła się dopiero w siódmym roku XXI wieku.

Na samym początku „bitwy” inny naukowiec zajmujący się teorią względności określił elektryczność i magnetyzm jako podobne zjawiska.

W trzydziestym roku XIX wieku urodzony w Anglii fizyk Faraday odkrył zjawisko Indukcja elektromagnetyczna i wprowadził pojęcie jedności pola elektrycznego i magnetycznego. Twierdził też, że ruch w tej dziedzinie jest ograniczony prędkością światła.

Nieco później teoria angielskiego naukowca Maxwella mówi, że elektryczność powoduje efekt magnetyczny, a magnetyzm powoduje pojawienie się pole elektryczne. Ponieważ oba te pola poruszają się w przestrzeni i czasie, tworzą perturbacje – czyli fale elektromagnetyczne.

Mówiąc najprościej, fala elektromagnetyczna to zaburzenie przestrzenne pole elektromagnetyczne.

Eksperymentalnie istnienie EMW udowodnił niemiecki naukowiec Hertz.

Fale elektromagnetyczne, ich właściwości i charakterystyka

Fale elektromagnetyczne charakteryzują się następującymi czynnikami:

• długość (wystarczająco szeroki zakres);
• częstotliwość;
• intensywność (lub amplituda oscylacji);
• ilość energii.

Główną właściwością całego promieniowania elektromagnetycznego jest długość fali (w próżni), która zwykle jest podawana w nanometrach dla widma światła widzialnego.

Każdy nanometr odpowiada jednej tysięcznej mikrometra i jest mierzony odległością między dwoma kolejnymi pikami (wierzchołkami).

Odpowiednia częstotliwość emisji fali to liczba oscylacji sinusoidalnych i odwrotna proporcjonalność długość fali.

Częstotliwość jest zwykle mierzona w hercach. Zatem dłuższe fale odpowiadają niższej częstotliwości promieniowania, a krótsze fale odpowiadają wyższej częstotliwości promieniowania.

Główne właściwości fal:

• refrakcja;
• odbicie;
• wchłanianie;
• ingerencja.

prędkość fali elektromagnetycznej

Rzeczywista prędkość propagacji fali elektromagnetycznej zależy od materiału, jakim dysponuje ośrodek, jego gęstości optycznej oraz obecności takiego czynnika jak ciśnienie.

Oprócz, różne materiały mają różną gęstość „upakowania” atomów, im bliżej się znajdują, tym odległość jest mniejsza, a prędkość większa. W rezultacie prędkość fali elektromagnetycznej zależy od materiału, przez który przechodzi.

Podobne eksperymenty przeprowadza się w zderzaczu hadronów, gdzie głównym instrumentem oddziaływania jest naładowana cząstka. Nauka o zjawiska elektromagnetyczne zachodzi tam na poziomie kwantowym, kiedy światło rozkłada się na drobne cząstki - fotony. Ale fizyka kwantowa to osobna kwestia.

Zgodnie z teorią względności najwyższa prędkość propagacji fali nie może przekraczać prędkości światła. Skończoność ograniczenia prędkości w swoich pismach opisał Maxwell, tłumacząc to obecnością nowego pola – eteru. Współczesna oficjalna nauka nie zbadała jeszcze takiego związku.

Promieniowanie elektromagnetyczne i jego rodzaje

Promieniowanie elektromagnetyczne składa się z fal elektromagnetycznych, które są obserwowane jako fluktuacje pól elektrycznych i magnetycznych, rozchodzące się z prędkością światła (300 km na sekundę w próżni).

Kiedy promieniowanie EM wchodzi w interakcję z materią, jego zachowanie zmienia się jakościowo wraz ze zmianą częstotliwości. Dlaczego jest konwertowany na:

1. Emisja radiowa. Na częstotliwościach radiowych i mikrofalowych promieniowanie em oddziałuje z materią głównie w postaci wspólnego zestawu ładunków, które są rozłożone na duża liczba dotknięte atomy.
2. Promieniowanie podczerwone. W przeciwieństwie do promieniowania radiowego i mikrofalowego o niskiej częstotliwości, emiter podczerwieni zwykle oddziałuje z dipolami obecnymi w poszczególnych cząsteczkach, które zmieniają się na końcach, gdy wibrują. wiązanie chemiczne na poziomie atomowym.
3. Widoczna emisja światła. Wraz ze wzrostem częstotliwości w zakresie widzialnym fotony mają wystarczającą energię, aby zmienić związaną strukturę niektórych pojedynczych cząsteczek.
4. Promieniowanie ultrafioletowe. Częstotliwość wzrasta. W fotonach ultrafioletowych (powyżej trzech woltów) jest teraz wystarczająco dużo energii, aby podwójnie oddziaływać na wiązania molekuł, nieustannie zmieniając ich kolejność chemiczną.
5. Promieniowanie jonizujące. Przy najwyższych częstotliwościach i najmniejszej długości fali. Absorpcja tych promieni przez materię wpływa na całe widmo gamma. Najbardziej znanym efektem jest promieniowanie.

