Виды электромагнитных волн в физике

Что такое электромагнитные волны: Freepick

Одно из ключевых понятий физики — электромагнитные волны. Человек не может их увидеть, но активно использует. Радио и радары, рентгены и лазеры — все это работает благодаря существованию электромагнитного поля.

Электромагнитной
волной называется процесс распространения
переменного электромагнитного поля в
свободном пространстве с конечной
скоростью (скоростью света). Физические
причины существования электромагнитного
поля связаны с тем, что изменяющееся во
времени электрическое поле Е порождает
магнитное поле Н, а изменяющееся Н –
вихревое электрическое п

Что это и какими бывают

Волны также делятся на:

Как возникает. Гипотеза Максвелла

Обязательным условием существования электромагнитной волны является существование электромагнитного поля.

Электромагнитное поле — это взаимосвязь электрических и магнитных полей.

Принцип возникновения: любой электрический заряд создает электрическое поле. Любой движущийся заряд создает магнитное поле. Взаимодействие этих полей приводит к появлению электромагнитного поля. Колебания зарядов в электромагнитном поле приведут к появлению электромагнитной волны.

Гипотезу о существовании электромагнитных волн впервые высказал физик Максвелл в 1864 году. Экспериментальным путем доказал это открытие Герц в 1888 году.

Основные положения теории Максвелла:

Характеристики электромагнитных волн

Свойства электромагнитных волн:

Основные параметры электромагнитных волн:

1. Длина волны — это кратчайшее расстояние между двумя точками, которые колеблются в одной фазе:

2. Период колебаний — это время, за которое происходит одно полное колебание:

3. Частота — число колебаний за 1 секунду:

4. Скорость волны — это скорость, с которой распространяется волна:

Виды электромагнитных волн и их применение

Типы электромагнитных волн и примеры их использования:

Таблица, изображающая наглядно видимый спектр и разные диапазоны электромагнитных волн:

Что такое электромагнитные волны

Теорию электромагнитного поля в середине XIX века, в 1862 году, разработал Джеймс Максвелл. Он дал теоретическое определение электромагнитным волнам и излучению.

Характеристика и история изучения

Талантливый физик предсказал возможность существования электромагнитных волн как способа, с помощью которого электромагнитное поле распространяется в пространстве и во времени. Источником этого явления ученый назвал электрические заряды, которые движутся с ускорением.

Его теорию продолжили исследовать на практике такие ученые, как:

С тех пор электромагнитное излучение определяют как одноименные волны, которые приводят в возбуждение различные объекты излучения (молекулярные, атомные и заряженные частицы).

Каждая электромагнитная волна является излучением, которое имеет три основные характеристики:

Электромагнитное излучение интересно тем, что распространяется в любой среде — и в плотных веществах, и в вакууме. При этом в последнем скорость распространения волн составляет около 300 тысяч км/с. А вот, например, звуковые волны в вакууме распространяться не могут.

Диапазоны электромагнитных волн: Freepick

Каков принцип действия электромагнитного излучения

Оно обладает энергией, которой присуща напряженность. Поле электромагнитных волн может быть постоянным и переменным:

У такого распространения есть три зоны:

В своей теории Максвелл описал определенные свойства электромагнитных волн, которые обусловлены их различиями и зависят от длины волны. Согласно этому параметру, волны электромагнитного поля разделяют на диапазоны. Для последних разработана условная шкала, так как близкие частоты часто совмещают такие свойства:

Электромагнитные волны довольно быстро стали явлением, которое используют на практике. Знаем о них или нет, они нас окружают повсюду.

Электромагнитное излучение существует ровно столько, сколько живет наша Вселенная. Оно сыграло ключевую роль в процессе эволюции жизни на Земле. По факту, это возмущение состояние электромагнитное поля, распространяемого в пространстве.

Характеристики электромагнитного излучения

Любую электромагнитную волну описывают с помощью трех характеристик.

Поляризация – одна из основных волновых атрибутов. Описывает поперечную анизотропию электромагнитных волн. Излучение считается поляризованным тогда, когда все волновые колебания происходят в одной плоскости.

Это явление активно используют на практике. Например, в кино при показе 3D фильмов.

С помощью поляризации очки IMAX разделяют изображение, которое предназначено для разных глаз.

Частота – число гребней волны, которые проходят мимо наблюдателя (в данном случае – детектора) за одну секунду. Измеряется в герцах.

Длина волны – конкретное расстояние между ближайшими точками электромагнитного излучения, колебания которых происходят в одной фазе.

Электромагнитное излучение может распространяться практически в любой среде: от плотного вещества до вакуума.

Скорость распространения в вакууме равна 300 тыс. км за секунду.

Интересное видео о природе и свойствах ЭМ волн смотрите в видео ниже:

Все электромагнитное излучение делят по частоте.

