Atsisiųskite iš „Depositfiles“.
3.2.2 Elektromagnetinių bangų sklidimas
Iš apskritai elektromagnetinių laukų, kuriuos sukuria elektros krūviai ir jų judėjimas, radiacijai įprasta priskirti tą kintamųjų elektromagnetinių laukų dalį, kuri gali sklisti toliausiai nuo šaltinių – judančius krūvius, lėčiausiai susilpnėjančius su atstumu. Tokia spinduliuotė vadinama elektromagnetinėmis bangomis.
Elektromagnetinės bangos gali sklisti beveik visose terpėse. Vakuume (erdvėje be materijos ir elektromagnetines bangas sugeriančių arba skleidžiančių kūnų) elektromagnetinės bangos be susilpnėjimo sklinda savavališkai dideliais atstumais, tačiau kai kuriais atvejais medžiagos pripildytoje erdvėje jos sklinda gana gerai (šiek tiek keisdamos savo elgesį).
Atstumams matuoti naudojamos beveik visų lentelėje nurodytų diapazonų elektromagnetinės bangos. 3.1, išskyrus ultravioletinę spinduliuotę optiniame diapazone, trumpąsias radijo bangas ir jonizuojančiąją spinduliuotę.
Matuojant atstumus naudojant elektromagnetines bangas, tiek diapazoną, tiek tikslumą stipriai įtakoja sklidimo sąlygos. Tai reiškia visą kompleksą veiksnių: pačių bangų savybes, požeminio paviršiaus pobūdį, paros laiką, atmosferos meteorologines sąlygas ir kt.
Šviesos bangos ir VHF bangos sklinda beveik tiesiškai.
Difrakcija centimetrų bangos, naudojamos radijo tolimačiuose ir VHF sistemose, yra tokios mažos, kad nesilanksto aplink Žemės paviršių. Toks lenkimas nedideliu mastu egzistuoja tik dėl to refrakcija .
(Difrakcija yra nukrypimo nuo geometrinės optikos dėsnių reiškinys bangų sklidimo metu. Visų pirma, tai yra nukrypimas nuo šviesos pluošto sklidimo tiesumo. Refrakcija arba refrakcija - tai elektromagnetinės spinduliuotės sklidimo krypties pokytis, atsirandantis dviejų šioms bangoms skaidrių terpių sąsajoje arba terpės su nuolat kintančiomis savybėmis storiu).
Maksimalus VHF diapazono sistemų diapazonas yra apribotas matymo linija
. Matymo linijos ribos fiziniame Žemės paviršiuje priklauso nuo antenų aukščio ir reljefo. Jei atsižvelgsime tik į sferinės Žemės kreivumą (be reljefo) ir nepaisysime lūžio, tai didžiausias regėjimo linijos atstumas tarp dviejų taškų nustatomas pagal taškų aukščius. 
Ir 
tokiu būdu:
kur išreiškiamas kilometrais, o aukštis metrais.
Atsižvelgiant į trajektorijos lūžio kreivumą (su normalia refrakcija), (3,29) lygtyje esantis koeficientas 3,57 radijo bangoms pakeičiamas 4,12, o optinėms bangoms – 3,83, t.y. lūžimas padidina atstumą iki matymo linijos maždaug 15% radijo bangoms ir 7% optinėms bangoms.
Jei, pavyzdžiui, tolimačio ir reflektoriaus antenos sumontuotos ant įprasto medinio trikojo, t.y. 
, tada pagal (3.29) formulę apskaičiuotas matymo linijos atstumas bus 
. Jei antenos pakeltos į aukštį 
, tada matymo linijos atstumas jau bus 
.
Optinėms bangoms, be tiesioginio matomumo, yra ir optinis matomumas (skaidrumas) .
Ilgųjų ir vidutinių radijo bangų sklidimas turi specifinės savybės. Svarbiausias bruožas yra atspindys nuo viršutinių, labai jonizuotų atmosferos sluoksnių, esančių daugiau nei 60 km aukštyje.
Tai veda prie to, kad priėmimo tašką gali pasiekti ne tik tiesioginė banga, sklindanti Žemės paviršiumi (paviršinė banga), bet ir nuo jonosferos atsispindinti banga, vadinamoji erdvinė banga (3.11 pav.). Paviršinių ir erdvinių bangų susitikimo zonoje atsiranda jų trukdžiai, dėl kurių naudingąjį signalą perduodanti paviršinė banga gauna amplitudės ir fazės iškraipymus, o jei tokioje zonoje yra priėmimo įranga, matavimai gali būti labai sunkūs ir dažnai. neįmanomas.
Nuo jonosferos atsispindinti erdvės banga gali sklisti daug didesniais atstumais nei paviršinė banga, kuriai Žemės forma su savo topografija sukuria kliūtis. Dėl difrakcijos šias kliūtis gali išlenkti paviršinė banga, o jos sklidimo diapazonas priklauso nuo žemės paviršiaus sugeriamųjų savybių. Dangaus bangos atveju taip pat stebima dalinė jonosferos ir žemės paviršiaus absorbcija su daugybe atspindžių iš jonosferos sluoksnių. Žemės paviršiaus sugertis priklauso nuo bangos ilgio, jos poliarizacijos ir konkretaus apatinio paviršiaus elektrinių charakteristikų.
