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3.2.2 Propagation des ondes électromagnétiques
Parmi les champs électromagnétiques en général, générés par les charges électriques et leur mouvement, il est d'usage d'attribuer au rayonnement la partie des champs électromagnétiques alternatifs qui est capable de se propager le plus loin de ses sources - charges mobiles, s'estompant le plus lentement avec la distance. Un tel rayonnement est appelé ondes électromagnétiques.
Les ondes électromagnétiques peuvent se propager dans presque tous les milieux. Dans le vide (un espace exempt de matière et de corps qui absorbent ou émettent des ondes électromagnétiques), les ondes électromagnétiques se propagent sans atténuation sur des distances arbitrairement longues, mais dans certains cas, elles se propagent assez bien dans un espace rempli de matière (bien que modifiant quelque peu leur comportement) .
Pour mesurer les distances, les ondes électromagnétiques sont utilisées dans presque toutes les plages indiquées dans le tableau. 3.1, à l'exception des rayonnements ultraviolets dans le domaine optique, des ondes radio courtes et des rayonnements ionisants.
Lors de la mesure de distances avec des ondes électromagnétiques, la portée et la précision sont fortement affectées par les conditions de propagation. Cela s'entend comme un ensemble complexe de facteurs : les propriétés des ondes elles-mêmes, la nature de la surface sous-jacente, l'heure de la journée, les conditions météorologiques de l'atmosphère, etc.
Les ondes lumineuses et les bandes VHF se propagent presque rectilignement.
Diffraction Les ondes centimétriques utilisées dans les télémètres radio et les systèmes VHF sont si petites qu'elles n'enveloppent pas la surface de la Terre. Une telle enveloppe n'existe que dans une faible mesure en raison de réfraction .
(Diffraction - c'est le phénomène de déviation des lois de l'optique géométrique lors de la propagation des ondes. En particulier, il s'agit d'un écart à la rectitude de la propagation d'un faisceau lumineux. Réfraction ou réfraction - il s'agit d'un changement de sens de propagation d'un rayonnement électromagnétique qui se produit à l'interface entre deux milieux transparents à ces ondes ou dans l'épaisseur d'un milieu dont les propriétés changent continuellement).
La portée maximale des systèmes VHF est limitée par ligne de mire
. Les limites de visibilité directe sur la surface physique de la Terre dépendent de la hauteur des antennes et du terrain. Si nous ne prenons en compte que la courbure de la Terre sphérique (sans relief) et négligeons la réfraction, alors la distance de ligne de visée limite entre deux points est déterminée par les hauteurs des points 
Et 
de la manière suivante :
où est exprimé en kilomètres et les hauteurs sont en mètres.
En tenant compte de la courbure de réfraction de la trajectoire (pour la réfraction normale), le coefficient 3,57 dans l'équation (3.29) est remplacé par 4,12 pour les ondes radio et 3,83 pour les ondes optiques, c'est-à-dire la réfraction augmente la distance de la ligne de visée d'environ 15 % pour les ondes radio et de 7 % pour les ondes optiques.
Dans le cas où, par exemple, les antennes du télémètre et du réflecteur sont montées sur un trépied en bois conventionnel, c'est-à-dire 
, alors la distance de ligne de visée calculée par la formule (3.29) sera 
. Si les antennes sont élevées à une hauteur 
, alors la distance de la ligne de visée sera 
.
Pour les ondes optiques, en plus de la ligne de visée, la présence de visibilité optique (transparence) .
La propagation des ondes radio longues et moyennes présente des spécificités. La caractéristique la plus significative est la réflexion des couches supérieures hautement ionisées de l'atmosphère, situées à des altitudes supérieures à 60 km.
Cela conduit au fait que non seulement une onde directe se propageant à la surface de la Terre (onde de surface) peut atteindre le point de réception, mais également une onde réfléchie par l'ionosphère, appelée onde céleste (Fig. 3.11). Dans la zone où les ondes de surface et spatiales se rencontrent, leur interférence se produit, en raison de laquelle l'onde de surface transmettant le signal utile reçoit des distorsions d'amplitude et de phase, et si l'équipement de réception est situé dans une telle zone, les mesures peuvent être très difficiles, et souvent impossible.
Une onde du ciel réfléchie par l'ionosphère peut se propager à des distances beaucoup plus grandes qu'une onde de surface, pour laquelle la forme de la Terre avec son relief crée des obstacles. En raison de la diffraction, ces obstacles peuvent être enveloppés par une onde de surface, et la portée de sa propagation dépend des propriétés absorbantes de la surface terrestre. Pour une onde ionosphérique, son absorption partielle par l'ionosphère et la surface terrestre s'observe également lors de multiples réflexions sur les couches ionosphériques. L'absorption par la surface terrestre dépend de la longueur d'onde, de sa polarisation et des caractéristiques électriques d'une surface sous-jacente particulière.