Jakie jest źródło fal elektromagnetycznych

Świat, zgodnie z młodą teorią powstania wszystkiego, powstał dzięki impulsowi. Uwolnił kolosalną energię, którą nazwano wielką eksplozją. Tak pojawiła się pierwsza w historii wszechświata fala em-fala.

Obecnie źródła powstawania zaburzeń obejmują:

• emv emituje sztuczny wibrator;
• wynik wibracji grup atomowych lub części cząsteczek;
• jeśli występuje wpływ na zewnętrzną powłokę substancji (na poziomie atomowo-cząsteczkowym);
• efekt podobny do światła;
• podczas rozpadu jądrowego;
• konsekwencja spowolnienia elektronów.

Skala i zastosowanie promieniowania elektromagnetycznego

Skala promieniowania oznacza szeroki zakres częstotliwości fal od 3,10 6 ÷ 10 -2 do 10 -9 ÷ 10 -14 .

Każda część widma elektromagnetycznego ma szerokie zastosowanie w naszym codziennym życiu:

1. Fale o małej długości (mikrofale). Te fale elektryczne są wykorzystywane jako sygnał satelitarny, ponieważ są w stanie ominąć ziemską atmosferę. Również nieco ulepszona wersja służy do ogrzewania i gotowania w kuchni - jest to kuchenka mikrofalowa. Zasada gotowania jest prosta – pod wpływem promieniowania mikrofalowego cząsteczki wody są pochłaniane i przyspieszane, co powoduje nagrzewanie się potrawy.
2. Perturbacje długie są wykorzystywane w technologiach radiowych (fale radiowe). Ich częstotliwość nie przepuszcza chmur i atmosfery, dzięki czemu dostępne jest dla nas radio FM i telewizja.
3. Zakłócenie podczerwieni jest bezpośrednio związane z ciepłem. Widoczne go jest prawie niemożliwe. Postaraj się zauważyć bez specjalnego sprzętu wiązkę z pilota telewizora, centrum muzyczne lub radio w samochodzie. Urządzenia zdolne do odczytywania takich fal są używane w armiach krajów (noktowizor). Również w kuchenkach indukcyjnych w kuchniach.
4. Ultrafiolet jest również związany z ciepłem. Najpotężniejszym naturalnym „generatorem” takiego promieniowania jest słońce. To z powodu działania promieniowania ultrafioletowego na skórze człowieka powstaje opalenizna. W medycynie ten rodzaj fali jest używany do dezynfekcji narzędzi, zabijania zarazków i.
5. Promienie gamma są najpotężniejszym rodzajem promieniowania, w którym skupiają się zakłócenia krótkofalowe Wysoka częstotliwość. Energia zawarta w tej części widma elektromagnetycznego nadaje promieniom większą siłę przenikania. Obowiązuje w Fizyka nuklearna- spokojna broń nuklearna- użycie bojowe.

Wpływ fal elektromagnetycznych na zdrowie człowieka

Pomiar wpływu emv na ludzi jest obowiązkiem naukowców. Ale nie trzeba być specjalistą, aby ocenić intensywność promieniowania jonizującego - wywołuje zmiany na poziomie ludzkiego DNA, co pociąga za sobą tak poważne choroby jak onkologia.

Nic dziwnego, że szkodliwy wpływ katastrofy w Czarnobylu jest uważany za jeden z najbardziej niebezpiecznych dla przyrody. Kilka kilometrów kwadratowych niegdyś pięknego terytorium stało się strefą całkowitego wykluczenia. Do końca wieku eksplozja w elektrowni jądrowej w Czarnobylu jest niebezpieczna, dopóki nie zakończy się okres półtrwania radionuklidów.