Dangaus bangos su daugybe atspindžių iš jonosferos toli sklidimo savybė sėkmingai naudojama radijo ryšiuose, radijo transliacijose ir tolimojo radijo navigacijoje. Tačiau radiogeodeziniams tikslams – dangaus bangų panaudojimas neįmanomas, nes nėra griežtai atsižvelgiama į jo praėjimo geometriją. Todėl už Norint atlikti tikslius matavimus, reikia naudoti tik paviršinę bangą .
Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, Geodeziniams matavimams tinka tik optinės ir VHF bangos .
Optiniai bangos ilgio geodeziniai tolimačiai pirmiausia naudojami atstumams iki 10 km matuoti.
Geodeziniai radijo nuotolio ieškikliai naudojami kelių dešimčių kilometrų atstumams matuoti.
Tačiau šiuo metu beveik visi geodezinių tolimačių gamintojai nustojo gaminti radijo nuotolio ieškiklius ir sutelkė savo pastangas į lengvuosius tolimačius arba elektroninius tacheometrus, neatskiriama dalis kuri yra diapazono ieškiklis. Tokia situacija paaiškinama tuo, kad atliekant geodezinius darbus plačiai paplito pasaulinių palydovinės navigacijos sistemų teikiamos technologijos, kurių dėka tapo įmanoma itin tiksliai nustatyti taškų koordinates žemės paviršiuje. Tačiau kaip tik šiai problemai išspręsti buvo sukurti radijo nuotolio ieškikliai. Tada atstumas tarp taškų, išmatuotas naudojant radijo nuotolio ieškiklius, buvo naudojamas apskaičiuojant nustatomo taško koordinates. GNSS imtuvų naudojimas leidžia pašalinti tarpinį atstumo tarp taškų matavimo operaciją ir iš karto gauti nustatyto taško koordinates.
Elektromagnetinės bangos – tai elektromagnetinių laukų sklidimas erdvėje ir laike.
Kaip minėta aukščiau, elektromagnetinių bangų egzistavimą teoriškai numatė didysis anglų fizikas J. Maxwellas 1864 m. Jis išanalizavo visus tuo metu žinomus elektrodinamikos dėsnius ir pabandė juos pritaikyti laikui bėgant kintamiems elektriniams ir magnetiniams laukams. Jis įvedė į fiziką sūkurinio elektrinio lauko sąvoką ir pasiūlė naują elektromagnetinės indukcijos dėsnio interpretaciją, kurią Faradėjus atrado 1831 m.: bet koks pakeitimas. magnetinis laukas supančioje erdvėje sukuria sūkurinį elektrinį lauką, kurio jėgos linijos yra uždaros.
Jis iškėlė hipotezę apie atvirkštinio proceso egzistavimą: laike kintantis elektrinis laukas sukuria magnetinį lauką supančioje erdvėje. Maxwellas pirmasis apibūdino dinamiką nauja forma materija – elektromagnetinis laukas, ir išvedė lygčių sistemą (Maksvelo lygtis), jungiančią elektromagnetinio lauko charakteristikas su jo šaltiniais – elektros krūviais ir srovėmis. Elektromagnetinėje bangoje vyksta abipusės elektrinių ir magnetinių laukų transformacijos. 2 a, b paveikslai iliustruoja elektrinių ir magnetinių laukų tarpusavio transformaciją.
2 pav. Elektrinių ir magnetinių laukų abipusė transformacija: a) Elektromagnetinės indukcijos dėsnis Maksvelo interpretacijoje; b) Maksvelo hipotezė. Kintantis elektrinis laukas sukuria magnetinį lauką
Elektromagnetinio lauko padalijimas į elektrinį ir magnetinį priklauso nuo atskaitos sistemos pasirinkimo. Iš tikrųjų aplink krūvius ramybės būsenoje toje pačioje atskaitos sistemoje yra tik elektrinis laukas; tačiau tie patys krūviai judės kitos atskaitos sistemos atžvilgiu ir generuos šioje atskaitos sistemoje, be elektrinės, ir magnetinį lauką. Taigi Maxwello teorija susiejo elektrinius ir magnetinius reiškinius.
Jei kintamasis elektrinis ar magnetinis laukas sužadinamas svyruojančių krūvių pagalba, tai aplinkinėje erdvėje atsiranda elektrinių ir magnetinių laukų tarpusavio virsmų seka, sklindanti iš taško į tašką. Abu šie laukai yra sūkurys, o vektoriai ir yra vienas kitam statmenose plokštumose. Elektromagnetinio lauko sklidimo procesas schematiškai parodytas 3 pav. Šis procesas, kuris yra periodiškas laike ir erdvėje, yra elektromagnetinė banga.
3 pav. Elektromagnetinio lauko sklidimo procesas
Ši hipotezė buvo tik teorinė prielaida, kuri neturėjo eksperimentinio patvirtinimo, tačiau jos pagrindu Maxwellas sugebėjo užrašyti nuoseklią lygčių sistemą, apibūdinančią elektrinių ir magnetinių laukų tarpusavio transformacijas, ty elektromagnetinio lauko lygčių sistemą.
Taigi iš Maksvelo teorijos – pagrindinių elektromagnetinių bangų savybių – išplaukia nemažai svarbių išvadų.
Yra elektromagnetinės bangos, t.y. erdvėje ir laike sklindantis elektromagnetinis laukas.
Gamtoje elektriniai ir magnetiniai reiškiniai veikia kaip dvi vieno proceso pusės.
Elektromagnetines bangas skleidžia svyruojantys krūviai. Pagreičio buvimas yra pagrindinė elektromagnetinių bangų skleidimo sąlyga, t.y.
- - bet koks magnetinio lauko pasikeitimas aplinkinėje erdvėje sukuria sūkurinį elektrinį lauką (2a pav.).
