Cine a descoperit unde electromagnetice? Undele electromagnetice - tabel. Tipuri de unde electromagnetice

Undele electromagnetice (a căror tabelă va fi prezentată mai jos) sunt perturbări ale câmpurilor magnetice și electrice distribuite în spațiu. Există mai multe tipuri. Studiul acestor perturbații se ocupă de fizică. Undele electromagnetice se formează datorită faptului că câmpul electric alternativ generează un câmp magnetic și, la rândul său, generează un curent electric.

Istoria cercetării

Primele teorii, care pot fi considerate cele mai vechi versiuni ale ipotezelor despre undele electromagnetice, sunt cel puțin vremurile lui Huygens. La acea vreme, ipotezele au ajuns la o evoluție cantitativă marcată. Huygens în 1678 a dat într-un fel o "schiță" a teoriei - "Treatise on light". În 1690, a publicat și o altă lucrare remarcabilă. Conține o teorie calitativă a reflecției, refracției în forma în care este încă prezentată în manualele școlare ("Undele electromagnetice", gradul 9).

Împreună cu aceasta, a fost formulat principiul Huygens. Cu ajutorul lui a devenit posibilă studierea mișcării frontului valurilor. Acest principiu și-a găsit ulterior dezvoltarea în scrierile lui Fresnel. Principiul Huygens-Fresnel a avut o importanță deosebită în teoria difracției și în teoria undei luminoase.

În anii 1660 și 1670, Hooke și Newton au adus o mare contribuție experimentală și teoretică la cercetare. Cine a descoperit unde electromagnetice? Cine a condus experimentele care dovedesc existența lor? Care sunt tipurile de unde electromagnetice? Despre asta mai departe.

Justificarea lui Maxwell

Înainte de a vorbi despre cine a descoperit undele electromagnetice, trebuie spus că primul om de știință, care în general le-a prezis existența, a fost Faraday. Ipoteza lui a fost prezentată în anul 1832. Construcția teoriei a fost ulterior tratată de Maxwell. Până în 1865, a terminat această lucrare. Drept rezultat, Maxwell a formalizat riguros teoria matematic, justificând existența fenomenelor avute în vedere. El a determinat, de asemenea, viteza de propagare a undelor electromagnetice, care coincide cu valoarea utilizată apoi a vitezei luminii. Aceasta, la rândul său, ia permis să susțină ipoteza că lumina este unul dintre tipurile de radiații luate în considerare.

Detectarea experimentală

Teoria lui Maxwell și-a găsit confirmarea în experimentele lui Hertz în anul 1888. Aici trebuie spus că fizicianul german a condus experimentele sale pentru a respinge teoria, în ciuda justificării sale matematice. Cu toate acestea, datorită experimentelor sale, Hertz a devenit primul care a deschis undele electromagnetice în practică. În plus, în timpul experimentelor sale, omul de știință a identificat proprietățile și caracteristicile radiației.

Oscilațiile electromagnetice și undele Hertz au fost obținute prin excitarea unei serii de impulsuri cu un debit care variază rapid într-un vibrator prin intermediul unei surse de tensiune mărită. Fluxurile de frecvență înaltă pot fi detectate prin intermediul unui circuit. Frecvența de oscilație va fi atunci mai mare, cu atât este mai mare capacitatea și inductanța. Cu toate acestea, frecvența mai mare nu este o garanție a fluxului intensiv. Pentru a-și desfășura experimentele, Hertz a folosit un dispozitiv destul de simplu, care astăzi se numește "vibrator Hertz". Dispozitivul este un circuit oscilant deschis.

Schema experimentului Hertz

Înregistrarea emisiilor a fost efectuată utilizând un vibrator recepționat. Acest dispozitiv avea același design ca și dispozitivul radiant. Sub influența unui val electromagnetic al unui câmp electric alternativ, o vibrație de curent a fost excitată în dispozitivul de recepție. Dacă în acest dispozitiv frecvența proprie și frecvența fluxului au coincis, atunci a apărut o rezonanță. Ca urmare, perturbațiile în dispozitivul de recepție au avut loc cu o amplitudine mai mare. Descoperit de cercetătorul lor, observând scântei între conductori într-un spațiu mic.

Astfel, Hertz a devenit primul care a descoperit undele electromagnetice, și-a dovedit capacitatea de a reflecta bine de la dirijori. Formarea radiației în picioare a fost practic justificată. În plus, Hertz a determinat viteza de propagare a undelor electromagnetice în aer.

