Preuzmite sa Depositfiles
3.2.2 Širenje elektromagnetnih talasa
Među elektromagnetnim poljima općenito, generiranim električnim nabojima i njihovim kretanjem, uobičajeno je da se stvarnim zračenjem naziva onaj dio naizmjeničnih elektromagnetnih polja koji se može širiti najdalje od svojih izvora - pokretnih naboja, koji se najsporije raspadaju s udaljenosti. . Ovo zračenje se naziva elektromagnetski talasi.
Elektromagnetski talasi su sposobni da se šire u skoro svim okruženjima. U vakuumu (prostor bez materije i tijela koja apsorbiraju ili emituju elektromagnetne valove), elektromagnetski valovi se šire bez prigušenja na proizvoljno velike udaljenosti, ali se u nekim slučajevima prilično dobro šire u prostoru ispunjenom materijom (malo mijenjajući njihovo ponašanje).
Za mjerenje udaljenosti koriste se elektromagnetski valovi gotovo svih opsega navedenih u tabeli. 3.1, osim ultraljubičastog zračenja u optičkom opsegu, kratkih radio talasa i jonizujućeg zračenja.
Prilikom mjerenja udaljenosti korištenjem elektromagnetnih valova, i domet i tačnost su pod jakim utjecajem uvjeta širenja. To se podrazumijeva kao čitav kompleks faktora: svojstva samih valova, priroda donje površine, doba dana, meteorološki uslovi atmosfere itd.
Svetlosni talasi i VHF talasi se šire gotovo pravolinijski.
Difrakcija centimetarski talasi koji se koriste u radio daljinomjerima i VHF sistemima su toliko mali da ne dovode do savijanja oko Zemljine površine. Takvo savijanje u maloj mjeri postoji samo zbog refrakcija .
(Difrakcija - ovo je fenomen odstupanja od zakona geometrijske optike tokom širenja talasa. Konkretno, ovo je odstupanje od pravosti prostiranja svjetlosnog snopa. Refrakcija ili refrakcija - ovo je promjena smjera širenja elektromagnetnog zračenja koja se javlja na granici između dva medija transparentna za ove valove ili u masi medija sa kontinuiranim promjenama svojstava).
Maksimalni domet VHF sistema je ograničen ograničenjima linija vida
... Granice vidljivosti na fizičkoj površini Zemlje zavise od elevacije antena i terena. Ako uzmemo u obzir samo zakrivljenost sferne Zemlje (bez reljefa) i zanemarimo refrakciju, tada je granična udaljenost vidnog polja između dvije tačke određena visinama tačaka 
i 
na sljedeći način:
gdje se izražava u kilometrima, a visine u metrima.
Uzimajući u obzir refrakcijsku krivinu putanje (sa normalnom lomom), koeficijent 3,57 u jednačini (3,29) zamjenjuje se sa 4,12 za radio valove, a 3,83 za optičke valove, tj. refrakcija povećava udaljenost linije vida za oko 15% za radio talase i za 7% za optičke talase.
Ako su npr. daljinomjer i reflektor antene postavljene na običan drveni tronožac, tj. 
, tada će udaljenost linije vida izračunata po formuli (3.29) biti 
... Ako su antene podignute na visinu 
, tada će udaljenost linije vida biti 
.
Za optičke talase, pored direktne linije vida, prisustvo optička vidljivost (transparentnost) .
Širenje dugih i srednjih radio talasa ima posebne karakteristike. Najznačajnija karakteristika je refleksija od gornjih, visoko jonizovanih slojeva atmosfere, koji se nalaze na visinama većim od 60 km.
To dovodi do činjenice da ne samo direktan talas koji se širi duž površine Zemlje (površinski talas), već i talas reflektovan od jonosfere - takozvani nebeski talas (slika 3.11) može doći do tačke prijema. U području gdje se susreću površinski i svemirski valovi dolazi do njihove interferencije, zbog čega površinski val koji prenosi korisni signal prima distorzije amplitude i faze, a ako se prijemna oprema nalazi u takvom području, mjerenja mogu biti vrlo teška i često nemoguće.
Prostorni talas, reflektovan od jonosfere, može se širiti na mnogo veće udaljenosti od površinskog talasa, čemu oblik Zemlje sa svojim reljefom stvara prepreke. Zbog difrakcije, ove prepreke se mogu savijati od strane površinskog talasa, a opseg njegovog širenja zavisi od apsorpcionih svojstava zemljine površine. Što se tiče nebeskog talasa, takođe ga delimično apsorbuju jonosfera i površina zemlje uz višestruke refleksije od jonosferskih slojeva. Apsorpcija zemljine površine zavisi od talasne dužine, njene polarizacije i električnih karakteristika specifične površine ispod.
Svojstvo dalekosežnog širenja nebeskog talasa sa višestrukim refleksijama od jonosfere uspešno se koristi u radio komunikaciji, emitovanju i radio navigaciji na daljinu. ali za radio geodetske svrhe korištenje nebeskog vala nemoguće, budući da geometrija njegovog prolaza ne podliježe strogom računovodstvu. Stoga za za tačna mjerenja treba koristiti samo površinski val .
