Muat turun dari Depositfiles
3.2.2 Penyebaran gelombang elektromagnet
Di antara medan elektromagnet secara umum, yang dihasilkan oleh cas elektrik dan pergerakannya, adalah lazim untuk merujuk kepada sinaran sebenar sebagai bahagian medan elektromagnet berselang-seli yang mampu merambat paling jauh dari sumbernya - cas bergerak, mereput paling perlahan mengikut jarak. . Sinaran ini dipanggil gelombang elektromagnet.
Gelombang elektromagnet mampu merambat dalam hampir semua persekitaran. Dalam vakum (ruang yang bebas daripada jirim dan jasad yang menyerap atau memancarkan gelombang elektromagnet), gelombang elektromagnet merambat tanpa meredam ke jarak yang sewenang-wenangnya, tetapi dalam beberapa kes ia merambat dengan agak baik dalam ruang yang dipenuhi dengan jirim (sambil mengubah sedikit tingkah lakunya) .
Untuk mengukur jarak, gelombang elektromagnet hampir semua julat yang ditunjukkan dalam jadual digunakan. 3.1, kecuali sinaran ultraungu dalam julat optik, gelombang radio pendek dan sinaran mengion.
Apabila mengukur jarak menggunakan gelombang elektromagnet, kedua-dua julat dan ketepatan sangat dipengaruhi oleh keadaan perambatan. Ini difahami sebagai keseluruhan kompleks faktor: sifat-sifat gelombang itu sendiri, sifat permukaan dasar, masa hari, keadaan meteorologi atmosfera, dsb.
Gelombang cahaya dan gelombang VHF merambat dalam garis yang hampir lurus.
pembelauan gelombang sentimeter yang digunakan dalam pencari julat radio dan sistem VHF adalah sangat kecil sehingga ia tidak membawa kepada lenturan di sekeliling permukaan Bumi. Lenturan sedemikian sedikit sebanyak wujud hanya disebabkan oleh pembiasan .
(pembelauan - ini adalah fenomena sisihan daripada undang-undang optik geometri semasa perambatan gelombang. Khususnya, ini adalah sisihan daripada kelurusan perambatan pancaran cahaya. pembiasan atau pembiasan - ini ialah perubahan dalam arah perambatan sinaran elektromagnet yang berlaku pada antara muka antara dua media lutsinar untuk gelombang ini atau dalam sebahagian besar medium dengan sifat berubah secara berterusan).
Julat maksimum sistem VHF dihadkan oleh had garis penglihatan
... Had garis penglihatan pada permukaan fizikal Bumi bergantung pada ketinggian antena dan rupa bumi. Jika kita mengambil kira hanya kelengkungan Bumi sfera (tanpa pelepasan) dan mengabaikan pembiasan, maka jarak garis penglihatan yang mengehadkan antara dua titik ditentukan oleh ketinggian titik. 
dan 
dengan cara berikut:
di mana dinyatakan dalam kilometer dan ketinggian dalam meter.
Dengan mengambil kira kelengkungan biasan trajektori (dengan biasan normal), pekali 3.57 dalam persamaan (3.29) digantikan dengan 4.12 untuk gelombang radio, dan sebanyak 3.83 untuk gelombang optik, i.e. pembiasan meningkatkan jarak garis penglihatan kira-kira 15% untuk gelombang radio, dan sebanyak 7% untuk gelombang optik.
Jika, sebagai contoh, antena pencari jarak dan pemantul dipasang pada tripod kayu biasa, i.e. 
, maka jarak garis pandang yang dikira dengan formula (3.29) ialah 
... Jika antena dinaikkan ke ketinggian 
, maka jarak garis pandang ialah 
.
Untuk gelombang optik, sebagai tambahan kepada garis penglihatan langsung, kehadiran keterlihatan optik (transparensi) .
Penyebaran gelombang radio panjang dan sederhana mempunyai ciri khusus. Ciri yang paling ketara ialah pantulan dari lapisan atas atmosfera yang sangat terion, terletak pada ketinggian lebih daripada 60 km.
Ini membawa kepada fakta bahawa bukan sahaja gelombang langsung yang merambat di sepanjang permukaan Bumi (gelombang permukaan), tetapi juga gelombang yang dipantulkan dari ionosfera - yang dipanggil gelombang langit (Rajah 3.11) boleh sampai ke titik penerimaan. Di kawasan di mana gelombang permukaan dan angkasa bertemu, gangguan mereka berlaku, kerana gelombang permukaan yang menghantar isyarat berguna menerima herotan dalam amplitud dan fasa, dan jika peralatan penerima berada di kawasan sedemikian, maka pengukuran boleh menjadi sangat sukar dan selalunya mustahil.