Studiul caracteristicilor

Undele electromagnetice se propagă în aproape toate mediile. Într-un spațiu plin de materie, radiația poate fi, în unele cazuri, distribuită destul de bine. Dar își schimbă într-o oarecare măsură comportamentul.

Undele electromagnetice în vid sunt determinate fără amortizare. Acestea sunt alocate oricărei distanțe arbitrare de lungă durată. Principalele caracteristici ale valurilor includ polarizarea, frecvența și lungimea. Proprietățile sunt descrise în termeni de electrodinamică. Cu toate acestea, secțiunile mai specifice ale fizicii se ocupă de caracteristicile radiației în anumite regiuni ale spectrului. Pentru ei, de exemplu, puteți include optica.

Investigarea radiațiilor electromagnetice tari ale capătului spectral cu lungime de undă scurtă este efectuată de partiția cu energie înaltă. Luând în considerare conceptele moderne, dinamica încetează să mai fie o disciplină independentă și este combinată cu ea interacțiuni slabe într-o teorie.

Teorii utilizate în studiul proprietăților

Astăzi, există diferite metode care facilitează modelarea și investigarea manifestărilor și proprietăților oscilațiilor. Cea mai fundamentală dintre teoriile testate și completate este electrodinamica cuantică. Din aceasta, prin aceste sau alte simplificări, devine posibilă obținerea următoarelor tehnici, care sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii.

Descrierea radiației relativ joase a frecvenței într-un mediu macroscopic se realizează prin intermediul electrodinamicii clasice. Se bazează pe ecuațiile Maxwell. În același timp, există simplificări în aplicațiile aplicate. Studiul optic utilizează optica. Teoria undelor este aplicată în cazurile în care unele părți ale sistemului optic au aproximativ o dimensiune apropiată de lungimile de undă. Optica cuantică este utilizată atunci când procesele de împrăștiere, absorbția fotonilor sunt esențiale.

Teoria optică geometrică este cazul limitator în care lungimea de undă este neglijată. Există, de asemenea, mai multe secțiuni aplicate și fundamentale. De exemplu, acestea includ astrofizica, biologia percepției vizuale și fotosintezei, fotochimia. Cum sunt clasificate undele electromagnetice? Un tabel care ilustrează în mod clar distribuția grupurilor este prezentat mai jos.

clasificare

Există intervale de frecvență ale undelor electromagnetice. Nu există tranziții ascuțite între ele, uneori se suprapun reciproc. Limitele dintre ele sunt mai degrabă arbitrare. Datorită faptului că fluxul este distribuit în mod continuu, frecvența este rigid asociată cu lungimea. Mai jos sunt intervalele undelor electromagnetice.

Radiația ultra-scurtă este de obicei împărțită în micrometru (submilimetru), milimetru, centimetru, decimetru, metru. În cazul în care lungime de undă Radiația electromagnetică este mai mică de un metru, apoi se numește, în mod obișnuit, o oscilație de frecvență ultrahigh (SHF).

Tipuri de unde electromagnetice

Intervalele undelor electromagnetice sunt prezentate mai sus. Care sunt diferitele tipuri de fluxuri? Grupul radiații ionizante include raze X și raze X. În același timp, trebuie spus că lumina ultravioletă și chiar lumina vizibilă poate ioniza atomii. Limitele în care sunt situate fluxurile de raze X și gamma sunt determinate foarte arbitrar. Ca orientare generală sunt acceptate limite de 20 eV - 0,1 MeV. Gamma-curge în sens restrâns emise de nucleu, X - shell e-atomic în timpul ejecție din orbite joase ale electronilor. Cu toate acestea, această clasificare nu este aplicabilă radiațiilor dure generate fără participarea nucleilor și a atomilor.

flux de raze X generat când decelerării particule încărcate rapid (protoni, electroni și altele) și, prin urmare, procesele care au loc în interiorul cochilii de electroni atomici. Gamma-oscilațiile apar ca urmare a proceselor din interiorul nucleelor ​​atomice și în transformarea particulelor elementare.

Radiații radio

Datorită valorii mari a lungimilor, luarea în considerare a acestor valuri poate fi făcută fără a lua în considerare structura atomică a mediului. Ca o excepție, numai cele mai scurte fluxuri care se învecinează cu regiunea infraroșie a spectrului. În domeniul radio, proprietățile cuantice ale oscilațiilor sunt destul de slabe. Cu toate acestea, ele trebuie luate în considerare, de exemplu, atunci când se analizează standardele moleculare ale timpului și frecvenței în timpul răcirii echipamentului la o temperatură de mai multe coloane.