Niektóre rodzaje emv (radiowe, podczerwone, ultrafioletowe) nie wyrządzają dużej szkody osobie i są jedynie dyskomfortem. W końcu pole magnetyczne ziemi praktycznie nie jest przez nas odczuwalne, ale emv z telefonu komórkowego może powodować bół głowy(wpływ na układ nerwowy).

Aby chronić swoje zdrowie przed elektromagnetyzmem, powinieneś po prostu zachować rozsądne środki ostrożności. Zamiast setek godzin gra komputerowa wyjść na spacer.

Postęp technologiczny ma Odwrotna strona. Globalne zastosowanie różne urządzenia, zasilany energią elektryczną, stał się przyczyną zanieczyszczenia, któremu nadano nazwę - szum elektromagnetyczny. W tym artykule rozważymy naturę tego zjawiska, stopień jego wpływu na organizm człowieka oraz środki ochronne.

Co to jest i źródła promieniowania

Promieniowanie elektromagnetyczne to fale elektromagnetyczne, które powstają, gdy zakłócone jest pole magnetyczne lub elektryczne. współczesna fizyka interpretuje ten proces w ramach teorii dualizmu falowo-cząsteczkowego. Oznacza to, że minimalna część promieniowania elektromagnetycznego jest kwantem, ale jednocześnie ma właściwości fal częstotliwościowych, które określają jego główne cechy.

Widmo częstotliwości promieniowania pola elektromagnetycznego pozwala podzielić je na następujące typy:

• częstotliwość radiowa (w tym fale radiowe);
• termiczna (podczerwień);
• optyczny (czyli widoczny dla oka);
• promieniowanie w widmie ultrafioletowym i twarde (zjonizowane).

Szczegółową ilustrację zakresu widmowego (skala emisji elektromagnetycznej) można zobaczyć na poniższym rysunku.

Charakter źródeł promieniowania

W zależności od pochodzenia źródła promieniowania fal elektromagnetycznych w praktyce światowej dzieli się zwykle na dwa typy, a mianowicie:

• zaburzenia pola elektromagnetycznego sztucznego pochodzenia;
• promieniowanie ze źródeł naturalnych.

Promieniowanie pochodzące z pola magnetycznego wokół Ziemi, procesy elektryczne w atmosferze naszej planety, fuzja nuklearna w trzewiach słońca - wszystkie są pochodzenia naturalnego.

Jeśli chodzi o sztuczne źródła, to… efekt uboczny spowodowane działaniem różnych mechanizmów i urządzeń elektrycznych.

Emanujące z nich promieniowanie może być nisko- i wysokopoziomowe. Stopień natężenia promieniowania pola elektromagnetycznego całkowicie zależy od poziomów mocy źródeł.

Przykłady źródeł o wysokim EMP obejmują:

• Linie energetyczne są zwykle pod wysokim napięciem;
• wszystkie rodzaje transportu elektrycznego wraz z infrastrukturą towarzyszącą;
• wieże telewizyjne i radiowe oraz stacje łączności ruchomej i mobilnej;
• zakłady konwersji napięcia sieć elektryczna(w szczególności fale pochodzące z transformatora lub podstacji rozdzielczej);
• windy i inne rodzaje urządzeń dźwigowych, w których używana jest elektrownia elektromechaniczna.

Typowe źródła emitujące promieniowanie o niskim poziomie to następujący sprzęt elektryczny:

• prawie wszystkie urządzenia z wyświetlaczem CRT (np. terminal płatniczy lub komputer);
• Różne rodzaje sprzęt AGD, począwszy od żelazek po systemy klimatyczne;
• systemy inżynieryjne dostarczające energię elektryczną do różnych obiektów (to znaczy nie tylko kabel zasilający, ale także związane z nim urządzenia, takie jak gniazdka i liczniki energii elektrycznej).

Osobno warto to podkreślić specjalny sprzęt stosowany w medycynie, który emituje twarde promieniowanie (aparaty rentgenowskie, rezonans magnetyczny itp.).

Wpływ na osobę

W trakcie licznych badań radiobiolodzy doszli do rozczarowującego wniosku - długotrwałe promieniowanie fal elektromagnetycznych może powodować „eksplozję” chorób, to znaczy powoduje szybki rozwój procesów patologicznych w ludzkim ciele. Co więcej, wiele z nich wprowadza naruszenia na poziomie genetycznym.