Na osnovu navedenog, za potrebe geodetskih mjerenja pogodni su samo valovi optičkog i VHF opsega .
Geodetski daljinomjeri optičkog opsega valnih dužina koriste se uglavnom za mjerenje udaljenosti do 10 km.
Geodetski radio daljinomjeri se koriste za mjerenje udaljenosti od nekoliko desetina kilometara.
Međutim, trenutno su gotovo svi proizvođači geodetskih daljinomjera prestali proizvoditi radio daljinomjere, te su se koncentrirali na optičke daljinomjere ili elektronske totalne stanice, čiji je daljinomjer sastavni dio. Ova situacija se objašnjava činjenicom da su u praksi geodetskog rada široko rasprostranjene tehnologije koje pružaju globalni satelitski navigacijski sistemi, zahvaljujući kojima je postalo moguće precizno odrediti koordinate tačaka na površini zemlje. Ali upravo za taj zadatak su dizajnirani radio daljinomjeri. Udaljenost između tačaka izmjerena pomoću radio daljinomjera je zatim korištena za izračunavanje koordinata tačke koja se utvrđuje. Upotreba GNSS prijemnika omogućava da se isključi međuoperacija mjerenja udaljenosti između tačaka i da se odmah dobiju koordinate tačke koja se utvrđuje.
Elektromagnetski talasi su širenje elektromagnetnih polja u prostoru i vremenu.
Kao što je gore navedeno, postojanje elektromagnetnih talasa teoretski je predvidio veliki engleski fizičar J. Maxwell 1864. godine. Analizirao je sve do tada poznate zakone elektrodinamike i pokušao ih primijeniti na električna i magnetska polja koja se mijenjaju u vremenu. On je u fiziku uveo koncept vrtložnog električnog polja i predložio novo tumačenje zakona elektromagnetne indukcije, koje je otkrio Faraday 1831.: svaka promjena magnetnog polja stvara vrtložno električno polje u okolnom prostoru, linije sile koji su zatvoreni.
On je iznio hipotezu o postojanju obrnutog procesa: električno polje koje se mijenja u vremenu stvara magnetsko polje u okolnom prostoru. Maksvel je prvi opisao dinamiku novog oblika materije – elektromagnetnog polja, i izveo sistem jednačina (Maxwellove jednačine), povezujući karakteristike elektromagnetnog polja sa njegovim izvorima – električnim naelektrisanjem i strujama. U elektromagnetnom talasu se dešavaju međusobne transformacije električnog i magnetnog polja. Sl. 2 a, b ilustruju međusobnu transformaciju električnog i magnetnog polja.
Slika 2 - Međusobna transformacija električnog i magnetnog polja: a) Zakon elektromagnetne indukcije u Maxwellovoj interpretaciji; b) Maxwellova hipoteza. Promjenjivo električno polje stvara magnetno polje
Podjela elektromagnetnog polja na električno i magnetsko ovisi o izboru referentnog okvira. Zaista, oko naboja koji počivaju u jednom referentnom okviru, postoji samo električno polje; međutim, ista naelektrisanja će se kretati u odnosu na drugi referentni okvir i generisati u ovom referentnom okviru, pored električnog, i magnetno polje. Tako je Maxwellova teorija povezala električne i magnetske fenomene.
Ako uz pomoć oscilirajućih naboja pobudite naizmjenično električno ili magnetsko polje, tada u okolnom prostoru nastaje niz međusobnih transformacija električnih i magnetskih polja, šireći se od točke do točke. Oba ova polja su vrtložna, a vektori i nalaze se u međusobno okomitim ravnima. Proces širenja elektromagnetnog polja šematski je prikazan na slici 3. Ovaj proces, koji je periodičan u vremenu i prostoru, je elektromagnetski talas.
Slika 3 – Proces širenja elektromagnetnog polja
Ova hipoteza je bila samo teorijska pretpostavka koja nije imala eksperimentalnu potvrdu, međutim, na njenoj osnovi Maksvel je uspeo da zapiše konzistentan sistem jednačina koje opisuju međusobne transformacije električnog i magnetskog polja, odnosno sistem jednačina elektromagnetnog polja. polje.
Dakle, iz Maxwellove teorije slijedi niz važnih zaključaka - osnovnih svojstava elektromagnetnih valova.
Postoje elektromagnetski talasi, tj. elektromagnetno polje koje se širi u prostoru i vremenu.
U prirodi, električni i magnetski fenomeni djeluju kao dvije strane jednog procesa.
Elektromagnetni talasi se emituju oscilirajućim naelektrisanjem. Prisustvo ubrzanja je glavni uslov za emisiju elektromagnetnih talasa, tj.
- - svaka promjena magnetnog polja stvara vrtložno električno polje u okolnom prostoru (slika 2a).