La propriété de propagation à longue portée d'une onde ionosphérique avec de multiples réflexions de l'ionosphère est utilisée avec succès dans les communications radio, la radiodiffusion et la radionavigation à longue portée. mais à des fins de radiogéodésie utilisation des ondes célestes impossible, puisque la géométrie de son passage n'est pas soumise à une considération stricte. Par conséquent, pour mesures précises, seule l'onde de surface doit être utilisée .
Sur la base de ce qui précède, pour les besoins des mesures géodésiques, seules les ondes optiques et VHF conviennent .
Les télémètres géodésiques de la gamme de longueurs d'onde optiques sont principalement utilisés pour mesurer des distances jusqu'à 10 km.
Les télémètres radio géodésiques permettent de mesurer des distances de l'ordre de plusieurs dizaines de kilomètres.
Or, à l'heure actuelle, la quasi-totalité des fabricants de télémètres géodésiques ont cessé de produire des télémètres radio, et ont concentré leurs efforts sur les télémètres légers ou stations totales électroniques, dont le télémètre léger fait partie intégrante. Cette situation s'explique par le fait que dans la pratique des travaux géodésiques, les technologies fournies par les systèmes mondiaux de navigation par satellite se sont généralisées, grâce auxquelles il est devenu possible de déterminer avec une grande précision les coordonnées de points à la surface de la Terre. Mais c'est précisément pour cette tâche que les télémètres radio ont été conçus. La distance entre les points mesurés à l'aide de télémètres radio a ensuite été utilisée pour calculer les coordonnées du point à déterminer. L'utilisation de récepteurs GNSS permet de s'affranchir de l'opération intermédiaire de mesure de distance entre points, et d'obtenir immédiatement les coordonnées du point à déterminer.
Les ondes électromagnétiques sont la propagation de champs électromagnétiques dans l'espace et dans le temps.
Comme indiqué ci-dessus, l'existence d'ondes électromagnétiques a été théoriquement prédite par le grand physicien anglais J. Maxwell en 1864. Il analysa toutes les lois de l'électrodynamique connues à cette époque et tenta de les appliquer à des champs électriques et magnétiques variant dans le temps. Il introduit le concept de champ électrique vortex en physique et propose une nouvelle interprétation de la loi de l'induction électromagnétique découverte par Faraday en 1831 : toute modification du champ magnétique génère un champ électrique vortex dans l'espace environnant, dont les lignes de force sont fermés.
Il a émis une hypothèse sur l'existence du processus inverse : un champ électrique variable dans le temps génère un champ magnétique dans l'espace environnant. Maxwell a décrit pour la première fois la dynamique d'une nouvelle forme de matière - le champ électromagnétique, et a dérivé un système d'équations (équations de Maxwell) qui relie les caractéristiques du champ électromagnétique à ses sources - charges et courants électriques. Des transformations mutuelles des champs électriques et magnétiques se produisent dans une onde électromagnétique. Les figures 2 a, b illustrent la transformation mutuelle des champs électriques et magnétiques.
Figure 2 - Transformation mutuelle des champs électriques et magnétiques : a) La loi de l'induction électromagnétique dans l'interprétation de Maxwell ; b) L'hypothèse de Maxwell. Un champ électrique changeant génère un champ magnétique
La division du champ électromagnétique en électrique et magnétique dépend du choix du système de référence. En effet, il n'y a qu'un champ électrique autour des charges reposant dans un référentiel ; cependant, les mêmes charges se déplaceront par rapport à un autre référentiel et généreront dans ce référentiel, en plus du champ électrique, également un champ magnétique. Ainsi, la théorie de Maxwell reliait les phénomènes électriques et magnétiques.
Si un champ électrique ou magnétique alternatif est excité à l'aide de charges oscillantes, une séquence de transformations mutuelles des champs électriques et magnétiques se produit dans l'espace environnant, se propageant de point en point. Ces deux champs sont des vortex et les vecteurs et sont situés dans des plans mutuellement perpendiculaires. Le processus de propagation du champ électromagnétique est schématiquement illustré à la Fig.3. Ce processus, périodique dans le temps et dans l'espace, est une onde électromagnétique.
Figure 3 - Le processus de propagation du champ électromagnétique
Cette hypothèse n'était qu'une hypothèse théorique qui n'avait pas de confirmation expérimentale, cependant, sur sa base, Maxwell a réussi à écrire un système cohérent d'équations décrivant les transformations mutuelles des champs électriques et magnétiques, c'est-à-dire un système d'équations pour le champ électromagnétique .
Ainsi, un certain nombre de conclusions importantes découlent de la théorie de Maxwell - les principales propriétés des ondes électromagnétiques.
Il existe des ondes électromagnétiques, c'est-à-dire champ électromagnétique se propageant dans l'espace et dans le temps.
Dans la nature, les phénomènes électriques et magnétiques agissent comme les deux faces d'un même processus.
Les ondes électromagnétiques sont émises par des charges oscillantes. La présence d'accélération est la condition principale du rayonnement des ondes électromagnétiques, c'est-à-dire
- - toute modification du champ magnétique crée un champ électrique vortex dans l'espace environnant (Fig. 2a).