Wideo: Jak to wpływa promieniowanie elektromagnetyczne na ludziach.
https://www.youtube.com/watch?v=FYWgXyHW93Q

Wynika to z faktu, że pole elektromagnetyczne wysoki poziom aktywność biologiczna, która negatywnie wpływa na organizmy żywe. Współczynnik wpływu zależy od następujących składników:

• charakter wytwarzanego promieniowania;
• jak długo i z jaką intensywnością trwa.

Wpływ na zdrowie człowieka promieniowania, które ma charakter elektromagnetyczny, zależy bezpośrednio od lokalizacji. Może być zarówno lokalny, jak i ogólny. W tym ostatnim przypadku dochodzi do napromieniowania na dużą skalę, na przykład promieniowania wytwarzanego przez linie energetyczne.

W związku z tym lokalne napromieniowanie odnosi się do wpływu na określone części ciała. Wychodzące z zegar elektroniczny lub fale elektromagnetyczne telefonów komórkowych, doskonały przykład lokalnego oddziaływania.

Oddzielnie należy zwrócić uwagę na termiczny wpływ promieniowania elektromagnetycznego o wysokiej częstotliwości na żywą materię. Energia pola jest zamieniana na energia cieplna(ze względu na drgania molekuł) efekt ten opiera się na pracy przemysłowych emiterów mikrofal wykorzystywanych do ogrzewania różne substancje. W przeciwieństwie do korzyści procesy produkcji, oddziaływanie termiczne na organizm ludzki może być szkodliwe. Z punktu widzenia radiobiologii nie zaleca się przebywania w pobliżu „ciepłych” urządzeń elektrycznych.

Trzeba wziąć pod uwagę, że w życiu codziennym jesteśmy regularnie narażeni na promieniowanie, a dzieje się to nie tylko w pracy, ale także w domu czy podczas poruszania się po mieście. Z biegiem czasu efekt biologiczny kumuluje się i nasila. Wraz ze wzrostem szumu elektromagnetycznego liczba charakterystycznych chorób mózgu lub system nerwowy. Należy zauważyć, że radiobiologia jest dość młodą nauką, dlatego szkody wyrządzane żywym organizmom przez promieniowanie elektromagnetyczne nie zostały dokładnie zbadane.

Rysunek pokazuje poziom fal elektromagnetycznych wytwarzanych przez konwencjonalne urządzenia gospodarstwa domowego.

Zwróć uwagę, że poziom natężenia pola znacznie spada wraz z odległością. Oznacza to, że aby zmniejszyć jego działanie, wystarczy oddalić się od źródła na pewną odległość.

Wzór na obliczenie normy (racjonowania) promieniowania pola elektromagnetycznego jest wskazany w odpowiednich GOST i SanPiN.

Ochrona przed promieniowaniem

W produkcji ekrany pochłaniające (ochronne) są aktywnie wykorzystywane jako środek ochrony przed promieniowaniem. Niestety nie jest możliwe zabezpieczenie się przed promieniowaniem pola elektromagnetycznego za pomocą takiego sprzętu w domu, ponieważ nie jest on do tego przeznaczony.

• aby zredukować wpływ promieniowania pola elektromagnetycznego do prawie zera, należy oddalić się od linii energetycznych, wież radiowych i telewizyjnych na odległość co najmniej 25 metrów (należy liczyć się z mocą źródła);
• dla monitora CRT i telewizora odległość ta jest znacznie mniejsza - około 30 cm;
• zegar elektroniczny nie powinien znajdować się blisko poduszki, optymalna odległość dla nich ponad 5 cm;
• co do radia i telefony komórkowe, zbliżanie ich bliżej niż 2,5 centymetra nie jest zalecane.

Pamiętaj, że wiele osób wie, jak niebezpieczne jest stanie obok linie wysokiego napięcia linie energetyczne, ale jednocześnie większość ludzi nie przywiązuje wagi do zwykłych domowych urządzeń elektrycznych. Chociaż wystarczy włożyć Jednostka systemowa na podłodze lub odsuń się, a ochronisz siebie i swoich bliskich. Radzimy to zrobić, a następnie zmierzyć tło z komputera za pomocą detektora promieniowania pola elektromagnetycznego w celu wizualnej weryfikacji jego redukcji.

Ta rada dotyczy również umieszczenia lodówki, wielu umieszcza ją blisko Stół kuchenny, praktyczne, ale niebezpieczne.

Żadna tabela nie będzie w stanie określić dokładnej bezpieczna odległość z określonego sprzętu elektrycznego, ponieważ promieniowanie może się różnić, zarówno w zależności od modelu urządzenia, jak i kraju produkcji. W tej chwili nie ma jednego standardu międzynarodowego, dlatego w różnych krajów normy mogą się znacznie różnić.