1. Радиоволны. Бывают короткими, ультракороткими, сверхдлинными, длинными, средними.

Длина радиоволн колеблется от 10 км до 1 мм, а частота от 30 кГц до 300 ГГц.

Их источниками может быть как деятельность человека, так и различные естественные атмосферные явления.

2. Инфракрасное излучение. Длина волны лежит в пределах 1мм — 780нм, а частота может доходить до 429 ТГц. Инфракрасное излучение еще называют тепловым. Основа всей жизни на нашей планете.

3. Видимый свет. Длина 400 — 760/780нм. Соответственно частота колеблется в пределах 790-385 ТГц. Сюда относят весь спектр излучения, которое можно увидеть человеческим глазом.

4. Ультрафиолет. Длина волны меньше, чем в инфракрасного излучения.

Может доходить до 10 нм. Частота таких волн очень большая – порядка 3х10^16 Гц.

5. Рентгеновские лучи. частота волны 6х10^19 Гц, а длина порядка 10нм — 5пм.

6. Гамма волны. Сюда относят любое излучение, частота которого больше, чем в рентгеновских лучах, а длина – меньше. Источником таких электромагнитных волн являются космические, ядерные процессы.

Сфера применения

Где-то начиная с конца XIX столетия, весь человеческий прогресс был связан с практическим применением электромагнитных волн.

Первое о чем стоит упомянуть – радиосвязь. Она дала возможность людям общаться, даже если они находились далеко друг от друга.

Спутниковое вещание, телекоммуникации – являются дальнейшим развитием примитивной радиосвязи.

Именно эти технологии сформировали информационный облик современного общества.

Источниками электромагнитного излучения следует рассматривать как крупные промышленные объекты, так и различные линии электропередач.

Электромагнитные волны активно используются в военном деле (радары, сложные электрические устройства). Также без их применения не обошлась и медицина. Для лечения многих болезней могут использовать инфракрасное излучение.

Рентгеновские снимки помогают определить повреждения внутренних тканей человека.

С помощью лазеров проводят ряд операций, требующих ювелирной точности.

Важность электромагнитного излучения в практической жизни человека сложно переоценить.

Советское видео о электромагнитном поле:

Возможное негативное влияние на человека

Несмотря на свою полезность, сильные источники электромагнитного излучения могут вызывать такие симптомы:

• головную боль;

Чрезмерное воздействие некоторых видов волн вызывают повреждения внутренних органов, центральной нервной системы, мозга. Возможны изменения в психике человека.

Интересное виде о влиянии ЭМ волн на человека:

Чтобы избежать таких последствий практически во всех странах мира действуют стандарты, регулирующие электромагнитную безопасность. Для каждого типа излучений существуют свои регулирующие документы (гигиенические нормы, нормы радиационной безопасности). Влияние электромагнитных волн на человека до конца не изучено, поэтому ВОЗ рекомендует минимизировать их воздействие.

Электромагнитное
поле.
Электромагнитное поле – особая форма
материи, через которую осуществляется
взаимодействие между электрически
заряженными частицами.

Электромагнитная
волна.
Электромагнитная волна – это
распространяющееся в пространстве
электромагнитное поле, в определенном
направлении, в частотном диапазоне и
конечной скоростью, зависящими от
свойств среды.

Исследования
электромагнитных волн Д. Максвеллом и
Г. Герцем.
Теорию электромагнитной волны и
электромагнитного поля впервые обосновал
(1864г.) Джеймс Максвелл. Он показал, что
электрические и магнитные поля существуют
вместе. Дж. Максвелл доказал, что
переменный ток создает переменное
магнитное поле, которое в свою очередь
создает переменное электрическое поле
и т.д. Поддерживая в проводнике переменный
ток, который периодически изменяется
по величине и направлению, Герц получил
непрерывное излучение электромагнитных
волн.

Электромагнитная
волна как процесс взаимосвязанного
изменения векторов Е и В.
Электромагнитная волна представляет
собой процесс последовательного,
взаимосвязанного изменения векторов
напряжённости электрического (Е)
и магнитного (В)
полей, направленных перпендикулярно
лучу распространения волны, при котором
изменение электрического поля вызывает
изменения магнитного поля, которые, в
свою очередь, вызывают изменения
электрического поля.

Два
условия электромагнитного волнового
процесса.
Для электромагнитного волнового процесса
необходимы два условия: излучение волн
и их прием.

Изобретение
радио. А.С. Попов.
Изобретение первого радиоприемного
устройства принадлежит А.С. Попову. В
своих опытах А. Попов использовал
заземлённую мачтовую антенну, изобретённую
в 1893 году Теслой. А.С. Попов (1859 – 1906) –
русский физик и электроротехник,
профессор, изобретатель, Почётный
инженер-электрик (1899). Один из изобретателей
радио.