Gelombang spatial, yang dipantulkan dari ionosfera, boleh merambat pada jarak yang lebih jauh daripada gelombang permukaan, yang mana bentuk Bumi dengan pelepasannya menimbulkan halangan. Disebabkan oleh pembelauan, halangan ini boleh dibengkokkan oleh gelombang permukaan, dan julat perambatannya bergantung pada sifat menyerap permukaan bumi. Untuk gelombang langit, ia juga sebahagiannya diserap oleh ionosfera dan permukaan bumi dengan pelbagai pantulan daripada lapisan ionosfera. Penyerapan oleh permukaan bumi bergantung pada panjang gelombang, polarisasinya dan ciri-ciri elektrik permukaan dasar tertentu.
Sifat perambatan jarak jauh gelombang langit dengan pelbagai pantulan dari ionosfera berjaya digunakan dalam komunikasi radio, penyiaran dan navigasi radio jarak jauh. tetapi untuk tujuan geodetik radio penggunaan gelombang langit mustahil, kerana geometri laluannya tidak tertakluk kepada perakaunan yang ketat. Oleh itu untuk untuk pengukuran yang tepat, hanya gelombang permukaan yang harus digunakan .
Berdasarkan perkara di atas, untuk tujuan pengukuran geodetik, hanya gelombang optik dan julat VHF yang sesuai .
Pencari jarak geodetik bagi julat panjang gelombang optik digunakan terutamanya untuk mengukur jarak sehingga 10 km.
Pencari julat radio geodetik digunakan untuk mengukur jarak susunan beberapa puluh kilometer.
Walau bagaimanapun, pada masa ini, hampir semua pengeluar pencari julat geodetik telah berhenti menghasilkan pencari julat radio, dan telah menumpukan usaha mereka pada pencari julat optik atau stesen jumlah elektronik, yang mana pencari julat adalah bahagian penting. Keadaan ini dijelaskan oleh fakta bahawa dalam amalan kerja geodetik, teknologi yang disediakan oleh sistem navigasi satelit global telah meluas, berkat yang memungkinkan untuk menentukan koordinat titik di permukaan bumi dengan tepat. Tetapi adalah tepat untuk tugas ini bahawa pengintai radio direka. Jarak antara titik yang diukur menggunakan pencari julat radio kemudiannya digunakan untuk mengira koordinat titik yang akan ditentukan. Penggunaan penerima GNSS memungkinkan untuk mengecualikan operasi perantaraan untuk mengukur jarak antara titik, dan untuk mendapatkan segera koordinat titik yang ditentukan.
Gelombang elektromagnet ialah perambatan medan elektromagnet dalam ruang dan masa.
Seperti yang dinyatakan di atas, kewujudan gelombang elektromagnet secara teorinya telah diramalkan oleh ahli fizik Inggeris yang hebat J. Maxwell pada tahun 1864. Dia menganalisis semua undang-undang elektrodinamik yang diketahui pada masa itu dan membuat percubaan untuk menerapkannya pada medan elektrik dan magnet yang berubah-ubah masa. Beliau memperkenalkan konsep medan elektrik pusaran ke dalam fizik dan mencadangkan tafsiran baharu undang-undang aruhan elektromagnet, ditemui oleh Faraday pada tahun 1831: sebarang perubahan dalam medan magnet menghasilkan medan elektrik pusaran di ruang sekeliling, garis-garis daya yang tertutup.
Dia mengemukakan hipotesis tentang kewujudan proses terbalik: medan elektrik yang berubah-ubah masa menghasilkan medan magnet di ruang sekeliling. Maxwell adalah orang pertama yang menerangkan dinamik bentuk baru jirim - medan elektromagnet, dan memperoleh sistem persamaan (persamaan Maxwell), menghubungkan ciri-ciri medan elektromagnet dengan sumbernya - cas elektrik dan arus. Dalam gelombang elektromagnet, perubahan bersama antara medan elektrik dan magnet berlaku. Rajah 2 a, b menggambarkan penjelmaan bersama medan elektrik dan magnet.