- - svaka promjena električnog polja pobuđuje vrtložno magnetsko polje u okolnom prostoru, čije se linije indukcije nalaze u ravni okomitoj na linije intenziteta naizmjeničnog električnog polja, i pokriva ih (slika 2b).
Indukcijske linije nastalog magnetnog polja formiraju "desni vijak" sa vektorom. Elektromagnetski valovi su poprečni - vektori i okomiti su jedni na druge i leže u ravni okomitoj na smjer širenja valova (slika 4).
Slika 4 - Poprečni elektromagnetski talasi
Periodične promjene u električnom polju (vektor intenziteta E) stvaraju promjenjivo magnetsko polje (indukcijski vektor B), koje zauzvrat stvara promjenjivo električno polje. Oscilacije vektora E i B se javljaju u međusobno okomitim ravninama i okomito na liniju širenja talasa (vektor brzine) i poklapaju se u fazi u bilo kojoj tački. Linije sile električnog i magnetskog polja u elektromagnetnom talasu su zatvorene. Takva polja se nazivaju vrtložna.
Elektromagnetski valovi se šire u materiji konačnom brzinom, što je još jednom potvrdilo valjanost teorije djelovanja kratkog dometa.
Maksvelov zaključak o konačnoj brzini širenja elektromagnetnih talasa bio je u suprotnosti sa tada usvojenom teorijom dugog dometa, u kojoj se pretpostavljalo da je brzina širenja električnog i magnetnog polja beskonačno velika. Stoga se Maxwellova teorija naziva teorijom djelovanja kratkog dometa.
Takvi talasi se mogu širiti ne samo u gasovima, tečnostima i čvrstim materijama, već iu vakuumu.
Brzina elektromagnetnih talasa u vakuumu c = 300000 km/s. Brzina širenja elektromagnetnih talasa u vakuumu jedna je od osnovnih fizičkih konstanti.
Širenje elektromagnetnog vala u dielektriku je kontinuirana apsorpcija i ponovna emisija elektromagnetske energije od strane elektrona i jona tvari, koji prolaze kroz prisilne oscilacije u naizmjeničnom električnom polju vala. U ovom slučaju, brzina talasa se smanjuje u dielektriku.
Elektromagnetski talasi nose energiju. Kada se talasi šire, dolazi do strujanja elektromagnetne energije. Ako odaberete oblast S (slika 4), orijentisanu okomito na pravac prostiranja talasa, tada će za kratko vreme Dt energija DWem proteći kroz površinu jednaku
DWem = (wé + wm) hSDt.
Prilikom prelaska iz jednog medija u drugi, frekvencija talasa se ne mijenja.
Materija može apsorbovati elektromagnetne talase. To je zbog rezonantne apsorpcije energije nabijenim česticama materije. Ako se prirodna frekvencija oscilacija dielektričnih čestica uvelike razlikuje od frekvencije elektromagnetnog vala, apsorpcija se javlja slabo, a medij postaje providan za elektromagnetski val.
Dolazeći do granice između dva medija, dio vala se reflektira, a dio prelazi u drugi medij, prelamajući se. Ako je drugi medij metal, tada se val koji je prešao u drugi medij brzo raspada, a većina energije (posebno za niskofrekventne oscilacije) se reflektira u prvi medij (metali su neprozirni za elektromagnetne valove).
Šireći se u medijumu, elektromagnetski talasi, kao i svaki drugi talas, mogu doživeti prelamanje i refleksiju na granici između medija, disperzije, apsorpcije, interferencije; pri širenju u nehomogenim sredinama uočavaju se difrakcija talasa, rasipanje talasa i druge pojave.
Iz Maxwellove teorije slijedi da bi elektromagnetski valovi trebali vršiti pritisak na tijelo koje apsorbira ili reflektira. Pritisak elektromagnetnog zračenja objašnjava se činjenicom da pod djelovanjem električnog polja vala u tvari nastaju slabe struje, odnosno uređeno kretanje nabijenih čestica. Na ove struje djeluje amperova sila sa strane magnetskog polja vala, usmjerena u debljinu tvari. Ova sila stvara rezultujući pritisak. Obično je pritisak elektromagnetnog zračenja zanemarljiv. Na primjer, pritisak sunčevog zračenja koje dolazi na Zemlju na apsolutno apsorbirajuću površinu je oko 5 μPa.
Prve eksperimente za određivanje pritiska zračenja na reflektirajuća i apsorbirajuća tijela, koji su potvrdili zaključak Maxwellove teorije, izveo je izvanredni fizičar Moskovskog univerziteta P.N. Lebedev 1900. Otkriće tako malog efekta zahtijevalo je od njega izuzetnu domišljatost i vještinu u postavljanju i izvođenju eksperimenta. Godine 1900. uspio je izmjeriti svjetlosni pritisak na čvrste tvari, a 1910. godine - na plinove. Glavni dio P.I. Za merenje svetlosnog pritiska, Lebedev je sastavljen od lakih diskova prečnika 5 mm okačenih elastičnom niti (slika 5) unutar evakuisane posude.