- - toute modification du champ électrique excite dans l'espace environnant un champ magnétique vortex dont les lignes d'induction sont situées dans un plan perpendiculaire aux lignes du champ électrique alternatif et les recouvrent (Fig. 2b).
Les lignes d'induction du champ magnétique émergent forment la "vis droite" avec le vecteur. Les ondes électromagnétiques sont des vecteurs transversaux et sont perpendiculaires les unes aux autres et se situent dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation des ondes (Fig. 4).
Figure 4 - Ondes électromagnétiques transverses
Des changements périodiques du champ électrique (vecteur d'intensité E) génèrent un champ magnétique changeant (vecteur d'induction B), qui à son tour génère un champ électrique changeant. Les oscillations des vecteurs E et B se produisent dans des plans mutuellement perpendiculaires et perpendiculaires à la ligne de propagation des ondes (vecteur vitesse) et coïncident en phase en tout point. Les lignes de force des champs électriques et magnétiques dans une onde électromagnétique sont fermées. De tels champs sont appelés vortex.
Les ondes électromagnétiques se propagent dans la matière à une vitesse finie, ce qui confirme une fois de plus la validité de la théorie à courte portée.
La conclusion de Maxwell sur la vitesse de propagation finie des ondes électromagnétiques était en conflit avec la théorie à longue portée adoptée à l'époque, dans laquelle la vitesse de propagation des champs électriques et magnétiques était supposée être infiniment grande. Par conséquent, la théorie de Maxwell s'appelle la théorie à courte portée.
De telles ondes peuvent se propager non seulement dans les gaz, les liquides et les milieux solides, mais également dans le vide.
Vitesse des ondes électromagnétiques dans le vide с=300000 km/s. La vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans le vide est l'une des constantes physiques fondamentales.
La propagation d'une onde électromagnétique dans un diélectrique est une absorption et une réémission continues d'énergie électromagnétique par des électrons et des ions d'une substance qui effectuent des oscillations forcées dans un champ électrique alternatif de l'onde. Dans ce cas, la vitesse de l'onde diminue dans le diélectrique.
Les ondes électromagnétiques transportent de l'énergie. Lorsque les ondes se propagent, un flux d'énergie électromagnétique apparaît. Si nous distinguons une zone S (Fig. 4) orientée perpendiculairement à la direction de propagation des ondes, alors en peu de temps Dt, une énergie DWem traversera la zone égale à
DWem \u003d (nous + wm) xSDt.
Lors du passage d'un milieu à un autre, la fréquence de l'onde ne change pas.
Les ondes électromagnétiques peuvent être absorbées par la matière. Cela est dû à l'absorption résonnante d'énergie par des particules chargées de matière. Si la fréquence propre des oscillations des particules du diélectrique diffère fortement de la fréquence de l'onde électromagnétique, l'absorption se produit faiblement et le milieu devient transparent à l'onde électromagnétique.
En arrivant à l'interface entre deux milieux, une partie de l'onde est réfléchie et une partie passe dans un autre milieu, étant réfractée. Si le deuxième milieu est un métal, l'onde qui est passée dans le deuxième milieu se désintègre rapidement et la majeure partie de l'énergie (en particulier pour les oscillations à basse fréquence) est réfléchie dans le premier milieu (les métaux sont opaques aux ondes électromagnétiques).
Se propageant dans les milieux, les ondes électromagnétiques, comme toutes les autres ondes, peuvent subir réfraction et réflexion à l'interface entre milieux, dispersion, absorption, interférences ; lors de la propagation dans des milieux inhomogènes, une diffraction des ondes, une diffusion des ondes et d'autres phénomènes sont observés.
Il découle de la théorie de Maxwell que les ondes électromagnétiques doivent exercer une pression sur un corps absorbant ou réfléchissant. La pression du rayonnement électromagnétique s'explique par le fait que sous l'influence du champ électrique de l'onde, de faibles courants apparaissent dans la substance, c'est-à-dire le mouvement ordonné des particules chargées. Ces courants sont affectés par la force Ampère du côté du champ magnétique de l'onde, dirigée dans l'épaisseur de la substance. Cette force crée la pression résultante. Habituellement, la pression du rayonnement électromagnétique est négligeable. Ainsi, par exemple, la pression du rayonnement solaire arrivant sur la Terre sur une surface absolument absorbante est d'environ 5 μPa.
Les premières expériences pour déterminer la pression de rayonnement sur les corps réfléchissants et absorbants, qui ont confirmé la conclusion de la théorie de Maxwell, ont été réalisées par l'éminent physicien de l'Université de Moscou P.N. Lebedev en 1900. La découverte d'un si petit effet lui a demandé une ingéniosité et une habileté extraordinaires dans la mise en place et la conduite d'une expérience. En 1900, il réussit à mesurer une légère pression sur les solides, et en 1910 sur les gaz. La partie principale du P.I. Lebedev, pour mesurer la pression de la lumière, étaient des disques de lumière de 5 mm de diamètre, suspendus à un fil élastique (Fig. 5) à l'intérieur d'un vaisseau sous vide.