- - bet koks elektrinio lauko pokytis aplinkinėje erdvėje sužadina sūkurinį magnetinį lauką, kurio indukcijos linijos išsidėsčiusios plokštumoje, statmenoje kintamo elektrinio lauko intensyvumo linijoms ir jas dengia (2b pav.).
Atsirandančio magnetinio lauko indukcijos linijos sudaro „dešinįjį varžtą“ su vektoriumi. Elektromagnetinės bangos yra skersinės – vektorinės ir viena kitai statmenos ir guli bangos sklidimo krypčiai statmenoje plokštumoje (4 pav.).
4 pav. – Skersinės elektromagnetinės bangos
Periodiniai elektrinio lauko pokyčiai (įtempimo vektorius E) sukuria kintantį magnetinį lauką (indukcijos vektorius B), kuris savo ruožtu sukuria kintantį elektrinį lauką. Vektorių E ir B virpesiai vyksta tarpusavyje statmenose plokštumose ir statmenai bangos sklidimo linijai (greičio vektoriui) ir yra fazėje bet kuriame taške. Elektromagnetinės bangos elektrinio ir magnetinio lauko linijos yra uždaros. Tokie laukai vadinami sūkuriais.
Elektromagnetinės bangos sklinda materijoje baigtiniu greičiu, ir tai dar kartą patvirtino trumpojo nuotolio sąveikos teorijos pagrįstumą.
Maksvelo išvada apie baigtinį elektromagnetinių bangų sklidimo greitį prieštaravo tuo metu priimtai tolimojo veikimo teorijai, kurioje buvo manoma, kad elektrinių ir magnetinių laukų sklidimo greitis yra be galo didelis. Todėl Maksvelo teorija vadinama trumpojo nuotolio veiksmų teorija.
Tokios bangos gali sklisti ne tik dujose, skysčiuose ir kietose medžiagose, bet ir vakuume.
Elektromagnetinių bangų greitis vakuume yra c=300 000 km/s. Elektromagnetinių bangų sklidimo vakuume greitis yra viena iš pagrindinių fizinių konstantų.
Elektromagnetinės bangos sklidimas dielektrike yra nenutrūkstamas elektromagnetinės energijos sugertis ir pakartotinis spinduliavimas, kurį sukelia medžiagos elektronai ir jonai, atliekantys priverstinius svyravimus kintamu. elektrinis laukas bangos. Tokiu atveju bangos greitis dielektrike mažėja.
Elektromagnetinės bangos neša energiją. Kai bangos sklinda, atsiranda elektromagnetinės energijos srautas. Jei pasirinksime vietą S (4 pav.), orientuotą statmenai bangos sklidimo krypčiai, tai per trumpą laiką Dt per aikštelę tekės energija DWem, lygi
DWem = (mes + wm)xSDt.
Pereinant iš vienos terpės į kitą bangos dažnis nekinta.
Elektromagnetines bangas gali sugerti medžiaga. Taip yra dėl rezonansinio energijos sugėrimo, kurį sukelia įkrautos medžiagos dalelės. Jei natūralusis dielektrinių dalelių virpesių dažnis labai skiriasi nuo elektromagnetinės bangos dažnio, absorbcija vyksta silpnai, o terpė tampa skaidri elektromagnetinei bangai.
Pataikius į sąsają tarp dviejų terpių, dalis bangos atsispindi, o dalis pereina į kitą terpę, lūžta. Jei antroji terpė yra metalas, banga, einanti į antrąją terpę, greitai suyra ir dauguma energija (ypač žemo dažnio virpesiai) atsispindi pirmoje terpėje (metalai yra nepermatomi elektromagnetinėms bangoms).
Sklindančios terpėje elektromagnetinės bangos, kaip ir bet kurios kitos bangos, gali patirti lūžį ir atspindį terpės sąsajoje, dispersiją, sugertį, trukdžius; Sklindant nehomogeninėse terpėse stebima bangų difrakcija, bangų sklaida ir kiti reiškiniai.
Iš Maksvelo teorijos išplaukia, kad elektromagnetinės bangos turi daryti spaudimą sugeriančiam arba atspindinčiam kūnui. Elektromagnetinės spinduliuotės slėgis paaiškinamas tuo, kad veikiant bangos elektriniam laukui, medžiagoje atsiranda silpnos srovės, tai yra tvarkingas įkrautų dalelių judėjimas. Šias sroves veikia ampero jėga iš bangos magnetinio lauko, nukreiptos į medžiagos storį. Ši jėga sukuria susidariusį slėgį. Paprastai elektromagnetinės spinduliuotės slėgis yra nereikšmingas. Pavyzdžiui, į Žemę absoliučiai sugeriantį paviršių patenkančios saulės spinduliuotės slėgis yra maždaug 5 μPa.
Pirmuosius eksperimentus, skirtus nustatyti spinduliuotės slėgį atspindintiems ir sugeriantiems kūnams, kurie patvirtino Maksvelo teorijos išvadą, atliko puikus Maskvos universiteto fizikas P.N. Lebedevas 1900 m. Tokio nedidelio efekto atradimas pareikalavo jo nepaprasto išradingumo ir įgūdžių nustatant ir atliekant eksperimentą. 1900 metais jam pavyko išmatuoti lengvą kietųjų medžiagų slėgį, o 1910 metais – dujų. Pagrindinė P.I. įrenginio dalis Lebedevas šviesos slėgiui matuoti naudojo 5 mm skersmens lengvus diskus, pakabintus ant elastinio sriegio (5 pav.) evakuojamo indo viduje.