Slika 5 - Eksperiment P.I. Lebedeva
Diskovi su napravljeni od raznih metala i mogli su se zamijeniti tokom eksperimenata. Svjetlost iz jakog električnog luka bila je usmjerena na diskove. Kao rezultat izlaganja svjetlu na diskovima, filament se uvrnuo i diskovi su se skretali. Rezultati eksperimenata P.I. Lebedev su bili u potpunosti konzistentni sa Maksvelovom elektromagnetskom teorijom i bili su od velike važnosti za njeno odobrenje.
Postojanje pritiska elektromagnetnih talasa nam omogućava da zaključimo da je elektromagnetnom polju svojstven mehanički impuls.Ovaj odnos između mase i energije elektromagnetnog polja u jedinici zapremine je univerzalni zakon prirode. Prema specijalnoj teoriji relativnosti, to vrijedi za sva tijela, bez obzira na njihovu prirodu i unutrašnju strukturu.
Pošto je pritisak svetlosnog talasa veoma mali, on ne igra značajnu ulogu u pojavama sa kojima se susrećemo u svakodnevnom životu. Ali u svemiru i mikroskopskim sistemima suprotnim po mjerilu, uloga ovog efekta naglo raste. Dakle, gravitaciono privlačenje vanjskih slojeva materije svake zvijezde prema centru je uravnoteženo silom, kojoj značajan doprinos daje pritisak svjetlosti koja dolazi iz dubine zvijezde prema van. U mikrokosmosu, pritisak svjetlosti se manifestira, na primjer, u fenomenu svjetlosnog trzaja atoma. To doživljava pobuđeni atom kada emituje svjetlost.
Pritisak svjetlosti igra značajnu ulogu u astrofizičkim pojavama, posebno u formiranju kometnih repova, zvijezda itd. Svetlosni pritisak dostiže značajnu vrednost u tačkama fokusa zračenja moćnih kvantnih generatora svetlosti (lasera). Dakle, pritisak fokusiranog laserskog zračenja na površinu tanke metalne ploče može dovesti do njenog sloma, odnosno do pojave rupe na ploči. Dakle, elektromagnetno polje ima sve karakteristike materijalnih tijela – energiju, konačnu brzinu širenja, impuls, masu. Ovo sugerira da je elektromagnetno polje jedan od oblika postojanja materije.
Otkriće elektromagnetnih valova je izvanredan primjer interakcije eksperimenta i teorije. Pokazuje kako je fizika spojila naizgled apsolutno različita svojstva - elektricitet i magnetizam - otkrivajući u njima različite strane istog fizičkog fenomena - elektromagnetne interakcije. Danas je to jedna od četiri poznate fundamentalne fizičke interakcije, koje također uključuju jake i slabe nuklearne interakcije i gravitaciju. Već je izgrađena teorija elektroslabe interakcije, koja sa jedinstvenog stanovišta opisuje elektromagnetne i slabe nuklearne sile. Postoji i sljedeća objedinjujuća teorija - kvantna hromodinamika - koja pokriva elektroslabe i jake interakcije, ali je njena preciznost nešto niža. Opišite sve fundamentalne interakcije sa jedinstvene pozicije još nisu bile uspješne, iako se u tom pravcu provode intenzivna istraživanja u okviru oblasti fizike kao što su teorija struna i kvantna gravitacija.
Elektromagnetne talase teoretski je predvidio veliki engleski fizičar Džejms Klark Maksvel (verovatno prvi put 1862. godine u delu "O fizičkim linijama sile", iako je detaljan opis teorije objavljen 1867. godine). Marljivo i sa velikim poštovanjem pokušavao je da prevede na strogi matematički jezik pomalo naivne slike Majkla Faradaja koji opisuje električne i magnetne pojave, kao i rezultate drugih naučnika. Nakon što je sve električne i magnetske fenomene uredio na isti način, Maxwell je otkrio brojne kontradikcije i nedostatak simetrije. Prema Faradejevom zakonu, naizmjenična magnetna polja stvaraju električna polja. Ali nije bilo poznato jesu li naizmjenična električna polja magnetska. Maxwell je uspio da se riješi kontradikcije i povrati simetriju električnog i magnetskog polja uvođenjem dodatnog člana u jednačine, koji opisuje pojavu magnetnog polja pri promjeni električnog polja. U to vrijeme, zahvaljujući Oerstedovim eksperimentima, već je bilo poznato da jednosmjerna struja stvara konstantno magnetsko polje oko vodiča. Novi termin je opisao drugačiji izvor magnetskog polja, ali bi se mogao zamisliti kao imaginarna električna struja, koju je Maxwell nazvao struja pristrasnosti, da se razlikuje od uobičajene struje u vodičima i elektrolitima - struja provodljivosti. Kao rezultat toga, pokazalo se da naizmjenična magnetna polja stvaraju električna polja, a naizmjenična električna - magnetska. A onda je Maxwell shvatio da se u takvom snopu oscilirajuća električna i magnetska polja mogu odvojiti od vodiča koji ih generiraju i kretati kroz vakuum određenom, ali vrlo velikom brzinom. Izračunao je ovu brzinu, a ispostavilo se da je oko tri stotine hiljada kilometara u sekundi.