Możesz dokładnie określić intensywność promieniowania za pomocą specjalne urządzenie- Fluksomierz. Zgodnie ze standardami przyjętymi w Rosji maksymalna dopuszczalna dawka nie powinna przekraczać 0,2 μT. Zalecamy wykonanie pomiaru w mieszkaniu za pomocą w/w urządzenia do pomiaru stopnia promieniowania pola elektromagnetycznego.

Staraj się skrócić czas narażenia na promieniowanie, to znaczy nie przebywaj przez długi czas w pobliżu pracujących urządzeń elektrycznych. Na przykład nie jest konieczne ciągłe stanie przy kuchence elektrycznej lub kuchence mikrofalowej podczas gotowania. Jeśli chodzi o sprzęt elektryczny, widać, że ciepło nie zawsze oznacza bezpieczne.

Zawsze wyłączaj urządzenia elektryczne, gdy nie są używane. Ludzie często zostawiają to włączone różne urządzenia, nie biorąc pod uwagę, że w tym czasie emitowane jest promieniowanie elektromagnetyczne z elektrotechniki. Wyłącz laptopa, drukarkę lub inny sprzęt, nie musisz ponownie narażać się na promieniowanie, pamiętaj o swoim bezpieczeństwie.

M. Faraday przedstawił pojęcie pola:

pole elektrostatyczne wokół ładunku w spoczynku

wokół poruszających się ładunków (prądów) występuje pole magnetyczne.

W 1830 r. M. Faraday odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej: gdy zmienia się pole magnetyczne, powstaje wirowe pole elektryczne.

Rysunek 2.7 - Pole elektryczne wirów

gdzie,
- wektor natężenia pola elektrycznego,
- wektor indukcji magnetycznej.

Zmienne pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne.

W 1862 r. D.K. Maxwell postawił hipotezę: gdy zmienia się pole elektryczne, powstaje wirowe pole magnetyczne.

Powstała idea pojedynczego pola elektromagnetycznego.

Rysunek 2.8 - Zunifikowane pole elektromagnetyczne.

Zmienne pole elektryczne wytwarza wirowe pole magnetyczne.

Pole elektromagnetyczne- to szczególna forma materii - połączenie pól elektrycznych i magnetycznych. Zmienne pola elektryczne i magnetyczne istnieją jednocześnie i tworzą jedno pole elektromagnetyczne. Jest to materiał:

Przejawia się w działaniu zarówno na odpoczywających, jak i poruszających się podopiecznych;

Rozprzestrzenia się z dużą, ale skończoną prędkością;

Istnieje niezależnie od naszej woli i pragnień.

Przy zerowej szybkości ładowania istnieje tylko pole elektryczne. Przy stałej szybkości ładowania generowane jest pole elektromagnetyczne.

Wraz z przyspieszonym ruchem ładunku emitowana jest fala elektromagnetyczna, która rozchodzi się w przestrzeni ze skończoną prędkością .

Rozwój idei fal elektromagnetycznych należy do Maxwella, ale Faraday już wiedział o ich istnieniu, choć bał się opublikować pracę (przeczytano ją ponad 100 lat po jego śmierci).

Głównym warunkiem powstania fali elektromagnetycznej jest przyspieszony ruch ładunków elektrycznych.

Czym jest fala elektromagnetyczna, łatwo sobie wyobrazić następujący przykład. Jeśli rzucisz kamyk na powierzchnię wody, na powierzchni powstają fale rozchodzące się w kółko. Poruszają się od źródła ich występowania (perturbacji) z określoną prędkością propagacji. W przypadku fal elektromagnetycznych zakłóceniami są pola elektryczne i magnetyczne poruszające się w przestrzeni. Zmienne w czasie pole elektromagnetyczne z konieczności wywołuje zmienne pole magnetyczne i odwrotnie. Pola te są ze sobą połączone.

Głównym źródłem widma fal elektromagnetycznych jest gwiazda słoneczna. Część widma fal elektromagnetycznych widzi ludzkie oko. Widmo to mieści się w zakresie 380...780 nm (rys. 2.1). W zakresie widzialnym oko inaczej odbiera światło. Oscylacje elektromagnetyczne o różnych długościach fal powodują wrażenie światła o różnych kolorach.