5 pav. Eksperimentas P.I. Lebedeva
Diskai buvo pagaminti iš įvairių metalų ir eksperimentų metu juos buvo galima pakeisti. Stipraus elektros lanko šviesa buvo nukreipta į diskus. Diskus veikiant šviesai, sriegis susisuko ir diskai nukrypo. P.I. eksperimentų rezultatai. Lebedevas visiškai atitiko Maksvelo elektromagnetinę teoriją ir turėjo Gera vertė dėl jo patvirtinimo.
Elektromagnetinių bangų slėgio egzistavimas leidžia daryti išvadą, kad elektromagnetiniam laukui būdingas mechaninis impulsas.Šis elektromagnetinio lauko masės ir energijos santykis tūrio vienete yra universalus gamtos dėsnis. Pagal specialioji teorija reliatyvumas, tai galioja bet kokiems kūnams, nepaisant jų prigimties ir vidinės sandaros.
Kadangi šviesos bangos slėgis yra labai mažas, ji neturi reikšmingo vaidmens reiškiniuose, su kuriais susiduriame kasdieniame gyvenime. Tačiau priešingo masto kosminėse ir mikroskopinėse sistemose šio efekto vaidmuo smarkiai išauga. Taigi kiekvienos žvaigždės išorinių materijos sluoksnių gravitacinis traukimas į centrą yra subalansuotas jėgos, prie kurios reikšmingai prisideda šviesos slėgis, sklindantis iš žvaigždės gelmių į išorę. Mikrokosme šviesos slėgis pasireiškia, pavyzdžiui, šviesos iš atomo reiškiniu. Jį patiria sužadintas atomas, kai išspinduliuoja šviesą.
Šviesos slėgis vaidina svarbų vaidmenį astrofiziniuose reiškiniuose, ypač formuojantis kometų uodegoms, žvaigždėms ir kt. Šviesos slėgis pasiekia reikšmingą vertę tose vietose, kur yra sutelkta galingų kvantinių šviesos generatorių (lazerių) spinduliuotė. Taigi, susikaupimo spaudimas lazerio spinduliuotė ant plonos metalinės plokštės paviršiaus gali sugesti, tai yra, plokštelėje gali atsirasti skylė. Taigi elektromagnetinis laukas turi visas materialių kūnų charakteristikas – energiją, baigtinį sklidimo greitį, impulsą, masę. Tai rodo, kad elektromagnetinis laukas yra viena iš materijos egzistavimo formų.
Elektromagnetinių bangų atradimas yra puikus eksperimento ir teorijos sąveikos pavyzdys. Tai parodo, kaip fizika sujungė iš pažiūros visiškai skirtingas savybes – elektrą ir magnetizmą – atrasdama jose skirtingus to paties dalyko aspektus. fizinis reiškinys- elektromagnetinė sąveika. Šiandien tai yra viena iš keturių žinomų pagrindinių fizinių sąveikų, kurios taip pat apima stiprias ir silpnas branduolines jėgas bei gravitaciją. Jau buvo sukonstruota elektrosilpnosios sąveikos teorija, kuri elektromagnetines ir silpnąsias branduolines jėgas aprašo iš vieningos pozicijos. Taip pat yra kita vienijanti teorija - kvantinė chromodinamika - kuri apima elektrosilpną ir stiprią sąveiką, tačiau jos tikslumas yra šiek tiek mažesnis. Apibūdinti Visi Esminės sąveikos iš vieningos pozicijos dar nepasiektos, nors šia kryptimi intensyvūs tyrimai atliekami tokiose fizikos srityse kaip stygų teorija ir kvantinė gravitacija.
Elektromagnetines bangas teoriškai numatė didysis anglų fizikas Jamesas Clerkas Maxwellas (tikriausiai pirmą kartą 1862 m. knygoje „On Physical Lines of Force“, nors Išsamus aprašymas teorija buvo paskelbta 1867 m.). Jis uoliai ir su didele pagarba stengėsi į griežtą matematinę kalbą išversti kiek naivius Michaelio Faradėjaus paveikslus, aprašančius elektros ir magnetinius reiškinius, bei kitų mokslininkų rezultatus. Sutvarkęs visus elektrinius ir magnetinius reiškinius vienodai, Maksvelas atrado daugybę prieštaravimų ir simetrijos trūkumo. Pagal Faradėjaus dėsnį, kintamieji magnetiniai laukai sukuria elektrinius laukus. Tačiau nebuvo žinoma, ar kintamieji elektriniai laukai sukuria magnetinius laukus. Maksvelui pavyko atsikratyti prieštaravimo ir atkurti elektrinio ir magnetinio laukų simetriją į lygtis įtraukus papildomą terminą, kuris apibūdino magnetinio lauko atsiradimą kintant elektriniam laukui. Tuo metu Oerstedo eksperimentų dėka jau buvo žinoma, kad nuolatinė srovė aplink laidininką sukuria nuolatinį magnetinį lauką. Naujasis terminas apibūdino kitokį magnetinio lauko šaltinį, tačiau jį galima laikyti kažkokiu įsivaizduojamu elektros, kurį Maksvelas pavadino poslinkio srovė, atskirti jį nuo įprastos srovės laidininkuose ir elektrolituose – laidumo srovė. Dėl to paaiškėjo, kad kintamieji magnetiniai laukai sukuria elektrinius laukus, o kintamieji – magnetinius. Ir tada Maksvelas suprato, kad tokioje kombinacijoje svyruojantys elektriniai ir magnetiniai laukai gali atitrūkti nuo juos generuojančių laidininkų ir tam tikru, bet labai dideliu greičiu judėti per vakuumą. Jis apskaičiavo šį greitį ir paaiškėjo, kad jis buvo apie tris šimtus tūkstančių kilometrų per sekundę.