Šokiran ovim rezultatom, Maksvel piše Williamu Thomsonu (lordu Kelvinu, koji je posebno uveo apsolutnu temperaturnu skalu): „Brzina poprečnih oscilacija talasa u našem hipotetičkom mediju, izračunata iz elektromagnetnih eksperimenata Kolrauša i Vebera, tako da je tačno poklapa se sa brzinom svjetlosti izračunatom iz Fizeauovih optičkih eksperimenata tako da teško možemo odbiti zaključak da svjetlost se sastoji od poprečnih vibracija istog medija koji uzrokuje električne i magnetske pojave". I dalje u pismu: „Svoje jednačine sam dobio, živeći u provinciji i ne znajući za blizinu brzine širenja magnetnih efekata brzini svetlosti, koju sam našao, pa mislim da imam sve razloge da razmišljam magnetni i luminiferni mediji kao jedan te isti medij..."
Maxwellove jednadžbe daleko prevazilaze okvire školskog predmeta fizike, ali su toliko lijepe i lakonski da ih treba staviti na istaknuto mjesto u kabinetu fizike, jer se većina fenomena prirode koji su značajni za čovjeka može opisati sa samo nekoliko redova ovih jednačina. Ovako se informacije komprimiraju kada se kombinuju prethodno različite činjenice. Evo jedne od vrsta Maxwellovih jednadžbi u diferencijalnom predstavljanju. Admire.
Naglasio bih da se iz Maxwellovih proračuna dobija obeshrabrujuća posljedica: oscilacije električnog i magnetskog polja su poprečne (što je on sam uvijek isticao). A poprečne vibracije se šire samo u čvrstim materijama, ali ne i u tečnostima i gasovima. Do tada je pouzdano izmjereno da je brzina poprečnih oscilacija u čvrstim tijelima (jednostavno brzina zvuka) veća, grubo rečeno, što je medij tvrđi (što je veći Youngov modul i manja gustina) i može doseći nekoliko kilometara. u sekundi. Brzina poprečnog elektromagnetnog talasa bila je skoro sto hiljada puta veća od brzine zvuka u čvrstim materijama. I treba napomenuti da je karakteristika krutosti uključena u jednadžbu brzine zvuka u čvrstom tijelu u korijenu. Pokazalo se da medij kroz koji putuju elektromagnetski valovi (i svjetlost) ima monstruozne elastične karakteristike. Postavilo se izuzetno teško pitanje: "Kako se druga tijela kreću kroz tako čvrsti medij, a to ne osjećaju?" Hipotetički medij nazvan je eter, pripisujući mu istovremeno čudna i, općenito govoreći, međusobno isključiva svojstva - ogromnu elastičnost i izuzetnu lakoću.
Maksvelov rad izazvao je šok među savremenim naučnicima. Sam Faraday je sa iznenađenjem napisao: "U početku sam se čak uplašio kada sam vidio da se takva matematička sila primjenjuje na pitanje, ali onda sam se iznenadio kada sam vidio da se pitanje tako dobro nosi." Unatoč činjenici da su Maxwellovi pogledi poništili sve ideje o širenju posmičnih valova i valova općenito poznate u to vrijeme, pronicljivi naučnici su shvatili da je podudarnost brzine svjetlosti i elektromagnetnih valova temeljni rezultat, koji govori da je ovdje da će fizika imati veliki napredak.
Nažalost, Maxwell je rano umro i nije doživio pouzdanu eksperimentalnu potvrdu svojih proračuna. Međunarodno znanstveno mišljenje promijenilo se kao rezultat eksperimenata Heinricha Hertza, koji je 20 godina kasnije (1886–89) pokazao stvaranje i prijem elektromagnetnih valova u nizu eksperimenata. Hertz ne samo da je u tišini laboratorije dobio ispravan rezultat, već je strastveno i beskompromisno branio Maxwellove stavove. Štaviše, nije se ograničio na eksperimentalno dokazivanje postojanja elektromagnetnih talasa, već je istraživao i njihova osnovna svojstva (refleksija od ogledala, prelamanje u prizmama, difrakcija, interferencija, itd.), pokazujući potpunu istovetnost elektromagnetnih talasa sa svetlošću.
Zanimljivo je da je sedam godina prije Hertza, 1879. godine, engleski fizičar David Edward Hughes (Hughes - DE Hughes) demonstrirao i drugim istaknutim naučnicima (među njima je bio i sjajni fizičar i matematičar Georg-Gabriel Stokes) efekat propagacije elektromagnetnih talasa u vazduhu. Kao rezultat diskusija, naučnici su došli do zaključka da vide fenomen Faradejeve elektromagnetne indukcije. Hjuz je bio uznemiren, nije verovao sebi i objavio rezultate tek 1899. godine, kada je Maxwell-Hertz teorija postala opšteprihvaćena. Ovaj primjer govori da u nauci uporno širenje i promocija dobijenih rezultata često nije ništa manje važno od samog naučnog rezultata.
