Hvem oppdaget elektromagnetiske bølger? Elektromagnetiske bølger - bord. Typer av elektromagnetiske bølger

Elektromagnetiske bølger (hvorav tabellen vil bli gitt nedenfor) er forstyrrelser av magnetiske og elektriske felt som er fordelt i rommet. Det finnes flere typer. Studien av disse forstyrrelsene omhandler fysikk. Elektromagnetiske bølger dannes på grunn av det faktum at et elektrisk vekslende felt genererer et magnetfelt, og det genererer i sin tur en elektrisk en.

Historie om forskning

De første teoriene, som kan betraktes som de eldste varianter av hypotesene om elektromagnetiske bølger, er i det minste Huygens tider. På den tiden nådde forutsetningene en markert kvantitativ utvikling. Huygens i 1678 utgav på en eller annen måte "skisse" av teorien - "Avhandling på lyset". I 1690 publiserte han også et annet bemerkelsesverdig arbeid. Den inneholdt en kvalitativ teori om refleksjon og refraksjon i form som det er representert i dag i skole lærebøker ("elektromagnetiske bølger", klasse 9).

Sammen med dette ble Huygens-prinsippet formulert. Med sin hjelp ble det mulig å studere bevegelsen av bølgefronten. Dette prinsippet fant senere sin utvikling i Fresnels skrifter. Huygens-Fresnel-prinsippet var av særlig betydning i teorien om diffraksjon og bølge-teorien om lys.

På 1660- og 1670-tallet ble et stort eksperimentelt og teoretisk bidrag til studiene av Hooke and Newton. Hvem oppdaget elektromagnetiske bølger? Hvem gjennomførte forsøkene som viste deres eksistens? Hva er typene elektromagnetiske bølger? Om dette videre.

Begrunnelse av Maxwell

Før du snakker om hvem som oppdaget elektromagnetiske bølger, bør det sies at den første forskeren, som generelt spådde deres eksistens, var Faraday. Hans hypotese fremførte han i 1832-årene. Konstruksjonen av teorien ble deretter håndtert av Maxwell. I 1865 fullførte han dette arbeidet. Som et resultat formulerte Maxwell strengt teorien matematisk, og rettferdiggjorde eksistensen av fenomenene som ble vurdert. Han bestemte også hastigheten på forplantning av elektromagnetiske bølger, sammenfallende med den da brukte verdien av lyshastigheten. Dette til sin side tillot ham å underbygge hypotesen om at lys er en av de typer stråling som vurderes.

Eksperimentell gjenkjenning

Teorien om Maxwell fant sin bekreftelse i eksperimentene til Hertz i 1888. Her skal det sies at den tyske fysikeren utførte sine eksperimenter for å motbevise teorien, til tross for sin matematiske begrunnelse. Men takket være hans eksperimenter ble Hertz den første som oppdaget elektromagnetiske bølger praktisk talt. I tillegg, under sine eksperimenter, identifiserte forskeren egenskapene og egenskapene til stråling.

Elektromagnetiske oscillasjoner og Hertz-bølger ble oppnådd ved å spenge en serie pulser av en raskt varierende strømning i en vibrator ved hjelp av en kilde til økt spenning. Høyfrekvente strømmer kan detekteres ved hjelp av en krets. Hyppigheten av svingning vil være høyere, jo høyere er kapasitansen og induktansen. Den høyere frekvensen er imidlertid ikke en garanti for intensiv strømning. For å utføre sine eksperimenter brukte Hertz en ganske enkel enhet, som i dag heter "Hertz vibratoren". Enheten er en åpen type oscillerende krets.

Ordningen i Hertz-eksperimentet

Registrering av utslipp ble utført ved hjelp av en mottaksvibrator. Denne enheten hadde samme design som stråleanordningen. Under påvirkning av en elektromagnetisk bølge av et elektrisk vekslende felt ble en aktuell svingning opphisset i mottaksenheten. Hvis i denne enheten sin egen frekvens og frekvensen av strømmen sammenfalt, så oppstod en resonans. Som et resultat oppsto forstyrringene i mottaksenheten med en større amplitude. Oppdaget av forskeren, ser gnister mellom ledere i en liten plass.

Dermed ble Hertz den første som oppdaget elektromagnetiske bølger, bevist deres evne til å reflektere godt fra lederne. Dannelsen av stående stråling var praktisk talt begrunnet. I tillegg bestemte Hertz hastigheten for forplantning av elektromagnetiske bølger i luften.