Rajah 2 - Transformasi bersama medan elektrik dan magnet: a) Hukum aruhan elektromagnet dalam tafsiran Maxwell; b) Hipotesis Maxwell. Medan elektrik yang berubah menghasilkan medan magnet
Pembahagian medan elektromagnet kepada elektrik dan magnet bergantung pada pilihan kerangka rujukan. Sememangnya, sekitar caj terletak dalam satu kerangka rujukan, hanya terdapat medan elektrik; walau bagaimanapun, caj yang sama akan bergerak relatif kepada rangka rujukan lain dan menjana dalam rangka rujukan ini, sebagai tambahan kepada elektrik, juga medan magnet. Oleh itu, teori Maxwell mengaitkan bersama fenomena elektrik dan magnet.
Jika anda merangsang medan elektrik atau magnet berselang-seli dengan bantuan cas berayun, maka urutan transformasi bersama medan elektrik dan magnet, merambat dari satu titik ke titik, timbul di ruang sekeliling. Kedua-dua medan ini adalah pusaran, dan vektor dan terletak dalam satah saling berserenjang. Proses perambatan medan elektromagnet secara skematik ditunjukkan dalam Rajah 3. Proses ini, yang berkala dalam masa dan ruang, adalah gelombang elektromagnet.
Rajah 3 - Proses perambatan medan elektromagnet
Hipotesis ini hanyalah andaian teori yang tidak mempunyai pengesahan eksperimen, namun, berdasarkan asasnya, Maxwell dapat menulis sistem persamaan yang konsisten yang menerangkan transformasi bersama medan elektrik dan magnet, iaitu, sistem persamaan elektromagnet. padang.
Jadi, beberapa kesimpulan penting mengikuti dari teori Maxwell - sifat asas gelombang elektromagnet.
Terdapat gelombang elektromagnet, i.e. medan elektromagnet yang merambat dalam ruang dan masa.
Secara semula jadi, fenomena elektrik dan magnet bertindak sebagai dua sisi dalam satu proses.
Gelombang elektromagnet dipancarkan oleh cas berayun. Kehadiran pecutan adalah syarat utama untuk pancaran gelombang elektromagnet, i.e.
- - sebarang perubahan dalam medan magnet menghasilkan medan elektrik pusaran di ruang sekeliling (Rajah 2a).
- - sebarang perubahan dalam medan elektrik menggembirakan medan magnet pusaran di ruang sekeliling, garis aruhan yang terletak dalam satah berserenjang dengan garis keamatan medan elektrik berselang-seli, dan menutupnya (Rajah 2b).
Garis aruhan medan magnet yang muncul membentuk "skru kanan" dengan vektor. Gelombang elektromagnet adalah vektor melintang dan berserenjang antara satu sama lain dan terletak pada satah berserenjang dengan arah perambatan gelombang (Rajah 4).
Rajah 4 - Gelombang elektromagnet melintang
Perubahan berkala dalam medan elektrik (vektor keamatan E) menjana medan magnet yang berubah (vektor aruhan B), yang seterusnya menghasilkan medan elektrik yang berubah. Ayunan vektor E dan B berlaku dalam satah saling berserenjang dan berserenjang dengan garis perambatan gelombang (vektor halaju) dan bertepatan dalam fasa pada mana-mana titik. Garisan daya medan elektrik dan magnet dalam gelombang elektromagnet tertutup. Medan sedemikian dipanggil pusaran.
Gelombang elektromagnet merambat dalam jirim dengan kelajuan terhingga, dan ini sekali lagi mengesahkan kesahihan teori tindakan jarak dekat.
Kesimpulan Maxwell tentang kelajuan terhingga perambatan gelombang elektromagnet adalah bercanggah dengan teori tindakan jarak jauh yang diterima pakai pada masa itu, di mana kelajuan perambatan medan elektrik dan magnet diandaikan tidak terhingga besar. Oleh itu, teori Maxwell dipanggil teori tindakan jarak dekat.
Gelombang sedemikian boleh merambat bukan sahaja dalam gas, cecair dan pepejal, tetapi juga dalam vakum.
Kelajuan gelombang elektromagnet dalam vakum c = 300000 km / s. Kelajuan perambatan gelombang elektromagnet dalam vakum adalah salah satu pemalar fizikal asas.
Penyebaran gelombang elektromagnet dalam dielektrik ialah penyerapan berterusan dan pancaran semula tenaga elektromagnet oleh elektron dan ion bahan, yang mengalami ayunan paksa dalam medan elektrik berselang-seli gelombang. Dalam kes ini, halaju gelombang berkurangan dalam dielektrik.