Heinrich Hertz je sažeo rezultate svojih eksperimenata: "Opisani eksperimenti, kako mi se barem čini, otklanjaju sumnje u identitet svjetlosti, toplinskog zračenja i elektrodinamičkog valnog kretanja."
Poglavlje 1
OSNOVNI PARAMETRI ELEKTROMAGNETSKIH TALASA
Lako je zamisliti kakav je to elektromagnetski val koristeći sljedeći primjer. Ako bacite kamenčić na površinu vode, tada se na površini formiraju valovi koji se razilaze u krugovima. Oni se kreću od izvora svog nastanka (poremećaja) određenom brzinom širenja. Za elektromagnetne talase, smetnje su električna i magnetska polja koja se kreću u prostoru. Elektromagnetno polje koje se mijenja u vremenu nužno uzrokuje pojavu naizmjeničnog magnetnog polja, i obrnuto. Ova polja su međusobno povezana.
Glavni izvor spektra elektromagnetnih talasa je zvezda Sunce. Dio spektra elektromagnetnih valova vidljiv je ljudskom oku. Ovaj spektar se nalazi unutar 380 ... 780 nm (slika 1.1). U vidljivom spektru, oko percipira svjetlost na različite načine. Elektromagnetne vibracije različitih talasnih dužina proizvode osećaj svetlosti različitih boja.
Dio spektra elektromagnetnih valova koristi se za radio-televizijske viseće i komunikacijske svrhe. Izvor elektromagnetnih valova je žica (antena) u kojoj osciliraju električni naboji. Proces formiranja polja, koji je započeo u blizini žice, postepeno, tačku po tačku, zahvata čitav prostor. Što je viša frekvencija naizmjenične struje koja prolazi kroz žicu i stvara električno ili magnetsko polje, to su intenzivniji radio valovi određene dužine koje proizvodi žica.
Elektromagnetski talasi imaju sledeće glavne karakteristike.
1. Talasna dužina lw, je najkraća udaljenost između dvije tačke u prostoru, na kojoj se faza harmonijskog elektromagnetnog talasa mijenja za 360°. Faza je stanje (faza) periodičnog procesa (slika 1.2).
Kod viseće zemaljske televizije koriste se metarski (MB) i decimetarski talasi (UHF), u satelitskim - centimetarski talasi (CM). Kako se frekventni opseg CM popuni, opseg milimetarskih talasa (Ka-opseg) će se savladati.
2. Period oscilacije talasa T- vrijeme tokom kojeg dolazi do jedne potpune promjene jačine polja, odnosno vrijeme tokom kojeg tačka radio talasa, koja ima neku fiksnu fazu, putuje putanjom jednaku talasnoj dužini lw.
3. Frekvencija oscilacija elektromagnetnog polja F(broj oscilacija polja u sekundi) određuje se formulom
Jedinica mjerenja frekvencije je herc (Hz), frekvencija na kojoj se javlja jedna oscilacija u sekundi. U satelitskom emitovanju treba se suočiti sa veoma visokim frekvencijama elektromagnetnih talasa, merenim u gigahercima.
Za satelitsko direktno televizijsko emitovanje (STTV) preko linije Kosmos - Zemlja, koristi se niski opseg C-pojasa i dio Ku opsega (10,7 ... 12,75 GGi). Gornji dio ovih opsega se koristi za prijenos informacija preko linije Zemlja-Svemir (Tabela 1.1).
4. Brzina širenja talasa WITH - brzina sekvencijalnog širenja talasa iz izvora energije (antene).
Brzina širenja radio talasa u slobodnom prostoru (vakumu) je konstantna i jednaka je brzini svetlosti C = 300.000 km/s. Uprkos tako velikoj brzini, elektromagnetski talas duž linije Zemlja - Svemir - Zemlja se kreće za 0,24 s. Na terenu, radio i televizijski programi mogu se primati gotovo trenutno bilo gdje. Kada se širi u stvarnom prostoru, na primjer, u zraku, brzina radio vala ovisi o svojstvima medija, obično je manja WITH po vrijednosti indeksa prelamanja medija.
Frekvencija elektromagnetnih talasa F, brzina njihovog širenja C i talasna dužina l povezani su relacijom
lv = C / F, i pošto F = 1 / T, tada je lv = C * T.