Свойства
электромагнитной волны.
Электромагнитные волны являются
поперечными – колебания векторов
напряжённости электрического поля и
индукции магнитного поля происходят в
плоскости, перпендикулярной направлению
распространения волны.

Синфазность
напряженностей Е и В в распространяющейся
волне.
Е – напряженность электрического поля;
В – напряженность магнитного поля.
Скорость волны С направлена вдоль оси
X. Векторы E и B в каждой точке оси X
совершают синусоидальные колебания
вдоль осей Y и Z соответственно, меняясь
при этом синфазно.

Длина
электромагнитной волны.
Длина волны λ – это расстояние между
двумя ближайшими точками оси X, в которых
колебания значений поля происходят в
одинаковой фазе (например, между двумя
ближайшими максимумами поля).

Частота
электромагнитной волны.
Частотой электромагнитной волны
называется частота, с которой меняются
значения E и B в данной точке пространства.
Частота волны совпадает с частотой
колебаний излучающего заряда.

Основные
свойства волновых процессов в
электромагнитном поле.
Экспериментально было выяснено, что
электромагнитным волнам присущи те же
основные свойства, что и другим видам
волновых процессов: 1. Отражение; 2.
Поглощение; 3. Преломление; 4. Интерференция;
5. Дифракция.

Отражение
электромагнитной волны.
Электромагнитные волны отражаются от
металлического листа – это было
обнаружено ещё Герцем. Угол отражения
при этом равен углу падения.

Поглощение
электромагнитной волны.
Электромагнитные волны частично
поглощаются при прохождении сквозь
диэлектрик.

Преломление
электромагнитной волны.
Электромагнитные волны меняют направление
распространения при переходе из воздуха
в диэлектрик (и вообще на границе двух
различных диэлектриков).

Интерференция
электромагнитной волны.
Герц определил, что из двух волн первая
приходила к приёмному вибратору
непосредственно от излучающего вибратора,
вторая – после отражения от металлического
листа.

Дифракция
электромагнитной волны.
Электромагнитные волны огибают
препятствия, размеры которых соизмеримы
с длиной волны.

Силовые
линии магнитного поля.

Защита
Земли магнитным полем от солнечной
радиации.

Опыты
с магнитным полем Анри Ампера.

Устройство
и работа электродвигателя.

Опыт
Фарадея переменным магнитным полем.

Опыт
Фарадея с индукционным током.

Генератор
переменного электрического тока Фарадея.

Устройство
и работа трансформатора.

1. Ахмедова Т.И.,
Мосягина О.В. Естествознание: Учебное
пособие / Т.И. Ахмедова, О.В. Мосягина. –
М.: РАП, 2012. – С. 51-84.

Электромагнитный спектр обобщает всю совокупность электромагнитного излучения и классифицирует его по категориям различных типов излучения, включая хорошо известный цветовой спектр видимого света.

Электромагнитные волны, используемые в радиовещании, телевидении и радиолокации, являются лишь частью полного набора, называемого электромагнитным спектром. Разделение электромагнитного спектра на определенные диапазоны частот и соответствующие диапазоны длин волн, является результатом способа создания и использования охватываемых волн. Однако эти диапазоны не являются строго ограниченными и перекрывают друг друга, а некоторые типы волн могут быть получены разными способами.

Разделение электромагнитного спектра

В электромагнитном спектре излучение характеризуется длиной волны λ или частотой f. Поскольку электромагнитные волны всегда распространяются со скоростью света с ≈ 10*8 м/с, применяется зависимость длины волны от частоты: λ = c / f .

Здесь важна обратная пропорциональность длины волны и частоты λ ~ f-1. Чем больше λ, тем меньше f и наоборот.

Обычно электромагнитный спектр задается только до верхней и нижней границы частоты и длины волны, так как излучение выше или ниже этого практически не встречается в природе. В этих пределах спектр делится на множество небольших поддиапазонов, так что все излучения с частотами в этих диапазонах имеют определенные, одинаковые характеристики. Эти характерные свойства различаются между частотными диапазонами настолько, что можно говорить о различных типах излучения.

В порядке увеличения частоты f и уменьшения длины волны λ, электромагнитный спектр (см. рисунок 1) включает низкочастотное излучение, радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение или тепловое излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и, наконец, гамма-излучение (γ — излучение).

Рис. 1. Электромагнитный спектр. (Ширина видимого светового диапазона значительно увеличена для наглядности рисунка — ( I ) ).

Границы отдельных диапазонов, конечно, лишь приблизительны, а переходы между различными видами излучения плавные, потому что, в конце концов, мы искусственно разделили электромагнитное излучение на эти категории.