Rysunek 2.9 - Widmo fal elektromagnetycznych

Część widma fal elektromagnetycznych jest wykorzystywana do celów nadawania i komunikacji radiowej i telewizyjnej. Źródłem fal elektromagnetycznych jest przewód (antena), w którym występują drgania ładunki elektryczne. Proces formowania się pól, który rozpoczął się w pobliżu drutu, stopniowo, punkt po punkcie, obejmuje całą przestrzeń. Im wyższa częstotliwość prąd przemienny przechodząc przez przewód i generując pole elektryczne lub magnetyczne, tym bardziej intensywne są fale radiowe o określonej długości wytwarzane przez przewód.

Radio(łac. radio - emituj, emituj promienie ← promień - wiązka) - rodzaj komunikacji bezprzewodowej, w której fale radiowe swobodnie rozchodzące się w przestrzeni są wykorzystywane jako nośnik sygnału.

fale radiowe(z radia...), fale elektromagnetyczne o długości fali > 500 µm (częstotliwość< 6×10 12 Гц).

Fale radiowe to pola elektryczne i magnetyczne, które zmieniają się w czasie. Prędkość propagacji fal radiowych w wolnej przestrzeni wynosi 300 000 km/s. Na tej podstawie możesz określić długość fali radiowej (m).

λ=300/f, gdzie f - częstotliwość (MHz)

Drgania dźwiękowe powietrza powstające podczas rozmowy telefonicznej są zamieniane przez mikrofon na drgania elektryczne o częstotliwości dźwięku, które są przekazywane przewodami do urządzeń abonenckich. Tam, na drugim końcu linii, za pomocą emitera telefonu zamieniane są na drgania powietrza odbierane przez abonenta jako dźwięki. W telefonii środkiem porozumiewania się są przewody, w radiofonii fale radiowe.

„Sercem” nadajnika każdej radiostacji jest generator – urządzenie generujące oscylacje o wysokiej, ale ściśle stałej częstotliwości dla danej stacji radiowej. Te oscylacje częstotliwości radiowej, wzmocnione do wymaganej mocy, wchodzą do anteny i wzbudzają w otaczającej przestrzeni oscylacje elektromagnetyczne o dokładnie tej samej częstotliwości - fale radiowe. Szybkość usuwania fal radiowych z anteny radiostacji jest równa prędkości światła: 300 000 km/s, czyli prawie milion razy szybciej niż rozchodzenie się dźwięku w powietrzu. Oznacza to, że gdyby nadajnik został włączony w określonym momencie w Moskiewskiej Rozgłośni, to jego fale radiowe dotarłyby do Władywostoku w mniej niż 1/30 s, a dźwięk w tym czasie miałby czas na rozchodzenie się tylko 10- 11m.

Fale radiowe rozchodzą się nie tylko w powietrzu, ale także tam, gdzie ich nie ma, np. w kosmosie. W tym różnią się od fale dźwiękowe, dla których bezwzględnie konieczne jest powietrze lub inny gęsty ośrodek, taki jak woda.

fala elektromagnetyczna jest polem elektromagnetycznym rozchodzącym się w przestrzeni (oscylacje wektorów
). W pobliżu ładunku pola elektryczne i magnetyczne zmieniają się z przesunięciem fazowym p/2.

Rysunek 2.10 - Zunifikowane pole elektromagnetyczne.

W dużej odległości od ładunku pola elektryczne i magnetyczne zmieniają fazę.

Rysunek 2.11 - Zmiana w fazie w polach elektrycznych i magnetycznych.

Fala elektromagnetyczna jest poprzeczna. Kierunek prędkości fali elektromagnetycznej pokrywa się z kierunkiem ruchu prawej śruby podczas obracania uchwytu świdra wektorowego do wektora .

Rysunek 2.12 - Fala elektromagnetyczna.

Ponadto w fali elektromagnetycznej relacja
, gdzie c jest prędkością światła w próżni.

Maxwell teoretycznie obliczył energię i prędkość fal elektromagnetycznych.

Zatem, energia fali jest wprost proporcjonalna do czwartej potęgi częstotliwości. Oznacza to, że aby łatwiej naprawić falę, konieczne jest, aby miała ona wysoką częstotliwość.

Fale elektromagnetyczne odkrył G. Hertz (1887).

Zamknięty obwód oscylacyjny nie emituje fal elektromagnetycznych: cała energia pola elektrycznego kondensatora jest przekształcana w energię pola magnetycznego cewki. Częstotliwość drgań jest określona przez parametry obwodu oscylacyjnego:
.