Studie av egenskaper

Elektromagnetiske bølger forplantes i nesten alle medier. I et rom som er fylt med materie, kan strålingen i noen tilfeller distribueres ganske bra. Men samtidig forandrer de seg noe.

Elektromagnetiske bølger i vakuum bestemmes uten demping. De er allokert til enhver, vilkårlig lang avstand. De viktigste egenskapene til bølger inkluderer polarisasjon, frekvens og lengde. Egenskapene er beskrevet i form av elektrodynamikk. Imidlertid omhandler mer spesifikke deler av fysikk karakteristikkene for stråling i bestemte områder av spektret . For dem kan du for eksempel inkludere optikk.

Studien av hard elektromagnetisk stråling av kortbølgelengde-spektralenden er opptatt av separasjon av høye energier. Med tanke på moderne begreper slutter dynamikken å være en selvstendig disiplin og kombineres med svake samspill i en teori.

Teorier brukt i studien av egenskaper

I dag finnes det ulike metoder som letter modelleringen og undersøkelsen av manifestasjoner og egenskaper av svingninger. Den mest fundamentale av de testede og fullførte teoriene er kvanteelektrodynamikk. Fra det, gjennom disse eller andre forenklinger, blir det mulig å oppnå følgende teknikker, som er mye brukt på forskjellige felt.

Beskrivelsen av relativt lavfrekvent stråling i et makroskopisk medium er realisert ved hjelp av klassisk elektrodynamikk. Det er basert på Maxwell ligningene. Samtidig er det forenklinger i anvendte applikasjoner. Optiske studier bruker optikk. Bølgetheoretikken brukes i tilfeller der enkelte deler av det optiske systemet er omtrent i størrelse nær bølgelengdene. Kvantumoptikk brukes når prosesser for spredning, absorpsjon av fotoner er avgjørende.

Geometrisk optisk teori er det begrensende tilfellet der ubetydelige bølgelengder er tillatt. Det er også flere anvendte og grunnleggende seksjoner. For eksempel inkluderer de astrofysikk, biologi av visuell oppfatning og fotosyntese, fotokjemi. Hvordan klassifiseres elektromagnetiske bølger? En tabell som tydelig viser fordelingen av gruppene, presenteres nedenfor.

klassifisering

Det er frekvensområder for elektromagnetiske bølger. Det er ingen skarpe overganger mellom dem, noen ganger overlapper de hverandre. Grensen mellom dem er ganske tilfeldig. På grunn av at strømmen distribueres kontinuerlig, er frekvensen stift forbundet med lengden. Nedenfor er rekkevidden av elektromagnetiske bølger.

Ultra kort stråling er vanligvis delt inn i mikrometer (submillimeter), millimeter, centimeter, decimeter, meter. Hvis bølgelengden til den elektromagnetiske strålingen er mindre enn en meter, blir den vanligvis kalt en ultrahøyfrekvent oscillasjon (SHF).

Typer av elektromagnetiske bølger

Områdene av elektromagnetiske bølger er presentert ovenfor. Hva er de forskjellige typer strømmer? Gruppen ioniserende stråling inkluderer gamma og røntgenstråler. Samtidig må det sies at ultrafiolett, og til og med synlig lys, kan ionisere atomer. Grensene der gamma- og røntgenstrømmer er funnet, bestemmes meget vilkårlig. Som en generell orientering aksepteres grenser på 20 eV - 0,1 MeV. Gamma-strømmer i en smal forstand utstråles av kjernen, og røntgenstrømmer avgis av det elektroniske atomskall i prosessen med å slå ut elektroner fra lavtliggende baner. Denne klassifiseringen gjelder imidlertid ikke for harde strålinger generert uten at kjerne og atomer deltar.

Røntgenstrømninger dannes når de ladede raske partiklene (protoner, elektroner, etc.) blir redusert og på grunn av prosessene som forekommer inne i det elektroniske elektronskjell. Gamma-oscillasjoner oppstår som et resultat av prosesser inne i atomkjernene og i transformasjonen av elementære partikler.

Radiostrømmer

På grunn av den store verdien av lengdene, kan man vurdere disse bølgene uten å ta hensyn til mediumets atomistiske struktur. Som et unntak strømmer bare de korteste som tilgrenser det infrarøde området i spekteret. I radiobåndet er kvanteegenskapene til svingninger ganske svakt manifestert. Likevel må de tas i betraktning, for eksempel når man analyserer molekylære standarder for tid og frekvens under kjøling av utstyr til en temperatur på flere kelviner.