Proprietățile cuantice sunt, de asemenea, luate în considerare la descrierea generatoarelor și amplificatoarelor în intervalele de milimetru și centimetru. Radiația radio este formată în timpul deplasării unui curent alternativ de-a lungul conductorilor de frecvență corespunzătoare. Și undele electromagnetice trecătoare în spațiu excită curent alternativ, corespunzătoare acesteia. Această proprietate este utilizată în proiectarea antenelor în radiotehnică.

Fluxuri vizibile

Radiațiile vizibile cu radiații ultraviolete și infraroșii sunt în sensul cel mai larg așa-numita parte optică a spectrului. Izolarea acestei regiuni este cauzată nu numai de proximitatea zonelor corespunzătoare, ci și de similitudinea instrumentelor folosite în studiu și care au fost dezvoltate în primul rând în timpul studierii luminii vizibile. Acestea includ, în special, oglinzi și lentile pentru focalizarea radiațiilor, grile de difracție, prisme și altele.

Frecvențele undelor optice sunt comparabile cu cele ale moleculelor și ale atomilor și lungimile lor cu distanțe intermoleculare și dimensiuni moleculare. Prin urmare, fenomenele care se datorează structurii atomice a materiei devin semnificative în acest domeniu. Din același motiv, lumina, împreună cu valul, are și proprietăți cuantice.

Originea fluxurilor optice

Cea mai faimoasă sursă este Soarele. Suprafața stelei (fotosphere) are o temperatură de 6000 ° Kelvin și emite lumină albă strălucitoare. Cea mai mare valoare a spectrului continuu este situată în zona "verde" - 550 nm. Există, de asemenea, un maxim de sensibilitate vizuală. Oscilațiile domeniului optic apar atunci când corpurile sunt încălzite. Curenții de infraroșu sunt, prin urmare, menționați și ca fluxuri termice.

Cu cât corpul este mai încălzit, cu atât este mai mare frecvența, unde este localizat maximumul spectrului. Cu o anumită creștere a temperaturii, observăm arderea (strălucirea în intervalul vizibil). În același timp, apare mai întâi culoarea roșie, apoi galbenă și apoi aprinsă. Crearea și înregistrarea fluxurilor optice pot apărea în reacțiile biologice și chimice, dintre care una este utilizată în fotografie. Pentru cele mai multe ființe care trăiesc pe Pământ, fotosinteza acționează ca o sursă de energie. Această reacție biologică are loc în plante sub influența radiației solare optice.

Caracteristicile undelor electromagnetice

Proprietățile mediului și ale sursei afectează caracteristicile fluxurilor. Astfel, în special, este stabilită dependența de timp a câmpurilor care determină tipul fluxului. De exemplu, dacă schimbați distanța de la vibrator (cu creștere), raza de curbură devine mai mare. Ca urmare, se formează un val electromagnetic plat. Interacțiunea cu substanța are loc și în moduri diferite. Procesele de absorbție și emisie de fluxuri, de regulă, pot fi descrise cu ajutorul relațiilor clasice electrodynamice. Pentru valurile din regiunea optică și pentru grinzile dure, este cu atât mai necesar să se ia în considerare natura lor cuantică.

Surse de surse

În ciuda diferențelor fizice, peste tot - într-o substanță radioactivă, un emițător de televiziune, becul - undele electromagnetice sunt excitate de sarcini electrice care se deplasează cu accelerație. Există două tipuri principale de surse: microscopice și macroscopice. În primul rând, există o tranziție bruscă a particulelor încărcate de la un nivel la altul în cadrul moleculelor sau atomilor.

Sursele microscopice emit raze X, gamma, ultraviolete, infraroșii, vizibile și, în unele cazuri, și radiații cu undă lungă. Ca un exemplu al celor din urmă, putem cita linia spectrului de hidrogen, care corespunde unui val de 21 cm. Acest fenomen are o importanță deosebită în radioastronomie.

Structura și forța fluxurilor

Acumulările electrice care se deplasează cu accelerația și curenții în schimbare periodică se influențează reciproc cu anumite forțe. Direcția și magnitudinea sunt dependente de factori precum dimensiunea și configurația zonei în care sunt conținute curenții și încărcăturile, direcția și magnitudinea lor relativă. O influență semnificativă se datorează, de asemenea, caracteristicilor electrice ale unui anumit mediu, precum și schimbărilor în concentrația încărcărilor și distribuției curenților sursă.