Zamjenom vrijednosti brzine C = 300.000 km/s u posljednju formulu, dobijamo
lv (m) = 3 * 10 ^ 8 / F (m / s * 1 / Hz)
Za velike vrijednosti frekvencija, talasna dužina elektromagnetne vibracije može se odrediti formulom lw (m) = 300 / F (MHz) Poznavajući talasnu dužinu elektromagnetne vibracije, frekvencija se određuje formulom F (MHz) = 300 / lw (m)
5. Polarizacija radio talasa. Električnu i magnetsku komponentu elektromagnetnog polja, respektivno, karakterišu vektori E i H, koji pokazuju vrijednost jačine polja i njihov smjer. Polarizacija je orijentacija vektora električnog polja E talasi u odnosu na površinu zemlje (slika 1.2).
Vrsta polarizacije radio talasa određena je orijentacijom (pozicijom) predajne antene u odnosu na površinu zemlje. I zemaljske i satelitske televizije koriste linearnu polarizaciju, odnosno horizontalnu N i vertikalno V (sl. 1.3).
Radio valovi s horizontalnim vektorom električnog polja nazivaju se horizontalno polariziranim, a oni s vertikalnim se nazivaju vertikalno polariziranim. Ravan polarizacije za posljednje valove je vertikalna, a vektor N(vidi sliku 1.2) je u horizontalnoj ravni.
Ako je predajna antena postavljena vodoravno iznad površine zemlje, tada će i linije električnog polja polja biti locirane horizontalno. U ovom slučaju, polje će izazvati najveću elektromotornu silu (EMF) u vatri
Slika 1.4. Kružna polarizacija radio talasa:
LZ- lijevo; RZ- u pravu
pupčana prijemna antena. Stoga, za N polarizacije radio talasa, prijemna antena mora biti orijentisana horizontalno. U ovom slučaju teoretski neće biti prijema radio talasa na vertikalno postavljenoj anteni, jer je EMF indukovana u anteni nula. I obrnuto, sa vertikalnim položajem odašiljačke antene, prijemna antena također mora biti postavljena okomito, što će omogućiti da se u njoj dobije najveći EMF.
U televizijskom emitiranju sa umjetnih satelita Zemlje (AES), pored linearnih polarizacija, široko se koristi i kružna polarizacija. Koliko god čudno izgledalo, to je zbog nepropusnosti zraka, jer u orbitama postoji veliki broj komunikacijskih satelita i satelita direktnog (direktnog) televizijskog emitiranja.
Često u tablicama satelitskih parametara daju skraćenicu za vrstu kružne polarizacije - L i R. Kružna polarizacija radio talasa je stvorena, na primjer, konusnom spiralom na dovodu odašiljačke antene. Ovisno o smjeru namotavanja spirale, kružna polarizacija ispada lijeva ili desna (slika 1.4).
U skladu s tim, polarizator mora biti instaliran u feed antene zemaljske satelitske televizije, koja reagira na kružnu polarizaciju radio valova koje emituje predajna antena satelita.
Razmotrimo pitanja modulacije visokofrekventnih oscilacija i njihovog spektra tokom prenosa sa satelita. Preporučljivo je to učiniti u poređenju sa zemaljskim radiodifuznim sistemima.
Razmak između frekvencija nosioca slike i zvuka je 6,5 MHz, ostatak donjeg bočnog pojasa (lijevo od nosača slike) je 1,25 MHz, a širina zvučnog kanala je 0,5 MHz.
(sl. 1.5). Uzimajući ovo u obzir, ukupna širina televizijskog kanala je 8,0 MHz (prema D i K standardima usvojenim u zemljama ZND).
Predajna televizijska stanica ima dva predajnika. Jedan od njih prenosi električne signale slike, a drugi prenosi zvuk na različitim frekvencijama nosioca. Promjena nekog parametra visokofrekventne oscilacije nosioca (snaga, frekvencija, faza itd.) pod utjecajem niskofrekventnih oscilacija naziva se modulacija. Koriste se dvije glavne vrste modulacije: amplituda (AM) i frekvencija (FM). Na televiziji, slikovni signali se prenose sa AM, a zvučni signali sa FM. Nakon modulacije, električne vibracije se pojačavaju u snazi, zatim ulaze u predajnu antenu i zrače je u svemir (eter) u obliku radio talasa.
8 zemaljskog televizijskog emitiranja, iz više razloga, nemoguće je primijeniti FM za prijenos signala slike. Na SM ima mnogo više vazdušnog prostora, a takva prilika postoji. Kao rezultat toga, satelitski kanal (transponder) zauzima frekvencijski opseg od 27 MHz.
Prednosti frekvencijske modulacije signala podnosača:
manja osjetljivost na smetnje i šum u odnosu na AM, niska osjetljivost na nelinearnost dinamičkih karakteristika kanala za prijenos signala, kao i stabilnost prijenosa na velikim udaljenostima. Ove karakteristike se objašnjavaju konstantnošću nivoa signala u kanalima prenosa, mogućnošću frekventne korekcije predistorzije, što povoljno utiče na odnos signal-šum, zbog čega FM može značajno da smanji snagu predajnika pri prenosu informacija. na istoj udaljenosti. Na primjer, zemaljski radiodifuzni sistemi koriste predajnike koji su 5 puta snažniji za prijenos signala slike na istu televizijsku stanicu nego za prijenos audio signala.