Типы электромагнитных волн и их характеристики

Таблица: Виды электромагнитных волн и их свойства

Более непонятные из используемых здесь префиксов единиц измерения — «ф» для «фемто» и 10-15, «п» для «пико» и 10-12, «Т» для «тера» и 1012, «П» для «пента» и 1015, и «Э» для «экса» и 1018. Кроме того, у нас есть преобразование 1 эВ ≈ 1,602 * 10-19 Дж через элементарный заряд e.

Гамма-излучение фактически относится к любому излучению с длиной волны менее 10 пм. Мы также видим, что видимый свет — это лишь очень малая часть всего электромагнитного спектра. Наконец, следует отметить, что это лишь приблизительная классификация, и каждый из этих типов излучения на практике разбивается на еще большее количество подтипов.

Каждый тип электромагнитных волн встречается в природе и находит свое применение в технике. Далее мы приведем несколько примеров.

Излучение низкой частоты.

Существование
электромагнитных волн переменного
электромагнитного поля, рас­пространяющегося
в пространстве с ко­нечной скоростью,—
вытекает из уравне­ний Максвелла (см.
§139). Уравнения Максвелла сформулированы
в 1865 г. на основе обобщения эмпирических
законов электрических и магнитных
явлений. Как уже указывалось, решающую
роль для утверждения максвелловской
теории сыг­рали опыты Герца (1888),
доказавшие, что электрические и магнитные
поля дей­ствительно распространяются
в виде волн, поведение которых полностью
описывает­ся уравнениями Максвелла.

Источником
электромагнитных волн в действительности
может быть любой электрический
колебательный контур или проводник, по
которому течет переменный электрический
ток, так как для возбужде­ния
электромагнитных волн необходимо
создать в пространстве переменное
элек­трическое поле (ток смещения)
или со­ответственно переменное
магнитное поле. Однако излучающая
способность источни­ка определяется
его формой, размерами и частотой
колебаний. Чтобы излучение играло
заметную роль, необходимо увеличить
объем пространства, в котором пере­менное
электромагнитное поле создается.

оэтому
для получения электромагнитных волн
непригодны закрытые колебательные
контуры, так как в них электрическое
поле сосредоточено между обкладками
конден­сатора, а магнитное — внутри
катушки индуктивности.

Герц
в своих опытах, уменьшая число витков
катушки и площадь пластин кон­денсатора,
а также раздвигая их (рис. 225, а, б), совершил
переход от за­крытого колебательного
контура к откры­тому
колебательному контуру (вибратору
Герца), представляющему
собой два стер­жня, разделенных
искровым промежутком (рис. 225, в).
Если
в закрытом колебатель­ном контуре
переменное электрическое по­ле
сосредоточено внутри конденсатора
(рис. 225, а), то в открытом оно заполняет
окружающее контур пространство (рис.
225, в), что существенно повышает
интенсивность электромагнитного
излуче­ния. Колебания в такой системе
поддер­живаются за счет источника
э.д.с., под­ключенного к обкладкам
конденсатора, а искровой промежуток
применяется для того, чтобы увеличить
разность потенциа­лов, до которой
первоначально заряжают­ся обкладки.

ля
возбуждения электромагнитных волн
вибратор ГерцаВ
подключался
к ин­дуктору И
(рис.226).
Когда напряжение на искровом промежутке
достигало про­бивного значения,
возникала искра, закорачивающая обе
половины вибратора, и в нем возникали
свободные затухающие
колебания.
При исчезновении искры кон­тур
размыкался и колебания прекраща­лись.
Затем индуктор снова заряжал кон­денсатор,
возникала искра и в контуре опять
наблюдались колебания и т. д. Для
регистрации электромагнитных волн Герц
пользовался вторым вибратором, называе­мым
резонатором Р,
имеющим
такую же частоту собственных колебаний,
что и из­лучающий вибратор, т. е.
настроенным в резонанс с вибратором.
Когда электро­магнитные волны достигали
резонатора, то в его зазоре проскакивала
электриче­ская искра.

Виды
электромагнитных волн. Электромагнитные
волны, обладая ши­роким диапазоном
частот (или длин волн =c/v,
где с
— скорость
электромагнит­ных волн в вакууме),
отличаются друг от друга по способам
их генерации и ре­гистрации, а также
по своим свойствам. Поэтому электромагнитные
волны делятся на несколько видов:
радиоволны, световые волны, рентгеновское
и -излучения
(табл.5). Следует отметить, что границы
между различными видами электромаг­нитных
волн довольно условны.