Gelombang elektromagnet membawa tenaga. Apabila gelombang merambat, aliran tenaga elektromagnet berlaku. Jika anda memilih kawasan S (Rajah 4), berorientasikan serenjang dengan arah perambatan gelombang, maka dalam masa yang singkat Дt tenaga ДWem akan mengalir melalui kawasan yang sama dengan
ДWem = (wэ + wm) хSДt.
Apabila melalui satu medium ke medium lain, frekuensi gelombang tidak berubah.
Gelombang elektromagnet boleh diserap oleh jirim. Ini disebabkan oleh penyerapan resonans tenaga oleh zarah bercas jirim. Jika frekuensi semula jadi ayunan zarah dielektrik sangat berbeza daripada frekuensi gelombang elektromagnet, penyerapan berlaku dengan lemah, dan medium menjadi telus kepada gelombang elektromagnet.
Mencapai antara muka antara dua media, sebahagian daripada gelombang dipantulkan, dan sebahagiannya melepasi medium lain, membias. Jika medium kedua adalah logam, maka gelombang yang telah melalui medium kedua dengan cepat mereput, dan kebanyakan tenaga (terutama untuk ayunan frekuensi rendah) dipantulkan ke dalam medium pertama (logam adalah legap kepada gelombang elektromagnet).
Merambat dalam media, gelombang elektromagnet, seperti mana-mana gelombang lain, boleh mengalami pembiasan dan pantulan pada antara muka antara media, serakan, penyerapan, gangguan; apabila merambat dalam media tidak homogen, pembelauan gelombang, penyerakan gelombang dan fenomena lain diperhatikan.
Dari teori Maxwell, ia mengikuti bahawa gelombang elektromagnet harus memberikan tekanan pada jasad penyerap atau pemantulan. Tekanan sinaran elektromagnet dijelaskan oleh fakta bahawa di bawah tindakan medan elektrik gelombang, arus lemah timbul dalam bahan, iaitu, pergerakan tertib zarah bercas. Arus ini digerakkan oleh daya Ampere dari sisi medan magnet gelombang, diarahkan ke ketebalan bahan. Daya ini mewujudkan tekanan yang terhasil. Biasanya tekanan sinaran elektromagnet boleh diabaikan. Sebagai contoh, tekanan sinaran suria yang tiba di Bumi pada permukaan yang menyerap sepenuhnya adalah kira-kira 5 μPa.
Eksperimen pertama untuk menentukan tekanan sinaran pada badan pemantulan dan penyerapan, yang mengesahkan kesimpulan teori Maxwell, telah dijalankan oleh ahli fizik terkemuka Universiti Moscow P.N. Lebedev pada tahun 1900. Penemuan kesan yang begitu kecil memerlukan daripadanya kepintaran dan kemahiran yang luar biasa dalam menubuhkan dan menjalankan eksperimen. Pada tahun 1900 dia dapat mengukur tekanan ringan pada pepejal, dan pada tahun 1910 - pada gas. Bahagian utama P.I. Untuk mengukur tekanan ringan, Lebedev terdiri daripada cakera ringan berdiameter 5 mm yang digantung oleh benang elastik (Rajah 5) di dalam bekas yang dikosongkan.
Rajah 5 - Eksperimen P.I. Lebedeva
Cakera itu dibuat daripada pelbagai logam dan boleh diganti semasa eksperimen. Cahaya dari arka elektrik yang kuat diarahkan ke cakera. Akibat pendedahan kepada cahaya pada cakera, filamen berpusing dan cakera terpesong. Keputusan eksperimen P.I. Lebedev sepenuhnya konsisten dengan teori elektromagnet Maxwell dan sangat penting untuk kelulusannya.
Kewujudan tekanan gelombang elektromagnet membolehkan kita membuat kesimpulan bahawa impuls mekanikal adalah wujud dalam medan elektromagnet.Hubungan antara jisim dan tenaga medan elektromagnet dalam isipadu unit adalah hukum alam sejagat. Menurut teori relativiti khas, ia adalah benar untuk mana-mana badan, tanpa mengira sifat dan struktur dalaman mereka.