Sukrėstas rezultato, Maxwellas parašė Williamui Thomsonui (lordui Kelvinui, kuris visų pirma pristatė absoliučią temperatūros skalę): „Skersinių bangų virpesių greitis mūsų hipotetinėje terpėje, apskaičiuotas pagal Kohlrauscho ir Weberio elektromagnetinius eksperimentus, sutampa taip. tiksliai su šviesos greičiu, apskaičiuotu pagal Fizeau optinius eksperimentus, vargu ar galime atmesti išvadą, kad šviesa susideda iš skersinių tos pačios terpės virpesių, sukeliančių elektrinius ir magnetinius reiškinius“ O toliau laiške: „Savo lygtis gavau gyvendamas provincijose ir neįtardamas rastų magnetinių efektų sklidimo greičio artumo šviesos greičiui, todėl manau, kad turiu pagrindą apsvarstyti magnetinio ir šviečiančios terpės kaip ta pati terpė ..."
Maksvelo lygtys gerokai pranoksta mokyklinio fizikos kurso apimtį, tačiau jos yra tokios gražios ir lakoniškos, kad jas reikėtų išdėstyti gerai matomoje vietoje fizikos klasėje, nes daugumą žmogui reikšmingų gamtos reiškinių galima apibūdinti vos keliais. šių lygčių eilutės. Taip informacija suspaudžiama, kai sujungiami anksčiau buvę nevienalyčiai faktai. Čia yra vienas Maksvelo lygčių tipas diferencialiniame vaizdavime. Pasigrožėkite juo.
Norėčiau pabrėžti, kad Maksvelo skaičiavimai davė atgrasančią pasekmę: elektrinio ir magnetinio lauko svyravimai yra skersiniai (ką jis pats visą laiką akcentavo). O skersiniai virpesiai sklinda tik viduje kietosios medžiagos, bet ne skysčiuose ir dujose. Iki to laiko buvo patikimai išmatuota, kad skersinių virpesių greitis kietose medžiagose (tiesiog garso greitis) yra didesnis, tuo kietesnis, grubiai tariant, vidutinis (kuo didesnis Youngo modulis ir mažesnis tankis) ir gali siekti kelis kilometrų per sekundę. Skersinės elektromagnetinės bangos greitis buvo beveik šimtą tūkstančių kartų didesnis už garso greitį kietose medžiagose. Ir reikia pažymėti, kad standumo charakteristika įtraukta į garso greičio lygtį kietame kūne po šaknimi. Paaiškėjo, kad terpė, per kurią sklinda elektromagnetinės bangos (ir šviesa), pasižymi milžiniškomis elastingumo savybėmis. Iškilo itin sunkus klausimas: „Kaip kiti kūnai juda per tokią kietą terpę ir jos nejaučia? Hipotetinė terpė buvo vadinama eteriu, priskiriant jai ir keistų, ir, paprastai tariant, vienas kitą paneigiančių savybių – milžinišką elastingumą ir nepaprastą lengvumą.
Maksvelo darbai sukėlė šoką tarp šiuolaikinių mokslininkų. Pats Faradėjus nustebęs rašė: „Iš pradžių net išsigandau, kai pamačiau tokią matematinę jėgą, pritaikytą klausimui, bet paskui nustebau, kai pamačiau, kad klausimas taip gerai jį atlaiko. Nepaisant to, kad Maksvelo pažiūros panaikino visas tuo metu žinomas idėjas apie skersinių bangų sklidimą ir apie bangas apskritai, toliaregiai mokslininkai suprato, kad šviesos greičio ir elektromagnetinių bangų sutapimas yra esminis rezultatas, rodantis, kad čia fizikos srityje laukė didelis proveržis.
Deja, Maksvelas anksti mirė ir nesulaukė patikimo eksperimentinio savo skaičiavimų patvirtinimo. Tarptautinė mokslinė nuomonė pasikeitė dėl Heinricho Hertzo eksperimentų, kurie po 20 metų (1886–1889) eksperimentų serijoje pademonstravo elektromagnetinių bangų generavimą ir priėmimą. Hertzas gavo ne tik laboratorijos tyloje teisingas rezultatas, bet aistringai ir bekompromisiškai gynė Maksvelo pažiūras. Be to, jis neapsiribojo eksperimentiniais elektromagnetinių bangų egzistavimo įrodymais, bet ir tyrinėjo pagrindines jų savybes (atspindys nuo veidrodžių, lūžis prizmėse, difrakcija, trukdžiai ir kt.), Parodydamas visišką elektromagnetinių bangų tapatumą su šviesa.
Įdomu tai, kad likus septyneriems metams iki Herco, 1879 m., anglų fizikas Davidas Edwardas Hughesas (Hughesas – D. E. Hughesas) ir kitiems žymiems mokslininkams (tarp jų buvo ir genialus fizikas bei matematikas Georgas-Gabrielis Stoksas) pademonstravo sklidimo poveikį. elektromagnetinių bangų ore. Po diskusijų mokslininkai priėjo prie išvados, kad mato Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos reiškinį. Hughesas buvo nusiminęs, netikėjo savimi ir rezultatus paskelbė tik 1899 m., kai Maxwell-Hertz teorija tapo visuotinai priimta. Šis pavyzdys rodo, kad moksle atkakli gautų rezultatų sklaida ir propagavimas dažnai yra ne mažiau svarbus nei pats mokslinis rezultatas.