În legătură cu complexitatea generală a formulării problemei, este imposibil să se prezinte legea forțelor sub forma unei singure formulări. O structură, numită câmp electromagnetic și considerată obiect matematic, dacă este necesar, este determinată de distribuția încărcărilor și a curenților. Acesta, la rândul său, este creat de o anumită sursă când se iau în considerare condițiile limită. Condițiile sunt determinate de forma zonei de interacțiune și de caracteristicile materialului. Dacă vorbirea se referă la spațiu nelimitat, aceste circumstanțe sunt completate. Ca o condiție suplimentară specială în astfel de cazuri, apare condiția de radiație. Datorită acesteia, este garantată "corectitudinea" comportamentului câmpului la infinit.

Cronologia studiului

Teoria corpuscular-cinetică Lomonosov în unele dintre pozițiile lor anticipând anumite principii ale teoriei câmpului electromagnetic .. „Lobe“ (de rotație), mișcarea particulelor, „zyblyuschayasya“ (val) teoria luminii, comuniunea ei cu natura electricității etc. Fluxurile în infraroșu au fost detectate în 1800 de Herschel (om de știință britanic), iar în următorul, 1801 m, Ritter a fost descris în ultraviolet. Radiația unei distanțe mai scurte decât ultravioletele a fost descoperită de Roentgen în 1895, pe 8 noiembrie. Ulterior, a fost numit raze x.

Influența undelor electromagnetice a fost studiată de mulți oameni de știință. Cu toate acestea, Narkevich-Iodko (om de știință bielorusă) a devenit primul care a investigat posibilitățile fluxurilor, domeniul de aplicare al aplicării lor. A studiat proprietățile fluxurilor în legătură cu medicina practică. Gama de radiații a fost descoperită de Paul Willard în anul 1900. În aceeași perioadă, Planck a efectuat studii teoretice ale proprietăților corpului negru. În procesul de studiere, procesul a fost cuantificat. Munca sa a fost începutul dezvoltării fizica cuantică. Ulterior, au fost publicate mai multe lucrări ale lui Planck și Einstein. Cercetarea lor a dus la formarea unui astfel de concept ca un foton. Aceasta, la rândul său, a marcat începutul creării unei teorii cuantice a fluxurilor electromagnetice. Dezvoltarea sa a continuat în lucrările unor figuri științifice importante ale secolului al XX-lea.

Cercetările ulterioare și să lucreze pe teoria cuantică a radiațiilor electromagnetice și interacțiunea acestuia cu materia a dus în cele din urmă la formarea electrodinamicii cuantice în forma în care există astăzi. Printre oamenii de stiinta restante care au studiat această problemă, ar trebui să menționăm, în plus față de Einstein si Planck, Bohr, Bose, Dirac, de Broglie, Heisenberg, Tomonaga, Schwinger, Feynman.

concluzie

Importanța fizicii în lumea modernă este suficient de mare. Practic, tot ceea ce este folosit astăzi în viața umană a apărut datorită folosirii practice a cercetării de către marii oameni de știință. Descoperirea undelor electromagnetice și studiul lor, în special, au condus la crearea de telefoane convenționale și, ulterior, de telefoane mobile, transmițătoare radio. O importanță deosebită o are aplicarea practică a unor astfel de cunoștințe teoretice în domeniile medicină, industrie și tehnologie.

Această utilizare pe scară largă se explică prin natura cantitativă a științei. Toate experimentele fizice se bazează pe măsurători, comparând proprietățile fenomenelor studiate cu standardele disponibile. În acest scop, un set de instrumente și unități de măsură este dezvoltat în cadrul disciplinei. O serie de regularități sunt comune tuturor sistemelor materiale existente. De exemplu, legile conservării energiei sunt considerate drept legi fizice generale.

Știința în general este numită în multe cazuri fundamentală. Acest lucru se datorează, mai presus de toate, faptului că alte discipline oferă descrieri care, la rândul lor, se supun legilor fizicii. Astfel, în chimie, atomii, substanțele formate din ele și transformările sunt studiate. Dar proprietățile chimice ale corpurilor sunt determinate de caracteristicile fizice ale moleculelor și atomilor. Aceste proprietăți descriu astfel de ramuri ale fizicii ca electromagnetism, termodinamică și altele.