Oleh kerana tekanan gelombang cahaya adalah sangat kecil, ia tidak memainkan peranan penting dalam fenomena yang kita hadapi dalam kehidupan seharian. Tetapi dalam ruang dan sistem mikroskopik yang bertentangan dalam skala, peranan kesan ini meningkat secara mendadak. Oleh itu, tarikan graviti lapisan luar jirim setiap bintang ke pusat diimbangi oleh daya, sumbangan penting yang dibuat oleh tekanan cahaya yang datang dari kedalaman bintang ke luar. Dalam mikrokosmos, tekanan cahaya menunjukkan dirinya, sebagai contoh, dalam fenomena kemunduran cahaya atom. Ia dialami oleh atom teruja apabila ia mengeluarkan cahaya.
Tekanan cahaya memainkan peranan penting dalam fenomena astrofizik, khususnya, dalam pembentukan ekor komet, bintang, dll. Tekanan cahaya mencapai nilai yang ketara pada titik fokus sinaran penjana cahaya kuantum berkuasa (laser). Oleh itu, tekanan sinaran laser tertumpu pada permukaan plat logam nipis boleh menyebabkan kerosakannya, iaitu, kepada penampilan lubang dalam plat. Oleh itu, medan elektromagnet mempunyai semua ciri badan bahan - tenaga, kelajuan perambatan terhingga, momentum, jisim. Ini menunjukkan bahawa medan elektromagnet adalah salah satu bentuk kewujudan jirim.
Penemuan gelombang elektromagnet adalah contoh luar biasa interaksi eksperimen dan teori. Ia menunjukkan bagaimana fizik telah menggabungkan sifat-sifat yang kelihatan sangat berbeza - elektrik dan kemagnetan, - mendedahkan di dalamnya sisi yang berbeza dari fenomena fizikal yang sama - interaksi elektromagnet. Hari ini ia adalah salah satu daripada empat interaksi fizikal asas yang diketahui, yang juga termasuk interaksi dan graviti nuklear yang kuat dan lemah. Teori interaksi elektrolemah telah pun dibina, yang, dari sudut pandangan bersatu, menerangkan kuasa nuklear elektromagnet dan lemah. Terdapat juga teori penyatuan berikut - kromodinamik kuantum - yang merangkumi interaksi elektrolemah dan kuat, tetapi ketepatannya agak rendah. Huraikan semua interaksi asas dari kedudukan bersatu masih belum berjaya, walaupun penyelidikan intensif sedang dijalankan ke arah ini dalam rangka bidang fizik seperti teori rentetan dan graviti kuantum.
Gelombang elektromagnet telah diramalkan secara teori oleh ahli fizik Inggeris yang hebat James Clark Maxwell (mungkin buat pertama kalinya pada tahun 1862 dalam karya "On physical lines of force", walaupun penerangan terperinci tentang teori itu diterbitkan pada tahun 1867). Dia dengan tekun dan dengan penuh hormat cuba menterjemahkan ke dalam bahasa matematik yang ketat gambar-gambar Michael Faraday yang sedikit naif yang menerangkan fenomena elektrik dan magnet, serta hasil saintis lain. Setelah memerintahkan semua fenomena elektrik dan magnet dengan cara yang sama, Maxwell menemui beberapa percanggahan dan kekurangan simetri. Mengikut undang-undang Faraday, medan magnet berselang-seli menghasilkan medan elektrik. Tetapi tidak diketahui sama ada medan elektrik berselang-seli adalah magnet. Maxwell berjaya menyingkirkan percanggahan dan memulihkan simetri medan elektrik dan magnet dengan memperkenalkan istilah tambahan ke dalam persamaan, yang menggambarkan kejadian medan magnet apabila medan elektrik diubah. Pada masa itu, terima kasih kepada eksperimen Oersted, sudah diketahui bahawa arus terus mencipta medan magnet yang berterusan di sekeliling konduktor. Istilah baru menggambarkan sumber medan magnet yang berbeza, tetapi ia boleh dibayangkan sebagai arus elektrik khayalan, yang dipanggil Maxwell. arus pincang, untuk membezakannya daripada arus biasa dalam konduktor dan elektrolit - arus pengaliran. Akibatnya, ternyata medan magnet berselang-seli menghasilkan medan elektrik, dan seli elektrik - magnet. Dan kemudian Maxwell menyedari bahawa dalam berkas sedemikian, medan elektrik dan magnet berayun boleh dipisahkan daripada konduktor yang menjananya dan bergerak melalui vakum dengan kelajuan tertentu tetapi sangat tinggi. Dia mengira kelajuan ini, dan ternyata kira-kira tiga ratus ribu kilometer sesaat.