Figure 5 - Expérience P.I. Lebedev
Les disques étaient faits de divers métaux et pouvaient être changés au cours des expériences. La lumière d'un puissant arc électrique était dirigée sur les disques. Sous l'action de la lumière sur les disques, le fil s'est tordu et les disques ont dévié. Les résultats des expériences de P.I. Lebedev étaient pleinement compatibles avec la théorie électromagnétique de Maxwell et étaient d'une grande importance pour son approbation.
L'existence de la pression des ondes électromagnétiques nous permet de conclure qu'une impulsion mécanique est inhérente à un champ électromagnétique.Cette relation entre la masse et l'énergie d'un champ électromagnétique dans une unité de volume est une loi universelle de la nature. Selon la théorie spéciale de la relativité, cela est vrai pour tous les corps, quelles que soient leur nature et leur structure interne.
La pression de l'onde lumineuse étant très faible, elle ne joue pas un rôle significatif dans les phénomènes que nous rencontrons au quotidien. Mais dans les systèmes cosmiques et microscopiques d'échelle opposée, le rôle de cet effet augmente fortement. Ainsi, l'attraction gravitationnelle des couches externes de la matière de chaque étoile vers le centre est équilibrée par une force, à laquelle une contribution significative est apportée par la pression de la lumière provenant des profondeurs de l'étoile vers l'extérieur. Dans le microcosme, la pression de la lumière se manifeste, par exemple, dans le phénomène de recul lumineux de l'atome. Elle est ressentie par un atome excité lorsqu'il émet de la lumière.
La pression lumineuse joue un rôle important dans les phénomènes astrophysiques, en particulier dans la formation des queues de comètes, des étoiles, etc. La pression lumineuse atteint une valeur significative aux endroits où le rayonnement de puissants générateurs de lumière quantique (lasers) est focalisé. Ainsi, la pression d'un rayonnement laser focalisé sur la surface d'une plaque métallique mince peut conduire à sa rupture, c'est-à-dire à l'apparition d'un trou dans la plaque. Ainsi, le champ électromagnétique a toutes les caractéristiques des corps matériels - énergie, vitesse de propagation finie, quantité de mouvement, masse. Ceci suggère que le champ électromagnétique est l'une des formes d'existence de la matière.
La découverte des ondes électromagnétiques est un exemple remarquable de l'interaction entre l'expérience et la théorie. Il montre comment la physique a combiné des propriétés apparemment complètement dissemblables - l'électricité et le magnétisme - révélant en elles différents aspects du même phénomène physique - l'interaction électromagnétique. Aujourd'hui, c'est l'une des quatre interactions physiques fondamentales connues, qui comprennent également les interactions nucléaires fortes et faibles et la gravité. La théorie de l'interaction électrofaible a déjà été construite, qui décrit les forces électromagnétiques et nucléaires faibles d'un point de vue unifié. Il y a aussi la prochaine théorie unificatrice - la chromodynamique quantique - qui couvre les interactions électrofaibles et fortes, mais sa précision est quelque peu inférieure. décris tous Les interactions fondamentales à partir d'une position unifiée n'ont pas encore été atteintes, bien que des recherches intensives soient menées dans cette direction dans le cadre de domaines de la physique tels que la théorie des cordes et la gravité quantique.
Les ondes électromagnétiques ont été théoriquement prédites par le grand physicien anglais James Clark Maxwell (probablement pour la première fois en 1862 dans son ouvrage "On Physical Lines of Force", bien qu'une description détaillée de la théorie soit apparue en 1867). Il a diligemment et avec beaucoup de respect essayé de traduire en langage mathématique strict les images légèrement naïves de Michael Faraday décrivant les phénomènes électriques et magnétiques, ainsi que les résultats d'autres scientifiques. Ayant ordonné tous les phénomènes électriques et magnétiques de la même manière, Maxwell a découvert un certain nombre de contradictions et un manque de symétrie. Selon la loi de Faraday, les champs magnétiques alternatifs génèrent des champs électriques. Mais on ne savait pas si les champs électriques alternatifs génèrent des champs magnétiques. Maxwell a réussi à se débarrasser de la contradiction et à restaurer la symétrie des champs électrique et magnétique en introduisant un terme supplémentaire dans les équations, qui décrivait l'apparition d'un champ magnétique lorsque le champ électrique changeait. A cette époque, grâce aux expériences d'Oersted, on savait déjà que le courant continu crée un champ magnétique constant autour du conducteur. Le nouveau terme décrivait une autre source de champ magnétique, mais il pourrait être considéré comme une sorte de courant électrique imaginaire, que Maxwell appelait courant de polarisation distinguer du courant ordinaire dans les conducteurs et les électrolytes - courant de conduction. En conséquence, il s'est avéré que les champs magnétiques alternatifs génèrent des champs électriques et que les champs électriques alternatifs génèrent des champs magnétiques. Et puis Maxwell s'est rendu compte que dans une telle combinaison, les champs électriques et magnétiques oscillants peuvent se détacher des conducteurs qui les génèrent et se déplacer dans le vide à une certaine vitesse, mais très élevée. Il a calculé cette vitesse, et elle s'est avérée être d'environ trois cent mille kilomètres par seconde.