Heinrichas Hertzas apibendrino savo eksperimentų rezultatus: „Aprašyti eksperimentai, bent jau man atrodo, pašalina abejones dėl šviesos, šiluminės spinduliuotės ir elektrodinaminio bangų judėjimo tapatumo“.
1 skyrius
PAGRINDINIAI ELEKTROMAGNETINIŲ BANGŲ PARAMETRAI
Kas yra elektromagnetinė banga, galima lengvai iliustruoti naudojant šį pavyzdį. Jei į vandens paviršių messite akmenuką, paviršiuje susidarys bangos, kurios pasklis ratais. Jie juda iš savo kilmės (trikdymo) šaltinio tam tikru sklidimo greičiu. Elektromagnetinėms bangoms trikdžiai – tai erdvėje judantys elektriniai ir magnetiniai laukai. Laikui bėgant besikeičiantis elektromagnetinis laukas būtinai sukelia kintamo magnetinio lauko atsiradimą ir atvirkščiai. Šios sritys yra tarpusavyje susijusios.
Pagrindinis elektromagnetinių bangų spektro šaltinis yra Saulės žvaigždė. Dalis elektromagnetinių bangų spektro matoma žmogaus akiai. Šis spektras yra 380...780 nm diapazone (1.1 pav.). Matomame spektre akis skirtingai jaučia šviesą. Skirtingų bangų ilgių elektromagnetiniai virpesiai sukelia skirtingų spalvų šviesos pojūtį.
Dalis elektromagnetinių bangų spektro naudojama radijo televizijos ir ryšių reikmėms. Elektromagnetinių bangų šaltinis yra viela (antena), kurioje svyruoja elektros krūviai. Lauko formavimo procesas, prasidėjęs šalia laido, palaipsniui, taškas po taško, apima visą erdvę. Kuo didesnis kintamosios srovės, einančios per laidą ir generuojančios elektrinį ar magnetinį lauką, dažnis, tuo intensyvesnės yra tam tikro ilgio radijo bangos, kurias sukuria viela.
Elektromagnetinės bangos turi šias pagrindines charakteristikas.
1. Bangos ilgis lв, yra trumpiausias atstumas tarp dviejų erdvės taškų, kuriame harmoninės elektromagnetinės bangos fazė pasikeičia 360°. Fazė – periodinio proceso būsena (stadija) (1.2 pav.).
Antžeminės televizijos transliacijai naudojamos metro (MB) ir decimetrinės bangos (UHF), o palydoviniam transliavimui naudojamos centimetrinės bangos (CM). Kai SM dažnių diapazonas užpildomas, milimetrų bangų diapazonas (Ka-band) bus įvaldytas.
2. Bangos virpesių periodas T- laikas, per kurį įvyksta vienas visiškas lauko stiprumo pokytis, t.y. laikas, per kurį radijo bangos taškas, turintis tam tikrą fiksuotą fazę, nukeliauja bangos ilgiui lв lygiu keliu.
3. Elektromagnetinio lauko svyravimų dažnis F(lauko svyravimų skaičius per sekundę) nustatomas pagal formulę
Dažnio matavimo vienetas yra hercas (Hz), dažnis, kuriuo įvyksta vienas svyravimas per sekundę. Palydovinėje transliacijoje turite susidurti su labai aukšti dažniai elektromagnetiniai virpesiai matuojami gigahercais.
Tiesioginiam palydovinės televizijos transliavimui (SNTV) per kosmoso ir žemės ryšį naudojama žemoji C juostos juosta ir dalis Ku juostos (10,7...12,75 GGi). Viršutinė dalisŠie diapazonai naudojami informacijai perduoti pagal Žemės – Kosmoso liniją (1.1 lentelė).
4. Bangos greitis SU - nuoseklios bangos sklidimo iš energijos šaltinio (antenos) greitis.
Radijo bangų sklidimo greitis laisvoje erdvėje (vakuume) yra pastovus ir lygus šviesos greičiui C = 300 000 km/s. Nepaisant tokio didelio greičio, elektromagnetinė banga sklinda išilgai linijos Žemė – Kosmosas – Žemė per 0,24 s. Žemėje radijo ir televizijos transliacijas galima priimti beveik akimirksniu bet kur. Sklindant realioje erdvėje, pavyzdžiui, ore, radijo bangos greitis priklauso nuo terpės savybių, dažniausiai jis mažesnis SU apie terpės lūžio rodiklio reikšmę.
Elektromagnetinių bangų dažnis F, jų sklidimo greitis C ir bangos ilgis l yra susiję su ryšiu
lв=C/F, ir nuo F=1/T tada lв=С*T.
Į paskutinę formulę pakeitę greičio reikšmę C = 300 000 km/s, gauname
lv(m)=3*10^8/F(m/s*1/Hz)
Aukštiems dažniams elektromagnetinio virpesio bangos ilgį galima nustatyti pagal formulę lv(m)=300/F(MHz) Žinant elektromagnetinio virpesio bangos ilgį, dažnis nustatomas pagal formulę F(MHz)=300/lv (m)
5. Radijo bangų poliarizacija. Elektromagnetinio lauko elektriniai ir magnetiniai komponentai atitinkamai apibūdinami vektoriais E ir N, kurios parodo lauko stiprių reikšmę ir jų kryptį. Poliarizacija yra elektrinio lauko vektoriaus orientacija E bangos žemės paviršiaus atžvilgiu (1.2 pav.).