§
Энергия электромагнитных волн. Возможность
обнаружения электромаг­нитных волн
указывает на то, что они переносят
энергию. Объемная плотность w
энергии
электромагнитной волны скла­дывается
из объемных плотностей wэл
(см.
(95.8)) и wм
(см.
(130.3)) электриче­ского и магнитного
полей:

Учитывая
выражение (162.4), получим, что плотность
энергии электрического и магнитного
полей в каждый момент вре­мени
одинакова, т. е. wэл
= wм.
Поэтому

Умножив
плотность энергии w
на
скорость v
распространения
волны в среде (см. (162.3)), получим модуль
плотности потока энергии:

Так
как векторы Е
и Н
взаимно пер­пендикулярны и образуют
с направлением распространения волны
правовинтовую

Вектор
S
направлен в сторону рас­пространения
электромагнитной волны, а его модуль
равен энергии, переносимой электромагнитной
волной за единицу вре­мени через
единичную площадку, перпен­дикулярную
направлению распростране­ния волны.

Если электромагнитные
волны погло­щаются или отражаются
телами (эти яв­ления подтверждены
опытами Г. Герца), то из теории Максвелла
следует, что элек­тромагнитные волны
должны оказывать на тела давление.
Давление электромаг­нитных волн
объясняется тем, что под действием
электрического поля волны за­ряженные
частицы вещества начинают упорядоченно
двигаться и подвергаются со стороны
магнитного поля волны дейст­вию сил
Лоренца. Однако значение этого давления
ничтожно. Можно оценить, что при средней
мощности солнечного излуче­ния,
приходящего на Землю, давление для
абсолютно поглощающей поверхности
со­ставляет примерно 5 мкПа. В
исключи­тельно тонких экспериментах,
ставших классическими, П. Н. Лебедев в
1899 г. до­казал существование светового
давления на твердые тела, а в 1910г.— на
газы. Опыты Лебедева имели огромное
значение для утверждения выводов теории
Мак­свелла о том, что свет представляет
собой электромагнитные волны.

Существование
давления электромаг­нитных волн
приводит к выводу о том, что электромагнитному
полю присущ механи­ческий импульс.
Импульс электромагнит­ного поля

где W
—
энергия электромагнитного поля. Выражая
импульс как р=mc
(поле
в ва­кууме распространяется со
скоростью с),
получим
p
= mc=W/c,
откуда

Это
соотношение между массой и энергией
свободного электромагнитного поля
явля­ется универсальным
законом природы
(см. также §40). Согласно специальной
теории относительности, выражение
(163.1) имеет общее значение и справед­ливо
для любых тел независимо от их внутреннего
строения.

Таким образом,
рассмотренные свойст­ва электромагнитных
волн, определяемые теорией Максвелла,
полностью подтвер­ждаются опытами
Герца, Лебедева и вы­водами специальной
теории относительно­сти, сыгравшими
решающую роль для подтверждения и
быстрого признания этой теории.

Скорость
электромагнитных волн Как
уже указывалось (см. §161), одним из
важнейших следствий уравнений Мак­свелла
(см. § 139) является существова­ние
электромагнитных волн. Можно по­казать,
что для однородной
и
изотропной
среды вдали от зарядов и токов, создаю­щих
электромагнитное поле, из уравнений
Максвелла следует, что векторы
напряженностей Е
и Н
переменного электро­магнитного поля
удовлетворяют волново­му уравнению
типа (154.9):

— оператор
Лапласа, v
—
фазовая ско­рость.

Всякая функция,
удовлетворяющая уравнениям (162.1) и
(162.2), описывает некоторую волну.
Следовательно, электро­магнитные
поля действительно могут су­ществовать
в виде электромагнитных волн. Фазовая
скорость электромагнитных волн
определяется выражением

где
с= 1/00,
0
и 0
— соответственно

агнитная
постоянные,
и 
— соответственно электрическая и
магнитная проницаемости среды.

При
вычислении скорости распростра­нения
электромагнитного поля по формуле
(162.3) получается результат, достаточно
хорошо совпадающий с эксперименталь­ными
данными, если учитывать зависи­мость

и ,
от частоты. Совпадение же размерного
коэффициента в (162.3) со
скоростью
распространения света в вакуу­ме
указывает на глубокую связь между
электромагнитными и оптическими
явле­ниями, позволившую Максвеллу
создать электромагнитную теорию света,
согласно которой свет представляет
собой электро­магнитные волны.

Соседние файлы в предмете Физика

Классификация, частотные диапазоны

В основе классификации ЭМВ лежат характерные для каждой из подгрупп частотные диапазоны. Между ними не существует резких, четко очерченных границ, порой их значения могут перекрывать один другого. Скорость излучения постоянна только в вакууме, поэтому частота взаимосвязана с длиной ЭМВ в таких же условиях.

Радиоволны

Диапазон радиоволн занимает отрезок от низких до инфракрасных частот (до 3 ТГц). Их распространение происходит без волноводов, поэтому можно не учитывать атомистическое строение окружающей среды.