Kvantumegenskaper tas også hensyn til når man beskriver generatorer og forsterkere av millimeter og centimeter. Radiostrømmen dannes under bevegelse av vekselstrøm gjennom ledere av passende frekvens. Og den forbigående elektromagnetiske bølgen i rommet spretter en vekselstrøm som svarer til den. Denne egenskapen brukes i utformingen av antenner i radioteknikk.

Synlige strømmer

Den ultraviolette og infrarøde synlige strålingen er i videste forstand den såkalte optiske delen av spektret. Isoleringen av denne regionen skyldes ikke bare nærværet av de tilsvarende sonene, men også av likheten til instrumentene som brukes i studien og utviklet seg primært under studiet av synlig lys. Disse inkluderer spesielt speil og linser for fokusering av stråling, diffraksjonsgitter, prismer og andre.

Frekvensene av optiske bølger er sammenlignbare med molekyler og atomer, og deres lengder med intermolekylære avstander og molekylære dimensjoner. Derfor blir fenomener som skyldes stoffets atomistiske struktur, betydelig på dette området. Av samme grunn har lys, sammen med bølgene, også kvanteegenskaper.

Utseendet på optiske strømmer

Den mest kjente kilden er solen. Overflaten på stjernen (photosphere) har en temperatur på 6000 ° Kelvin og gir sterkt hvitt lys. Den høyeste verdien av kontinuerlig spektrum ligger i den "grønne" sonen - 550 nm. Det er også maksimal visuell følsomhet. Oscillasjoner av det optiske området oppstår når kroppene blir oppvarmet. Infrarøde strømmer kalles derfor også termisk.

Jo mer oppvarmet kroppen, desto høyere frekvens, hvor maksimalt spektrum ligger. Med en viss temperaturøkning observere vi brennende (glød i synlig rekkevidde). Samtidig vises rød farge først, deretter gul og så videre. Opprettelsen og opptaket av optiske strømmer kan forekomme i biologiske og kjemiske reaksjoner, hvorav en brukes i fotografering. For de fleste skapninger som bor på jorden, fungerer fotosyntese som en energikilde. Denne biologiske reaksjonen skjer i planter under påvirkning av optisk solstråling.

Funksjoner av elektromagnetiske bølger

Egenskapene til mediet og kilden påvirker egenskapene til strømmene. Således er det spesielt etablert tidsavhengigheten av feltene som bestemmer typen av strømning. For eksempel, hvis du endrer avstanden fra vibratoren (med økende), blir krumningsradiusen større. Som et resultat dannes en plan elektromagnetisk bølge. Interaksjon med stoffet forekommer også på forskjellige måter. Prosessene for absorpsjon og utslipp av fluss, som regel, kan beskrives ved hjelp av klassiske elektrodynamiske relasjoner. For bølger i den optiske regionen og for hårde stråler, bør den mer kvante naturen tas i betraktning.

Trådkilder

Til tross for den fysiske forskjellen er overalt - i et radioaktivt stoff, en fjernsyns sender, en glødelampe - elektromagnetiske bølger begeistret av elektriske ladninger som beveger seg med akselerasjon. Det er to hovedtyper kilder: mikroskopisk og makroskopisk. I det første skjer en hoppaktig overgang av ladede partikler fra ett nivå til et annet sted inne i molekyler eller atomer.

Mikroskopiske kilder avgir røntgen, gamma, ultrafiolett, infrarød, synlig, og i noen tilfeller også langbølgestråling. Som et eksempel på sistnevnte, kan vi sitere hydrogenspekterets linje, som tilsvarer en bølge på 21 cm. Dette fenomenet er spesielt viktig for radio-astronomi.

Kilder av makroskopisk type er radiatorer, hvor periodiske synkronoscillasjoner utføres av ledningsledere av fri ledning. I systemer i denne kategorien forekommer strømmer fra millimeter til de lengste (i kraftledninger).