Rysunek 2.13 - Obwód oscylacyjny.

Aby zwiększyć częstotliwość, konieczne jest zmniejszenie L i C, tj. obrócić cewkę na prosty drut i, jak
, zmniejsz powierzchnię płytek i rozłóż je do maksymalna odległość. To pokazuje, że w istocie otrzymujemy przewodnik prosty.

Takie urządzenie nazywa się wibratorem Hertza. Środek jest wycięty i podłączony do transformatora wysokiej częstotliwości. Pomiędzy końcami drutów, na których zamocowane są małe przewodniki kuliste, przeskakuje iskra elektryczna będąca źródłem fali elektromagnetycznej. Fala rozchodzi się w taki sposób, że wektor natężenia pola elektrycznego oscyluje w płaszczyźnie, w której znajduje się przewodnik.

Rysunek 2.14 - Wibrator Hertz.

Jeśli ten sam przewodnik (antena) zostanie umieszczony równolegle do emitera, znajdujące się w nim ładunki będą oscylować, a słabe iskry będą przeskakiwać między przewodami.

Hertz odkrył fale elektromagnetyczne eksperymentalnie i zmierzył ich prędkość, która pokrywała się z obliczoną przez Maxwella i równą c=3. 10 8 m/s.

Zmienne pole elektryczne generuje zmienne pole magnetyczne, które z kolei generuje zmienne pole elektryczne, czyli antena wzbudzająca jedno z pól powoduje pojawienie się pojedynczego pola elektromagnetycznego. Najważniejszą właściwością tego pola jest to, że rozchodzi się ono w postaci fal elektromagnetycznych.

Prędkość propagacji fal elektromagnetycznych w ośrodku bezstratnym zależy od względnej przepuszczalności dielektrycznej i magnetycznej ośrodka. W przypadku powietrza przepuszczalność magnetyczna ośrodka jest równa jeden, dlatego prędkość propagacji fal elektromagnetycznych w tym przypadku jest równa prędkości światła.

Antena może być przewodem pionowym zasilanym z generatora wysokiej częstotliwości. Generator zużywa energię, aby przyspieszyć ruch swobodnych elektronów w przewodniku, a energia ta jest przekształcana w przemienne pole elektromagnetyczne, czyli fale elektromagnetyczne. Im wyższa częstotliwość prądu generatora, tym szybciej zmienia się pole elektromagnetyczne i tym intensywniejsze jest gojenie się fali.

Anteny są połączone z przewodem jak pole elektryczne, linie siły który zaczyna się na dodatnim, a kończy na ujemnych ładunkach, oraz pole magnetyczne, którego linie są zamknięte wokół prądu drutu. Im krótszy okres oscylacji, tym mniej czasu pozostaje energii pól związanych na powrót do drutu (czyli do generatora) i tym więcej przechodzi w pola swobodne, które rozchodzą się dalej w postaci fal elektromagnetycznych. Efektywne promieniowanie fal elektromagnetycznych zachodzi pod warunkiem współmierności długości fali i długości drutu promieniującego.

Można więc stwierdzić, że fala radiowa- jest to pole elektromagnetyczne niezwiązane z emiterem i urządzeniami tworzącymi kanały, swobodnie rozchodzące się w przestrzeni w postaci fali o częstotliwości oscylacji od 10 -3 do 10 12 Hz.

Oscylacje elektronów w antenie są tworzone przez źródło okresowo zmieniającego się pola elektromagnetycznego o okresie T. Jeśli w pewnym momencie pole przy antenie miało wartość maksymalną, to po chwili będzie miało tę samą wartość T. W tym czasie pole elektromagnetyczne, które istniało w początkowym momencie w antenie, przesunie się na odległość

λ = υТ (1)

Minimalna odległość między dwoma punktami w przestrzeni, w których pole ma tę samą wartość, nazywa się długość fali. Jak wynika z (1), długość fali λ zależy od szybkości jego propagacji i okresu oscylacji elektronów w antenie. Jak częstotliwość obecny f = 1 / T, to długość fali λ = υ / f .

Łącze radiowe obejmuje następujące główne części:

Nadajnik

Odbiorca

Medium, w którym rozchodzą się fale radiowe.