Радиоволны подразделяются на:

Источником являются атмосферные, а также магнитные природные явления. Второй источник — радиосвязь. Ультракороткие волны образуются при физических явлениях — грозах.

Ультракороткие радиоволны

Длина волны ультракоротких лучей — 10м-1мм, сверхдлинных — более 10км. При этом частота ультракоротких — 30 МГц-300 ГГц, ультрадлинных — менее 30 кГц.

Ультракороткие радиоволны можно зарегистрировать при прохождении тока переменной частоты, что используется в радиотехнике, например, при сооружении антенн.

Группа подразделяется на метровые, деци-, санти-, мили-, субмилли- и микрометровые. Если длина волны менее 1-го метра (при частоте сверх 300 МГц), то она относится к микроволнам или СВЧ (сверх высоких частот).

Инфракрасное излучение

Начиная от красного цвета видимого света (длина 0,74 мкм) до микроволны (1-2 мм) занимает инфракрасное излучение. Это самый большой промежуток спектра, который могут излучать твердые и жидкие тела, имеющие определенную температуру. В таком случае про них говорят, что происходит излучение энергии в инфракрасном диапазоне. Важно, что длина волн, которые такие тела излучают, прямо пропорциональна температуре.

Тепловое излучение тем интенсивнее, чем выше температура нагретого тела и короче длина ЭМВ.

В том свете, который видит человеческий глаз, содержится 7 основных цветов. При этом красные области спектра находятся после инфракрасных, а за фиолетовыми следуют ультрафиолетовые. Однако ни тот, ни другой край не способен видеть глаз человека.

Поверхность Солнца (фотосфера) имеет температуру 6000оС. Ее цвет — желтый, а источник излучения является оптическим. Наши органы чувств способны воспринимать такой участок спектра излучения.

Оптический диапазон излучения обусловлен тепловым движением молекул и атомов. При определенной скорости их движения тело нагревается и начинает светиться сначала красным светом, затем — желтым.

В окружающей среде чаще встречаются тела, которые излучают свет, состоящий из ЭВМ разной длины, сложного состава спектра. Их энергия воспринимается глазом человека и может ощущаться неоднозначно. Происходит это по причине различной чувствительности глаза к волнам неодинаковой длины.

Наряду с тепловым излучением, излучать оптическую энергию могут химические и биологические процессы. В качестве примера приема оптического излучения можно привести фотографирование.

Жесткие лучи

К данной группе относятся рентгеновское излучение. В естественных условиях оно образуется в ходе ионизации атомов, сопровождающей радиоактивный распад. Еще одной причиной образования является космическое излучение.

Область рентгеновского излучения отделена от гамма-диапазона условно. Ориентировочно его энергия заключена в диапазоне 20 эВ-0,1 МэВ, в отличие от гамма-энергии, диапазон которой более 0,1 МэВ.

УФ лучи

«По соседству» с рентген-излучением находятся UV лучи. Их диапазон делится на ближний и дальний (вакуумный). Ближний занимает нишу 380-200 нм, дальний — 200-10 нм. Дальний также может называться вакуумным. Он интенсивно поглощается атмосферными массами и подвергается исследованиям в использованием вакуумного оборудования.

История открытия УФО связана с именем И.В. Риттера. который в 1801 году сделал вывод, что хлорид серебра под воздействием невидимого излучения с длиной волны, находящейся за пределами фиолетового света, разлагается быстрее.

УФ излучение с длинными волнами

Данный поддиапазон содержит волны не интенсивной активности. Однако они также вызывают пигментацию кожи и в небольших дозах оздоравливают человеческий организм.

Длинноволновое УФ излучение характеризуется свечением определенных веществ, благодаря чему оно находит применение в изготовлении люминесцентных предметов, а также в качестве маркера в некоторых химических реакциях.

УФ излучение со средней длиной волн

Под действием таких ЭМВ витамин D в организме человека превращается в физиологическую форму и служит для профилактики рахита. Средневолновое УФ излучение тонизирует системы организма, вызывает выработку мелатонина, однако губительно для растений.

УФ излучение с короткой длиной волн

Обладает бактерицидным эффектом, благодаря чему используется в обеззараживающих установках. С его участием идет дезинфекция и стерилизация медицинского оборудования и предметов быта.

УФ облучение поступает на землю от Солнца. Удельный вес различных вариантов данного излучения непостоянен, он зависит от многих факторов окружающей среды.

Существуют и искусственные доноры УФ излучения. Такие источники нашли применение в медицинских приборах, оборудовании санитарно-гигиенического профиля, а также в борьбе с вредителями сельского хозяйства.

Гамма-излучение

Относится к коротковолновым ЭМИ. Характеризуются корпускулярными свойствами и обладают значительным травмирующим воздействием на человеческий организм. Его нельзя почувствовать или ощутить. Это ионизирующее излучение, при котором устойчивые атомы превращаются в ионы. Скорость лучей находится в световом диапазоне.