Radijo bangų poliarizacijos tipą lemia siunčiančios antenos orientacija (padėtis) žemės paviršiaus atžvilgiu. Tiek antžeminė, tiek palydovinė televizija naudoja linijinę poliarizaciją, t.y. horizontalią N ir vertikali V (1.3 pav.).
Radijo bangos su horizontalaus elektrinio lauko vektoriumi vadinamos horizontaliai poliarizuotomis, o turinčios vertikalų elektrinį lauką – vertikaliai poliarizuotomis. Pastarųjų bangų poliarizacijos plokštuma yra vertikali, o vektorius N(žr. 1.2 pav.) yra horizontalioje plokštumoje.
Jei perdavimo antena yra sumontuota horizontaliai virš žemės paviršiaus, tada elektros lauko linijos taip pat bus išdėstytos horizontaliai. Tokiu atveju laukas sukels didžiausią elektrovaros jėgą (EMF) horizontalioje padėtyje
1.4 pav. Radijo bangų žiedinė poliarizacija:
LZ- kairėje; RZ- teisingai
zonoje esanti priėmimo antena. Todėl kai N radijo bangų poliarizacija, priėmimo antena turi būti nukreipta horizontaliai. Tokiu atveju teoriškai ant vertikaliai esančios antenos radijo bangos nebus priimamos, nes antenoje sukeltas emf yra lygus nuliui. Ir atvirkščiai, kai siuntimo antena yra vertikalioje padėtyje, priėmimo antena taip pat turi būti pastatyta vertikaliai, o tai leis gauti didžiausią EMF.
Televizijos transliacijose iš dirbtinių Žemės palydovų (AES), be linijinės poliarizacijos, plačiai naudojama ir žiedinė poliarizacija. Tai, kaip bebūtų keista, susiję su perpildytomis sąlygomis eteryje, nes jų yra orbitoje didelis skaičius ryšių palydovai ir palydovai tiesioginiam (tiesioginiam) televizijos transliavimui.
Dažnai palydovų parametrų lentelėse jie nurodo sutrumpintą žiedinės poliarizacijos tipą - L ir R. Radijo bangų žiedinė poliarizacija sukuriama, pavyzdžiui, kūgine spirale ant siunčiančios antenos tiekimo. Priklausomai nuo spiralės vyniojimo krypties, žiedinė poliarizacija yra kairioji arba dešinė (1.4 pav.).
Atitinkamai, antžeminės palydovinės televizijos antenos tiekime turi būti įrengtas poliarizatorius, kuris reaguoja į palydovo perdavimo antenos skleidžiamą radijo bangų žiedinę poliarizaciją.
Panagrinėkime aukšto dažnio virpesių ir jų spektro moduliavimo klausimus perduodant iš palydovų. Patartina tai daryti lyginant su antžeminėmis transliavimo sistemomis.
Atskyrimas tarp vaizdo ir garso nešlio dažnių yra 6,5 MHz, likusi apatinės šoninės juostos dalis (į kairę nuo vaizdo nešiklio) yra 1,25 MHz, o garso kanalo plotis yra 0,5 MHz.
(1.5 pav.). Atsižvelgiant į tai, bendras televizijos kanalo plotis laikomas 8,0 MHz (pagal NVS šalyse priimtus D ir K standartus).
Perduodanti televizijos stotis turi du siųstuvus. Vienas iš jų perduoda elektrinius vaizdo signalus, o kitas – atitinkamai skirtingais nešiklio dažniais garsą. Kai kurių nešiklio aukšto dažnio virpesių parametrų (galios, dažnio, fazės ir kt.) pokytis, veikiant žemo dažnio virpesiams, vadinamas moduliacija. Naudojami du pagrindiniai moduliavimo tipai: amplitudinė moduliacija (AM) ir dažnio moduliacija (FM). Televizijoje vaizdo signalai perduodami iš AM, o garsas - iš FM. Po moduliacijos elektrinės vibracijos sustiprinamos galia, tada patenka į siųstuvą anteną ir radijo bangų pavidalu skleidžiamos į erdvę (eteris).
Antžeminės televizijos transliacijose dėl daugelio priežasčių neįmanoma naudoti FM vaizdo signalams perduoti. SM yra daug daugiau erdvės eteryje ir tokia galimybė yra. Dėl to palydovinis kanalas (atsakiklis) užima 27 MHz dažnių juostą.
Papildomo nešlio signalo dažnio moduliavimo pranašumai:
mažesnis jautrumas trikdžiams ir triukšmams, lyginant su AM, mažas jautrumas signalo perdavimo kanalų dinaminių charakteristikų netiesiškumui, taip pat perdavimo dideliais atstumais stabilumas. Šios charakteristikos paaiškinamos signalo lygio pastovumu perdavimo kanaluose, galimybe atlikti išankstinio akcento dažnio korekciją, kuri turi teigiamą poveikį signalo ir triukšmo santykiui, todėl FM gali žymiai sumažinti siųstuvo galia perduodant informaciją tuo pačiu atstumu. Pavyzdžiui, antžeminio transliavimo sistemose naudojami siųstuvai, kurie yra 5 kartus galingesni vaizdo signalams toje pačioje televizijos stotyje perduoti nei garso signalams.