Choqué par le résultat, Maxwell écrit à William Thomson (Lord Kelvin, qui, en particulier, a introduit l'échelle de température absolue) : « La vitesse des oscillations des ondes transversales dans notre milieu hypothétique, calculée à partir des expériences électromagnétiques de Kohlrausch et Weber, coïncide tellement exactement avec la vitesse de la lumière, calculée à partir des expériences optiques de Fizeau que l'on peut difficilement refuser la conclusion que la lumière est constituée de vibrations transversales d'un même milieu, qui est la cause de phénomènes électriques et magnétiques". Et plus loin dans la lettre : « J'ai reçu mes équations en vivant en province et ne me doutant pas de la proximité de la vitesse de propagation des effets magnétiques trouvés par moi à la vitesse de la lumière, donc je pense avoir toutes les raisons de considérer la vitesse magnétique et média lumineux comme un seul et même médium. ..."
Les équations de Maxwell vont bien au-delà de la portée d'un cours de physique à l'école, mais elles sont si belles et concises qu'elles devraient être placées bien en vue dans la classe de physique, car la plupart des phénomènes naturels importants pour l'homme peuvent être décrits avec juste quelques lignes de ces équations. C'est ainsi que l'information est compressée lorsque des faits auparavant dissemblables sont combinés. Voici un des types d'équations de Maxwell en représentation différentielle. Admirer.
Je voudrais souligner qu'une conséquence décourageante a été obtenue des calculs de Maxwell : les oscillations des champs électriques et magnétiques sont transversales (ce qu'il a lui-même souligné tout le temps). Et les vibrations transversales ne se propagent que dans les solides, mais pas dans les liquides et les gaz. À ce moment-là, il a été mesuré de manière fiable que la vitesse des vibrations transversales dans les solides (simplement la vitesse du son) est la plus élevée, en gros, plus le milieu est dur (plus le module de Young est élevé et plus la densité est faible) et peut atteindre plusieurs kilomètres par seconde. La vitesse de l'onde électromagnétique transversale était presque cent mille fois supérieure à la vitesse du son dans les solides. Et il convient de noter que la caractéristique de rigidité est incluse dans l'équation de la vitesse du son dans un solide sous la racine. Il s'est avéré que le milieu par lequel passent les ondes électromagnétiques (et la lumière) a des caractéristiques élastiques monstrueuses. Une question extrêmement difficile s'est posée : "Comment d'autres corps peuvent-ils se déplacer à travers un milieu aussi solide et ne pas le sentir ?" Le milieu hypothétique s'appelait - éther, en lui attribuant en même temps des propriétés étranges et, en général, mutuellement exclusives - une élasticité énorme et une légèreté extraordinaire.
Les travaux de Maxwell ont provoqué un choc parmi les scientifiques contemporains. Faraday lui-même écrivit avec surprise : "Au début j'ai même eu peur quand j'ai vu une telle force mathématique appliquée à la question, mais ensuite j'ai été surpris de voir que la question y résiste si bien." Malgré le fait que les vues de Maxwell renversaient toutes les idées connues à l'époque sur la propagation des ondes transversales et sur les ondes en général, les scientifiques clairvoyants ont compris que la coïncidence de la vitesse de la lumière et des ondes électromagnétiques est un résultat fondamental, qui dit que c'est ici que la principale percée attend la physique.
Malheureusement, Maxwell est mort tôt et n'a pas vécu pour voir une confirmation expérimentale fiable de ses calculs. L'opinion scientifique internationale a changé à la suite des expériences de Heinrich Hertz, qui 20 ans plus tard (1886-1889) a démontré la génération et la réception d'ondes électromagnétiques dans une série d'expériences. Hertz a non seulement obtenu le résultat correct dans le calme du laboratoire, mais a défendu avec passion et sans compromis les vues de Maxwell. De plus, il ne s'est pas limité à la preuve expérimentale de l'existence des ondes électromagnétiques, mais a également étudié leurs propriétés fondamentales (réflexion sur les miroirs, réfraction dans les prismes, diffraction, interférence, etc.), montrant l'identité complète des ondes électromagnétiques avec la lumière.
Il est curieux que sept ans avant Hertz, en 1879, le physicien anglais David Edward Hughes (Hughes - DE Hughes) ait également démontré à d'autres grands scientifiques (parmi eux se trouvait également le brillant physicien et mathématicien Georg-Gabriel Stokes) l'effet de la propagation de ondes électromagnétiques dans l'air. À la suite de discussions, les scientifiques sont arrivés à la conclusion qu'ils voyaient le phénomène d'induction électromagnétique de Faraday. Hughes était bouleversé, ne se croyait pas et n'a publié les résultats qu'en 1899, lorsque la théorie de Maxwell-Hertz est devenue généralement acceptée. Cet exemple montre qu'en science, la diffusion et la propagande persistantes des résultats obtenus ne sont souvent pas moins importantes que le résultat scientifique lui-même.