Среди источников гамма-излучения можно назвать квазары и пульсары. Когда звезда преобразуется в сверхновую, наблюдается выделение энергии и гамма-излучение.

Условие поперечности плоских электромагнитных волн в вакууме.

в
плоской электромагнитной волне вектор
напряженности электрическогополя E,
вектор напряженности магнитного поля
H и волновой вектор k взаимно перпендикулярны
и образуют правовинтовую систему. Из
перпендикулярности векторов E и H к
волновому вектору k(к вектору скорости
волны v), т.е. направлению распространения
волны, следует, что электромагнитные
волны — поперечные.

Hx и Ex не
зависят от времени и координаты x,
т.е. являются однородными постоянными
полями. Таким образом, переменное поле
электромагнитной волны не имеет
составляющей вдоль оси x,
в направлении которой распространяется
волна. Это значит, что электромагнитная
волна поперечна, т.е. векторы

перпендикулярны
направлению ее распространения.

Что является источником электромагнитных волн

Синтезировать ЭМВ может электрический колебательный контур (проводник). Примером являются лампы, магнетроны, транзисторы. Наиболее простой источник — точечного характера. Его размеры намного меньше того расстояния, на протяжении которого действуют излучаемые им ЭМВ. Причем излучение происходит равномерно интенсивное во всех направлениях.

Самое коротковолновое излучение осуществляют атомные ядра, хотя большого различия между соседними по классификации группами нет. Обнаружение ЭМВ происходит по результатам воздействия на заряженные частицы.

Ученым удалось установить естественный волновой фон, в котором человек адаптировался. В то же время существование на Земле двух полюсов ведет к тому, что на человека постоянно оказывается излучение определенного спектра. Когда электромагнитное поле у живого индивидуума претерпевает изменения, у него могут возникнуть довольно серьезные проблемы со здоровьем.

Исторически доказаны факты, что во время и после вспышек на Солнце часты катаклизмы и войны. Это результат сдвига в магнитном поле Земли.

Электромагнитные волны различаются по частоте, поляризации и длине. Последний показатель был взят за основу самой распространенной классификации.

По показателю длины выделяют:

Где применяют и как влияет на человека

Широко применять электромагнитное излучение начали с конца XIX века. В это время началось развитие радиосвязи, с помощью которой реальным стало общение на больших расстояниях. Главными электромагнитными источниками были крупные объекты промышленного масштаба, а также электрические линии передач.

Кроме того, этим видом излучения заинтересовалась военная сфера. Так началась эпоха радаров и других подобных электрических приборов.

В сфере медицины для лечения различных болезней начали использовать инфракрасное излучение. Благодаря рентгеновским исследованиям появилась возможность выявлять внутренние повреждения в организме человека. На современном этапе с помощью лазеров проводят операции, требующие ювелирной точности.

Наряду с перечисленной выше пользой электромагнитного излучения, известны и некоторые негативные для человека последствия его воздействия:

Ученые-исследователи Н. И. Бурлака и С. С. Гоженко установили, что чрезмерное действие электромагнитного излучения повреждает внутренние органы, нарушает работу центральной нервной системы, что может привести к возникновению психических расстройств. Известен накопительный эффект биологических воздействий излучения: чем оно длительнее, тем более отрицательные результаты.

Воздействие, длящееся годами, приводит к:

Чтобы избежать таких негативных влияний, внедряют определенные стандарты, регулирующие вопросы безопасности электромагнитного воздействия. Так, для использования всех разновидностей электромагнитного излучения разрабатывают гигиенические нормы и радиационные стандарты.

На современном этапе продолжается изучение электромагнитного излучения и его воздействия на организм человека. Многие стараются свести его к минимуму, так как нет окончательного вердикта относительно вреда излучения. Нас окружает великое разнообразие электромагнитных волн, многие из которых приносят человеку пользу.

Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1913374-elektromagnitnye-volny-chto-eto-vliyanie-i-sfery-primeneniya/

Какие бывают виды электромагнитных волн

Электромагнитная волна — распространяющееся в пространстве возмущение электромагнитного поля.

Первыми материалами о существовании предполагаемых электромагнитных волн поделился английский ученый-физик Фарадей в 1832 году. Позднее Дж.Максвелл выстроил теорию электромагнитного поля, обосновав ее математическим путем. Выводы Максвелла подтвердил практическим экспериментом Герц, хотя первоначально он стремился их опровергнуть.