Elektromagnetinė spinduliuotė egzistuoja tiksliai tol, kol gyvuoja mūsų Visata. Jis vaidino pagrindinį vaidmenį gyvybės evoliucijoje Žemėje. Tiesą sakant, tai yra pasipiktinimo būsena elektromagnetinis laukas, paskirstytas erdvėje.
Elektromagnetinės spinduliuotės charakteristikos
Bet kuri elektromagnetinė banga apibūdinama naudojant tris charakteristikas.
1. Dažnis.
2. Poliarizacija.
Poliarizacija– vienas pagrindinių bangos atributų. Apibūdina skersinę elektromagnetinių bangų anizotropiją. Spinduliuotė laikoma poliarizuota, kai visi bangų svyravimai vyksta toje pačioje plokštumoje.
Šis reiškinys aktyviai naudojamas praktikoje. Pavyzdžiui, kino teatruose, kai rodomi 3D filmai.
Naudojant poliarizaciją, IMAX akiniai atskiria vaizdą, kuris yra skirtas skirtingos akys. 
Dažnis– bangų keterų, kurios praeina pro stebėtoją, skaičius (in tokiu atveju– detektorius) per vieną sekundę. Jis matuojamas hercais.
Bangos ilgis– tam tikras atstumas tarp artimiausių elektromagnetinės spinduliuotės taškų, kurių svyravimai vyksta toje pačioje fazėje.
Elektromagnetinė spinduliuotė gali sklisti beveik bet kurioje terpėje: nuo tankios medžiagos iki vakuumo.
Sklidimo greitis vakuume yra 300 tūkstančių km per sekundę.
Įdomus vaizdas Norėdami gauti informacijos apie EM bangų prigimtį ir savybes, žiūrėkite toliau pateiktą vaizdo įrašą:
Elektromagnetinių bangų tipai
Visa elektromagnetinė spinduliuotė yra padalinta iš dažnio. 
1. Radijo bangos. Yra trumpi, itin trumpi, itin ilgi, ilgi, vidutiniai.
Radijo bangų ilgis svyruoja nuo 10 km iki 1 mm ir nuo 30 kHz iki 300 GHz.
Jų šaltiniai gali būti tiek žmogaus veikla, tiek įvairūs gamtiniai atmosferos reiškiniai.
2. . Bangos ilgis svyruoja nuo 1 mm iki 780 nm ir gali siekti iki 429 THz. Infraraudonoji spinduliuotė dar vadinama šilumine spinduliuote. Visos gyvybės mūsų planetoje pagrindas.
3. Matoma šviesa. Ilgis 400 - 760/780 nm. Atitinkamai, jis svyruoja tarp 790-385 THz. Tai apima visą matomą spinduliuotės spektrą žmogaus akimis.
4. . Bangos ilgis yra trumpesnis nei infraraudonųjų spindulių.
Gali siekti iki 10 nm. tokios bangos labai didelės – apie 3x10^16 Hz.
5. Rentgeno spinduliai. bangos yra 6x10^19 Hz, o ilgis apie 10 nm – 5 pm.
6. Gama bangos. Tai apima bet kokią spinduliuotę, kuri yra didesnė nei rentgeno spinduliai, o ilgis yra trumpesnis. Tokių elektromagnetinių bangų šaltinis yra kosminiai, branduoliniai procesai.
Taikymo sritis
Kažkur pradedant nuo pabaigos XIXšimtmečius, su visa žmonijos pažanga buvo susijusi praktinis pritaikymas elektromagnetines bangas.
Pirmas dalykas, kurį verta paminėti, yra radijo ryšys. Tai suteikė žmonėms galimybę bendrauti, net jei jie buvo toli vienas nuo kito.
Palydovinė transliacija, telekomunikacijos yra tolimesnis vystymas primityvus radijo ryšys.
Būtent šios technologijos suformavo informacinį kraštovaizdį šiuolaikinė visuomenė.
Elektromagnetinės spinduliuotės šaltiniais reikėtų laikyti tiek didelius pramonės objektus, tiek įvairias elektros linijas.
Elektromagnetinės bangos aktyviai naudojamos kariniuose reikaluose (radarai, sudėtingi elektros prietaisai). Be jų naudojimo neapsieitų ir medicina. Infraraudonoji spinduliuotė gali būti naudojama daugelio ligų gydymui.
rentgeno spinduliai padėti nustatyti žmogaus vidinių audinių pažeidimus.
Lazeriai naudojami daugybei operacijų, kurioms reikia tikslaus tikslumo, atlikti. 
Elektromagnetinės spinduliuotės svarbą žmogaus praktiniame gyvenime sunku pervertinti.
Sovietinis vaizdo įrašas apie elektromagnetinį lauką:
Galimas neigiamas poveikis žmogui
Nepaisant naudingumo, stiprūs šaltiniai Elektromagnetinė spinduliuotė gali sukelti šiuos simptomus:
Nuovargis;
Pykinimas.
Per didelis tam tikrų tipų bangų poveikis sukelia žalą Vidaus organai, centrinis nervų sistema, smegenys. Galimi žmogaus psichikos pokyčiai.
Įdomus vaizdo įrašas apie EM bangų poveikį žmonėms:
Siekiant išvengti tokių pasekmių, beveik visos pasaulio šalys turi elektromagnetinę saugą reglamentuojančius standartus. Kiekviena spinduliuotės rūšis turi savo norminius dokumentus (higienos normas, radiacinės saugos normas). Elektromagnetinių bangų poveikis žmonėms nėra iki galo ištirtas, todėl PSO rekomenduoja kuo labiau sumažinti jų poveikį.
Įkeliama...