Heinrich Hertz a résumé les résultats de ses expériences de la manière suivante: "Les expériences décrites, au moins, me semble-t-il, éliminent les doutes sur l'identité de la lumière, du rayonnement thermique et du mouvement des ondes électrodynamiques."
Chapitre 1
PRINCIPAUX PARAMETRES DES ONDES ELECTROMAGNETIQUES
Qu'est-ce qu'une onde électromagnétique, il est facile d'imaginer l'exemple suivant. Si vous jetez un caillou à la surface de l'eau, des vagues divergentes en cercles se forment à la surface. Ils se déplacent de la source de leur apparition (perturbation) avec une certaine vitesse de propagation. Pour les ondes électromagnétiques, les perturbations sont des champs électriques et magnétiques se déplaçant dans l'espace. Un champ électromagnétique variable dans le temps provoque nécessairement un champ magnétique alternatif, et vice versa. Ces domaines sont interconnectés.
La principale source du spectre des ondes électromagnétiques est l'étoile solaire. Une partie du spectre des ondes électromagnétiques voit l'œil humain. Ce spectre se situe entre 380 et 780 nm (Fig. 1.1). Dans le spectre visible, l'œil perçoit la lumière différemment. Les oscillations électromagnétiques de différentes longueurs d'onde provoquent la sensation de lumière de différentes couleurs.
Une partie du spectre des ondes électromagnétiques est utilisée à des fins de radiodiffusion et de télédiffusion et de communication. La source des ondes électromagnétiques est un fil (antenne) dans lequel fluctuent des charges électriques. Le processus de formation des champs, qui a commencé près du fil, progressivement, point par point, capture tout l'espace. Plus la fréquence du courant alternatif traversant le fil et générant un champ électrique ou magnétique est élevée, plus les ondes radio d'une longueur donnée créées par le fil sont intenses.
Les ondes électromagnétiques ont les principales caractéristiques suivantes.
1. Longueur d'onde lv, - la distance la plus courte entre deux points de l'espace, à laquelle la phase d'une onde électromagnétique harmonique change de 360 °. Une phase est un état (étape) d'un processus périodique (Fig. 1.2).
Dans la radiodiffusion télévisuelle terrestre, les ondes métriques (MB) et décimétriques (UHF) sont utilisées, dans le satellite - les ondes centimétriques (CM). Au fur et à mesure que la gamme de fréquences du CM est remplie, la gamme des ondes millimétriques (bande Ka) sera maîtrisée.
2. Période d'oscillation des vagues T- le temps pendant lequel un changement complet de l'intensité du champ se produit, c'est-à-dire le temps pendant lequel le point de l'onde radio, qui a une phase fixe, parcourt un chemin égal à la longueur d'onde lb.
3. Fréquence des oscillations du champ électromagnétique F(nombre d'oscillations de champ par seconde) est déterminé par la formule
L'unité de fréquence est le hertz (Hz) - la fréquence à laquelle une oscillation se produit par seconde. Dans la radiodiffusion par satellite, on doit faire face à des fréquences très élevées d'oscillations électromagnétiques mesurées en gigahertz.
Pour la diffusion de télévision directe par satellite (SNTV) le long de la ligne Espace-Terre, la gamme basse de la bande C et une partie de la gamme Ku (10,7 ... 12,75 GGi) sont utilisées. La partie supérieure de ces plages est utilisée pour transmettre des informations sur la ligne Terre-Espace (tableau 1.1).
4. Vitesse de propagation des ondesÀ PARTIR DE - vitesse de propagation successive d'une onde à partir d'une source d'énergie (antenne).
La vitesse de propagation des ondes radio dans l'espace libre (vide) est constante et égale à la vitesse de la lumière C= 300 000 km/s. Malgré une vitesse aussi élevée, une onde électromagnétique parcourt la ligne Terre-Espace-Terre en 0,24 s. Au sol, les transmissions radio et télévision peuvent être reçues presque instantanément en tout point. Lorsqu'elle se propage dans l'espace réel, par exemple dans l'air, la vitesse d'une onde radio dépend des propriétés du milieu, elle est généralement moins À PARTIR DE sur la valeur de l'indice de réfraction du milieu.
La fréquence des ondes électromagnétiques F, la vitesse de leur propagation C et la longueur d'onde l sont liées par la relation
lv=C/F, et puisque F=1/T , alors lv=C*T.