Успешной в изучении электромагнитных волн была деятельность П.Н. Лебедева.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Электромагнитное поле распространяется в пространстве посредством электромагнитных волн (ЭМВ). Те из них, которые возникают вокруг электрического заряда и способны распространяться вдаль от самого движущегося заряда, относят к понятию «излучение». При этом его сила по мере увеличения расстояния постепенно затухает. Исключение составляет вакуумная среда, т.е. пространство, в котором нет прочих тел или веществ, способных поглотить существующие либо испустить новые волны.

В физике в зависимости от диапазона существует следующая классификация видов ЭМВ:

Для гамма-излучения существует параллельный термин «жесткое».

Скорость распространения ЭМВ зависит от ее длины. В вакууме она равна скорости света, в других средах имеет более низкие значения. Этим показателем определяется, будет ли излучение подчиняться законам геометрической оптики. Это происходит тогда, когда расстояние в несколько раз превышает длину волны.

Еще одной важной характеристикой является частота излучения, которая обозначается λ.

Частота излучения равна числу гребней, проходящих через регистрационное устройство за единицу времени — секунду.

С учетом положений теории колебаний и электродинамики, для ЭМВ характерно существование 3х векторов, располагающихся перпендикулярно друг к другу. Это вектора:

Плоская монохроматическая электромагнитная волна. Экспоненциальная форма записи Ур-ия волн.

Электромагнитная
волна —
это распространяющиеся в пространстве
взаимно перпендикулярные
электрическое E(r,t) и
магнитноеH(r,t) поля,
удовлетворяющие системе уравнений
Максвелла, причем направление
распространения n в
каждой точке пространства
перпендикулярно E и H.

Волна
называется монохроматической (по-гречески
– одноцветной), если поле волны является
гармонической (синусоидальной) функцией
времени.

Плоская
монохроматическая электромагнитная
волна —
это электромагнитная
волна,
в которой E- и H- компоненты
поля меняются по одному и тому же
гармоническому закону, а поверхность
постоянной фазы является плоскостью.
Например, для волны, распространяющейся
в вакууме водль оси Oy,

Ez(y,t)=E0cos(wt-ky),
Hx(y,t)=H0cos(wt-ky),где  w=2*PI/T –
круговая частота колебаний,T –
период колебаний,k=2*PI/l –
волновое число, l –
длина волны.
Для
амплитуд E0 и H0 при
распространении в вакууме справедливо
соотношение:
E0=c
мю 0H0,

Часто
зависимость векторов электромагнитного
поля от координат и времени удобно
записывать в комплексной форме. Используем
для перехода к комплексной форме записи
формулу Эйлера:

Соседние файлы в папке Семестр 01

Шкала и сфера применения

Расположение ЭМВ в порядке возрастания частоты (либо уменьшения λ) возникает система, которая называется шкалой электромагнитных волн. По сути, это — непрерывный ряд частот ЭМИ, который носит условный характер.

Широко распространены приборы ночного видения, в основе работы которых лежит инфракрасное излучение. Разработаны и выпускаются специальные детекторы ИК лучей, которые помогают спасательным службам искать живые существа под завалами (в результате завалов при землетрясениях или прочих стихийных бедствиях). Сегодняшнее применение ЭМВ широко и разнообразно. Без них не обходится работа электротехнических приборов, например, сотовая связь, бескабельный интернет, радио и телевизионные приборы с пультом управления. Мы разогреваем пищу в микроволновой печи, а автомобилисты учитывают работу на трассе радаров.

ЭМВ появляются в окололампочном пространстве, а также рядом с работающими телевизорами и мониторами.

Широкая сфера применения у УФ лучей. В определенном диапазоне они обладают антисептическим и дезинфицирующим действием, что используется в борьбе с инфекциями. В банковских структурах, опираясь на механизм их действия, проверяют подлинность денежных купюр.

Поскольку УФ лучи оказывают губительное действие на любую живую клетку, в т.ч. бактерии и вирусы, то механизм УФ облучения используется для стерилизации медицинских изделий, оборудования, рабочих поверхностей.

Если бы над земной корой отсутствовала атмосфера, жесткие УФ лучи убили бы все живое на Земле. Однако озоновый слой атмосферы способен поглощать эти лучи, выбирая их из спектра радиации Солнца. Несмотря на это, часть жестких УФ лучей все-таки проникает на поверхность Земли и способна вызвать ожоги, а также озлокачествление клеток кожи.

Велико значение в медицине рентгеновских лучей. Проникая через мягкие ткани, они дают врачу представление о костной патологии, помогают диагностировать переломы и искривления.

Рентгеновские лучи проникают сквозь мягкие ткани организма и поэтому незаменимы в медицинской диагностике. Как и в случае с радиоволнами временной разрыв между их открытием в 1895 году и началом практического применения, ознаменовавшимся получением в одной из парижских больниц первого рентгеновского снимка, составил считанные годы.

Космическая аппаратура использует устройства гамма-телескопы.