Elektromagnetno zračenje postoji tačno onoliko koliko živi naš Univerzum. Imao je ključnu ulogu u evoluciji života na Zemlji. U stvari, ovo je poremećaj stanja elektromagnetnog polja koje se širi u svemiru.
Karakteristike elektromagnetnog zračenja
Svaki elektromagnetski talas opisuje se pomoću tri karakteristike.
1. Frekvencija.
2. Polarizacija.
Polarizacija Jedan je od glavnih valnih atributa. Opisuje poprečnu anizotropiju elektromagnetnih talasa. Zračenje se smatra polarizovanim kada se sve oscilacije talasa javljaju u jednoj ravni.
Ovaj fenomen se aktivno koristi u praksi. Na primjer, u kinu kada se prikazuju 3D filmovi.
Koristeći polarizaciju, IMAX naočale razdvajaju sliku koja je namijenjena različitim očima. 
Frekvencija- broj vrhova talasa koji prođu pored posmatrača (u ovom slučaju detektora) u jednoj sekundi. Mjereno u hercima.
Talasna dužina- specifična udaljenost između najbližih tačaka elektromagnetnog zračenja čije se oscilacije javljaju u istoj fazi.
Elektromagnetno zračenje može se širiti u gotovo svakom okruženju: od guste materije do vakuuma.
Brzina širenja u vakuumu je 300 hiljada km u sekundi.
Za zanimljiv video o prirodi i svojstvima EM talasa pogledajte video ispod:
Vrste elektromagnetnih talasa
Svo elektromagnetno zračenje je podijeljeno po frekvenciji. 
1. Radio talasi. Kratki su, ultra kratki, ekstra dugi, dugi, srednji.
Dužina radio talasa kreće se od 10 km do 1 mm, te od 30 kHz do 300 GHz.
Njihovi izvori mogu biti i ljudske aktivnosti i razne prirodne atmosferske pojave.
2. . Talasna dužina je u rasponu od 1 mm - 780 nm, a može doseći i do 429 THz. Infracrveno zračenje se naziva i toplotno zračenje. Temelj čitavog života na našoj planeti.
3. Vidljivo svjetlo. Dužina 400 - 760 / 780 nm. Shodno tome, fluktuira unutar 790-385 THz. Ovo uključuje čitav spektar zračenja koje se može vidjeti ljudskim okom.
4. . Talasna dužina je kraća od infracrvenog zračenja.
Može ići do 10 nm. takvi talasi su veoma veliki - oko 3x10 ^ 16 Hz.
5. X-zrake... talasi 6x10 ^ 19 Hz, i dužine reda od 10 nm - 5 pm.
6. Gama talasi. Ovo uključuje svako zračenje koje je veće nego kod rendgenskih zraka, a dužina je manja. Izvor takvih elektromagnetnih talasa su kosmički, nuklearni procesi.
Opseg primjene
Negde od kraja 19. veka sav ljudski napredak je povezan sa praktičnom primenom elektromagnetnih talasa.
Prva stvar koju treba spomenuti je radio komunikacija. Omogućila je ljudima da komuniciraju, čak i ako su bili daleko jedni od drugih.
Satelitski prenos, telekomunikacije su dalji razvoj primitivnih radio komunikacija.
Upravo su te tehnologije oblikovale informacijsku sliku modernog društva.
Izvore elektromagnetnog zračenja treba smatrati i velikim industrijskim objektima i raznim dalekovodima.
Elektromagnetski valovi se aktivno koriste u vojnim poslovima (radari, složeni električni uređaji). Ni medicina nije prošla bez njihove upotrebe. Infracrveno zračenje se može koristiti za liječenje mnogih bolesti.
X-zrake mogu pomoći u identifikaciji oštećenja unutrašnjih tkiva osobe.
Uz pomoć lasera izvode se brojne operacije koje zahtijevaju preciznost nakita. 
Važnost elektromagnetnog zračenja u praktičnom životu osobe teško se može precijeniti.
Sovjetski video o elektromagnetnom polju:
Potencijalni negativan uticaj na ljude
Iako su korisni, jaki izvori elektromagnetnog zračenja mogu uzrokovati simptome kao što su:
umor;
Glavobolja;
Mučnina.
Pretjerano izlaganje određenim vrstama valova uzrokuje oštećenje unutrašnjih organa, centralnog nervnog sistema i mozga. Moguće su promjene u ljudskoj psihi.
Zanimljiv pogled na efekte EM talasa na ljude:
Da bi se izbjegle takve posljedice, praktično sve zemlje svijeta imaju standarde koji regulišu elektromagnetnu sigurnost. Svaka vrsta zračenja ima svoje regulatorne dokumente (higijenski standardi, standardi radijacijske sigurnosti). Utjecaj elektromagnetnih valova na ljude nije u potpunosti shvaćen, stoga SZO preporučuje da se njihova izloženost minimizira.
Učitavanje ...