En substituant la valeur de la vitesse С= 300 000 km/s dans la dernière formule, on obtient
lv(m)=3*10^8/F(m/s*1/Hz)
Pour les hautes fréquences, la longueur d'onde de l'oscillation électromagnétique peut être déterminée par la formule lv (m) = 300 / F (MHz) Connaissant la longueur d'onde de l'oscillation électromagnétique, la fréquence est déterminée par la formule F (MHz) = 300 / lv (m)
5. Polarisation des ondes radio. Les composantes électriques et magnétiques du champ électromagnétique sont respectivement caractérisées par les vecteurs E et H qui indiquent la valeur des intensités de champ et leur direction. La polarisation est l'orientation du vecteur champ électrique E ondes par rapport à la surface de la terre (Fig. 1.2).
Le type de polarisation des ondes radio est déterminé par l'orientation (position) de l'antenne d'émission par rapport à la surface de la terre. La télévision terrestre et par satellite utilise une polarisation linéaire, c'est-à-dire horizontale H et V vertical (Fig. 1.3).
Les ondes radio avec un vecteur de champ électrique horizontal sont appelées polarisées horizontalement et avec une polarisation verticale - verticalement. Le plan de polarisation des dernières ondes est vertical, et le vecteur H(voir Fig. 1.2) est dans le plan horizontal.
Si l'antenne émettrice est montée horizontalement au-dessus du sol, les lignes de champ électrique seront également horizontales. Dans ce cas, le champ induira la plus grande force électromotrice (FEM) dans le sens horizontal
Figure 1.4. Polarisation circulaire des ondes radio :
LZ- la gauche; RZ- droit
antenne de réception montée sur parapluie. Par conséquent, à H polarisation des ondes radio, l'antenne de réception doit être orientée horizontalement. Dans ce cas, il n'y aura théoriquement pas de réception d'ondes radio sur une antenne située verticalement, puisque la FEM induite dans l'antenne est nulle. Inversement, avec la position verticale de l'antenne émettrice, l'antenne réceptrice doit également être placée verticalement, ce qui vous permettra d'y obtenir la plus haute EMF.
Dans la télédiffusion à partir de satellites terrestres artificiels (AES), en plus des polarisations linéaires, la polarisation circulaire est largement utilisée. Cela est dû, assez curieusement, à l'étanchéité de l'air, car il existe un grand nombre de satellites de communication et de satellites de diffusion de télévision directe (directe) en orbite.
Souvent, dans les tableaux de paramètres des satellites, ils donnent une abréviation pour le type de polarisation circulaire - L et R. La polarisation circulaire des ondes radio crée, par exemple, une spirale conique sur l'alimentation de l'antenne d'émission. Selon le sens d'enroulement de la spirale, la polarisation circulaire est à gauche ou à droite (Fig. 1.4).
En conséquence, un polariseur doit être installé dans l'irradiateur de l'antenne de télévision par satellite terrestre, qui répond à la polarisation circulaire des ondes radio émises par l'antenne satellite d'émission.
Considérons les problèmes de modulation des oscillations haute fréquence et de leur spectre lors de la transmission depuis un satellite. Il est conseillé de le faire par rapport aux systèmes de diffusion terrestre.
La séparation entre les fréquences porteuses image et audio est de 6,5 MHz, le reste de la bande latérale inférieure (à gauche de la porteuse image) est de 1,25 MHz et la largeur du canal audio est de 0,5 MHz.
(Fig. 1.5). Dans cette optique, la largeur totale du canal de télévision est supposée être de 8,0 MHz (selon les normes D et K adoptées dans les pays de la CEI).
La station de télévision émettrice possède deux émetteurs. L'un d'eux transmet des signaux d'image électriques et l'autre - le son, respectivement, à différentes fréquences porteuses. Une modification de certains paramètres d'une oscillation haute fréquence porteuse (puissance, fréquence, phase, etc.) sous l'influence d'oscillations basse fréquence est appelée modulation. Deux principaux types de modulation sont utilisés : amplitude (AM) et fréquence (FM). En télévision, les signaux d'image sont transmis en AM et le son en FM. Après modulation, les oscillations électriques sont amplifiées en puissance, puis elles pénètrent dans l'antenne d'émission et sont rayonnées par celle-ci dans l'espace (éther) sous forme d'ondes radio.
8 télédiffusion terrestre, pour un certain nombre de raisons, il est impossible d'utiliser la FM pour transmettre des signaux d'image. Il y a beaucoup plus d'endroits à l'antenne sur SM, et une telle opportunité existe. De ce fait, le canal satellite (transpondeur) occupe une bande de fréquence de 27 MHz.
Avantages de la modulation de fréquence d'un signal de sous-porteuse :
moins de sensibilité aux interférences et au bruit par rapport à AM, faible sensibilité à la non-linéarité des caractéristiques dynamiques des canaux de transmission du signal, ainsi qu'une stabilité de transmission sur de longues distances. Ces caractéristiques s'expliquent par la constance du niveau du signal dans les canaux de transmission, la possibilité de correction de fréquence de la prédistorsion, qui affecte favorablement le rapport signal sur bruit, grâce à laquelle le FM peut réduire considérablement la puissance de l'émetteur lors de la transmission d'informations sur la même distance. Par exemple, les systèmes de diffusion terrestre utilisent des émetteurs 5 fois plus puissants pour transmettre des signaux d'image sur la même station de télévision que pour transmettre des signaux audio.