Struktur og styrke av strømmer

Elektriske ladninger som beveger seg med akselerasjon og periodisk skiftende strøm har en effekt på hverandre med visse krefter. Retningen og størrelsen er avhengig av faktorer som størrelsen og konfigurasjonen av området der strømmen og ladningene er inneholdt, deres relative retning og størrelsesorden. En betydelig innflytelse utøves også av de elektriske egenskapene til et bestemt medium, samt endringer i konsentrasjonen av ladninger og fordelingen av kildestrømmer.

I forbindelse med den overordnede kompleksiteten til å stille problemet, er det umulig å presentere styrkereglene i form av en enkelt formel. Strukturen, kalt det elektromagnetiske feltet og betraktes som en matematisk gjenstand om nødvendig, bestemmes av fordelingen av ladninger og strømmer. Det er i sin tur opprettet av en gitt kilde når grenseforholdene tas i betraktning. Betingelsene bestemmes av formen av samspillingssonen og egenskapene til materialet. Hvis vi snakker om ubegrenset plass, blir disse forholdene suppleret. Som en spesiell tilleggsbetingelse i slike tilfeller vises strålingsbetingelsen. På grunn av dette er "korrektheten" av feltadferdigheten ved uendelig garantert.

Studienes kronologi

Den korpuskulære kinetiske teorien til Lomonosov i noen av sine stillinger forutser visse postulater av teorien om det elektromagnetiske feltet: partikkelens rotasjonsbevegelse, "svirling" (bølge) teorien om lys, dens generellitet med elektrisitetens natur, etc. Infrarøde flusser ble oppdaget på 1800-tallet Herschel (engelskforsker), og i det følgende år, 1801, beskrev Ritter ultrafiolett. Stråling av en kortere enn ultrafiolettområdet ble oppdaget av Roentgen i 1895, 8. november. Deretter ble det kalt røntgen.

Påvirkning av elektromagnetiske bølger har blitt studert av mange forskere. Men den første til å utforske mulighetene for bekker, har omfanget blitt Narkevitch-Iodko (hviterussiske vitenskapelig figur). Han studerte egenskapene til strømmer i forhold til praktisering av medisin. Gammastråling ble oppdaget av Paul Villard i 1900. I den samme periode Planck utført teoretiske studier av egenskapene til et sort legeme. I løpet av studien ble de åpne quantum prosess. Hans arbeid var begynnelsen på utviklingen av kvantefysikken. Deretter ble flere Planck og Einstein publisert. Deres forskning førte til dannelsen av en slik ting som et foton. Dette, i sin tur, markerte begynnelsen av etableringen av kvanteteorien av elektromagnetisk strømnings. Dens utviklingen fortsatte i verk av de ledende vitenskapelige skikkelsene i det tjuende århundre.

Ytterligere forskning og arbeid på kvanteteorien av elektromagnetisk stråling og dens samvirkning med et stoff har ført til slutt til dannelsen av Kvanteelektrodynamikk i den form hvor det eksisterer i dag. Blant de fremragende forskere som studerte dette problemet, bør vi nevne, i tillegg til Einstein og Planck, Bohr, Bose, Dirac, de Broglie, Heisenberg, Tomonaga, Schwinger, Feynman.

konklusjon

Verdien i den moderne verden av fysikk er tilstrekkelig stor. Nesten alt som brukes i dag i menneskenes liv, dukket opp takket være den praktiske bruken av forskning av store vitenskapsmenn. Oppdagelsen av elektromagnetiske bølger og deres studie, spesielt, førte til utviklingen av konvensjonelle og senere mobiltelefoner, radiosendere. Av særlig betydning praktiske anvendelsen av en slik teoretisk kunnskap innen medisin, industri og teknologi.

Dette skyldes den utbredte bruken av kvantitative vitenskap. Alle fysiske forsøk er basert på måling, sammenligning av egenskapene for de fenomener som blir studert med de eksisterende standarder. Det er for dette formålet i faget utviklet kompliserte instrumenter og enheter. Flere mønstre er felles for alle eksisterende materielle systemer. For eksempel er lover bevaring av energi anses vanlige fysiske lover.

Vitenskap som helhet kalles i mange tilfeller grunnleggende. Dette skyldes først og fremst det faktum at andre disipliner gi beskrivelser som i sin tur, adlyder fysikkens lover. Således, i Chemistry studerte atomer, en substans som stammer fra dem, og transformasjon. Men kjemiske egenskaper av kroppen bestemmes av de fysiske egenskaper av molekyler og atomer. Disse egenskapene beskrive slike deler av fysikk, som elektromagnetisme, termodynamikk, og andre.