Nadajnik i odbiornik są sterowalnymi elementami łącza radiowego, ponieważ możliwe jest zwiększenie mocy nadajnika, podłączenie wydajniejszej anteny oraz zwiększenie czułości odbiornika. Medium jest niekontrolowanym elementem łącza radiowego.

Różnica między linią radiową a liniami przewodowymi polega na tym, że linie przewodowe wykorzystują przewody lub kable jako ogniwa łączące, które są elementami sterowanymi (można zmieniać ich parametry elektryczne).

Mało kto wie, że promieniowanie elektromagnetyczne przenika cały Wszechświat. Fale elektromagnetyczne powstają, gdy rozchodzi się w przestrzeni. W zależności od częstotliwości oscylacji fal są one warunkowo podzielone na światło widzialne, widmo częstotliwości radiowej, pasma podczerwieni itp. Udowodniono praktyczne istnienie fal elektromagnetycznych empirycznie w 1880 roku przez niemieckiego naukowca G. Hertza (nawiasem mówiąc, jednostka częstotliwości nosi jego imię).

Z przebiegu fizyki wiadomo, co to jest specjalny rodzaj materiał. Pomimo tego, że tylko niewielką jej część można zobaczyć wzrokiem, jej wpływ na świat materialny olbrzymi. Fale elektromagnetyczne są sukcesywną propagacją w przestrzeni oddziałujących na siebie wektorów pola magnetycznego i elektrycznego. Jednak słowo „rozprzestrzeniać” w ta sprawa nie do końca poprawne: rozmawiamy, raczej o falowym zaburzeniu przestrzeni. Powodem generowania fal elektromagnetycznych jest pojawienie się w przestrzeni pola elektrycznego, które zmienia się w czasie. Jak wiesz, istnieje bezpośredni związek między elektrycznością a pola magnetyczne. Wystarczy przypomnieć zasadę, zgodnie z którą wokół dowolnego przewodnika z prądem występuje pole magnetyczne. Cząstka, na którą oddziałują fale elektromagnetyczne, zaczyna oscylować, a skoro jest ruch, to znaczy, że jest promieniowanie energii. Pole elektryczne co jest przenoszone na sąsiednią cząstkę w spoczynku, w wyniku czego ponownie generowane jest pole charakter elektryczny. A ponieważ pola są ze sobą połączone, następuje magnetyczne. Proces rozprzestrzenia się jak lawina. W tym przypadku nie ma rzeczywistego ruchu, ale są wibracje cząstek.

O możliwości praktyczne użycie fizycy zastanawiali się nad tym od dawna. W nowoczesny świat Energia fal elektromagnetycznych jest tak szeroko stosowana, że ​​wielu nawet jej nie zauważa, biorąc to za pewnik. Uderzający przykład- fale radiowe, bez których działanie telewizorów i telefony komórkowe.

Proces przebiega w następujący sposób: modulowany przewodnik metalowy (antena) jest stale przenoszony na przewodnik metalowy o specjalnym kształcie.Ze względu na właściwości prądu elektrycznego wokół przewodnika powstaje pole elektryczne, a następnie pole magnetyczne, jako w wyniku czego emitowane są fale elektromagnetyczne. Ponieważ jest modulowany, niosą ze sobą pewien porządek, zakodowaną informację. Złapać pożądane częstotliwości, u adresata zainstalowana jest antena odbiorcza o specjalnej konstrukcji. Pozwala wybrać z ogólnych tło elektromagnetyczneżądane częstotliwości. Po dotarciu do metalowego odbiornika fale są częściowo przekształcane w Elektryczność oryginalna modulacja. Następnie udają się do jednostki wzmacniającej i kontrolują pracę urządzenia (poruszają stożek głośnika, obracają elektrody w ekranach telewizorów).

Prąd generowany przez fale elektromagnetyczne można łatwo zobaczyć. Aby to zrobić, wystarczy, że goły kabel mieszkalny biegnący od anteny do odbiornika zetknął się z całkowitą masą (nagrzewanie akumulatorów. W tym momencie iskra przeskakuje między masą a rdzeniem - jest to przejaw generowanego prądu przez antenę.Jego wartość jest tym większa, im bliżej i mocniejszy nadajnik.Również konfiguracja anteny ma znaczący wpływ.

Innym przejawem fal elektromagnetycznych, z którymi wiele osób spotyka się na co dzień w życiu codziennym, jest stosowanie kuchenka mikrofalowa. Wirujące linie natężenia pola przecinają obiekt i przekazują część swojej energii, podgrzewając go.