Le rayonnement électromagnétique existe exactement aussi longtemps que notre Univers vit. Il a joué un rôle clé dans l'évolution de la vie sur Terre. Il s'agit en fait d'une perturbation de l'état du champ électromagnétique se propageant dans l'espace.
Caractéristiques du rayonnement électromagnétique
Toute onde électromagnétique est décrite à l'aide de trois caractéristiques.
1. Fréquence.
2. Polarisation.
Polarisation- l'un des principaux attributs des vagues. Décrit l'anisotropie transverse des ondes électromagnétiques. Le rayonnement est considéré comme polarisé lorsque toutes les oscillations des ondes se produisent dans le même plan.
Ce phénomène est activement utilisé dans la pratique. Par exemple, au cinéma lors de la projection de films 3D.
À l'aide de la polarisation, les lunettes IMAX séparent l'image, qui est destinée à différents yeux. 
La fréquence est le nombre de crêtes de vagues qui passent par l'observateur (dans ce cas, le détecteur) en une seconde. Mesuré en hertz.
Longueur d'onde- une distance spécifique entre les points les plus proches du rayonnement électromagnétique, dont les oscillations se produisent dans une phase.
Le rayonnement électromagnétique peut se propager dans presque tous les milieux : de la matière dense au vide.
La vitesse de propagation dans le vide est de 300 000 km par seconde.
Une vidéo intéressante sur la nature et les propriétés des ondes électromagnétiques, voir la vidéo ci-dessous :
Types d'ondes électromagnétiques
Tout rayonnement électromagnétique est divisé par fréquence. 
1. Ondes radio. Il y en a des courts, des ultra-courts, des extra-longs, des longs, des moyens.
La longueur des ondes radio varie de 10 km à 1 mm et de 30 kHz à 300 GHz.
Leurs sources peuvent être à la fois des activités humaines et divers phénomènes atmosphériques naturels.
2. . La longueur d'onde se situe entre 1 mm et 780 nm et peut atteindre jusqu'à 429 THz. Le rayonnement infrarouge est aussi appelé rayonnement thermique. La base de toute vie sur notre planète.
3. Lumière visible. Longueur 400 - 760/780nm. En conséquence, il fluctue entre 790 et 385 THz. Cela inclut tout le spectre de rayonnement qui peut être vu par l'œil humain.
4. . La longueur d'onde est plus courte que dans le rayonnement infrarouge.
Il peut atteindre jusqu'à 10 nm. ces ondes est très grande - environ 3x10 ^ 16 Hz.
5. Rayons X. vagues 6x10 ^ 19 Hz, et la longueur est d'environ 10 nm - 17 heures.
6. Ondes gamma. Cela inclut tout rayonnement, qui est supérieur à celui des rayons X, et dont la longueur est inférieure. La source de telles ondes électromagnétiques sont des processus nucléaires cosmiques.
Champ d'application
Quelque part depuis la fin du 19e siècle, tous les progrès humains ont été associés à l'application pratique des ondes électromagnétiques.
La première chose à mentionner est la communication radio. Elle a permis aux gens de communiquer, même s'ils étaient loin les uns des autres.
La radiodiffusion par satellite, les télécommunications sont un développement ultérieur des communications radio primitives.
Ce sont ces technologies qui ont façonné l'image informationnelle de la société moderne.
Les sources de rayonnement électromagnétique doivent être considérées comme de grandes installations industrielles, ainsi que diverses lignes électriques.
Les ondes électromagnétiques sont activement utilisées dans les affaires militaires (radar, appareils électriques complexes). Aussi, la médecine ne s'est pas passée de leur utilisation. Le rayonnement infrarouge peut être utilisé pour traiter de nombreuses maladies.
Les rayons X aident à identifier les dommages aux tissus internes d'une personne.
À l'aide de lasers, un certain nombre d'opérations sont effectuées qui nécessitent une précision de bijouterie. 
L'importance du rayonnement électromagnétique dans la vie pratique d'une personne est difficile à surestimer.
Vidéo soviétique sur le champ électromagnétique :
Impact négatif possible sur les humains
Malgré leur utilité, les fortes sources de rayonnement électromagnétique peuvent provoquer les symptômes suivants :
Fatigue;
Mal de tête;
La nausée.
Une exposition excessive à certains types d'ondes cause des dommages aux organes internes, au système nerveux central et au cerveau. Des changements dans la psyché humaine sont possibles.
Une vidéo intéressante sur l'effet des ondes EM sur une personne :
Pour éviter de telles conséquences, presque tous les pays du monde ont des normes régissant la sécurité électromagnétique. Chaque type de rayonnement a ses propres documents réglementaires (normes d'hygiène, normes de radioprotection). L'effet des ondes électromagnétiques sur l'homme n'est pas entièrement compris, c'est pourquoi l'OMS recommande de minimiser leur impact.
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