Terkejut dengan keputusan ini, Maxwell menulis kepada William Thomson (Lord Kelvin, yang, khususnya, memperkenalkan skala suhu mutlak): "Kelajuan ayunan gelombang melintang dalam medium hipotesis kami, dikira daripada eksperimen elektromagnet Kohlrausch dan Weber, dengan tepat. bertepatan dengan kelajuan cahaya yang dikira daripada eksperimen optik Fizeau yang kita hampir tidak boleh menolak kesimpulan bahawa cahaya terdiri daripada getaran melintang medium yang sama yang menyebabkan fenomena elektrik dan magnet". Dan selanjutnya dalam surat itu: "Saya mendapat persamaan saya, tinggal di wilayah dan tidak mengetahui tentang kedekatan kelajuan penyebaran kesan magnet yang saya dapati dengan kelajuan cahaya, jadi saya fikir saya mempunyai sebab untuk mempertimbangkan media magnetik dan bercahaya sebagai satu medium yang sama ... "
Persamaan Maxwell jauh melangkaui skop kursus fizik sekolah, tetapi ia sangat cantik dan singkat sehingga ia harus diletakkan di tempat yang menonjol di pejabat fizik, kerana kebanyakan fenomena alam yang penting bagi manusia boleh digambarkan dengan hanya beberapa baris persamaan ini. Beginilah cara maklumat dimampatkan apabila fakta yang berbeza sebelum ini digabungkan. Berikut ialah salah satu jenis persamaan Maxwell dalam perwakilan pembezaan. kagumi.
Saya ingin menekankan bahawa dari pengiraan Maxwell, akibat yang tidak menggalakkan telah diperolehi: ayunan medan elektrik dan magnet adalah melintang (yang dia sendiri selalu tekankan). Dan getaran melintang merambat hanya dalam pepejal, tetapi tidak dalam cecair dan gas. Pada masa itu, ia boleh diukur dengan pasti bahawa kelajuan getaran melintang dalam pepejal (hanya kelajuan bunyi) semakin tinggi, secara kasarnya, semakin keras medium (semakin besar modulus Young dan semakin rendah ketumpatan) dan boleh mencapai beberapa kilometer. sesaat. Kelajuan gelombang elektromagnet melintang hampir seratus ribu kali lebih tinggi daripada kelajuan bunyi dalam pepejal. Dan perlu diperhatikan bahawa ciri ketegaran termasuk dalam persamaan kelajuan bunyi dalam pepejal di akar. Ternyata medium yang dilalui gelombang elektromagnet (dan cahaya) mempunyai ciri-ciri elastik yang dahsyat. Satu soalan yang sangat sukar timbul: "Bagaimanakah badan lain bergerak melalui medium yang kukuh dan tidak merasakannya?" Medium hipotesis dipanggil eter, mengaitkannya secara serentak aneh dan, secara amnya, sifat saling eksklusif - keanjalan yang sangat besar dan ringan yang luar biasa.
Kerja Maxwell menyebabkan kejutan di kalangan sarjana kontemporari. Faraday sendiri menulis dengan terkejut: "Pada mulanya saya berasa takut apabila saya melihat kuasa matematik sedemikian digunakan untuk soalan itu, tetapi kemudian saya terkejut melihat soalan itu mengendalikannya dengan baik." Walaupun fakta bahawa pandangan Maxwell membatalkan semua idea tentang penyebaran gelombang ricih dan gelombang yang diketahui umum pada masa itu, saintis yang bijak memahami bahawa kebetulan kelajuan cahaya dan gelombang elektromagnet adalah hasil asas, yang mengatakan bahawa ia ada di sini. bahawa fizik akan mempunyai kejayaan besar.
Malangnya, Maxwell meninggal dunia awal dan tidak hidup untuk melihat pengesahan eksperimen yang boleh dipercayai tentang pengiraannya. Pendapat saintifik antarabangsa berubah hasil daripada eksperimen Heinrich Hertz, yang 20 tahun kemudian (1886–89) menunjukkan penjanaan dan penerimaan gelombang elektromagnet dalam satu siri eksperimen. Hertz bukan sahaja memperoleh keputusan yang betul dalam keadaan makmal yang sunyi, tetapi dengan penuh semangat dan tanpa kompromi mempertahankan pandangan Maxwell. Selain itu, dia tidak menghadkan dirinya kepada bukti eksperimen tentang kewujudan gelombang elektromagnet, tetapi juga menyiasat sifat asasnya (pantulan dari cermin, pembiasan dalam prisma, pembelauan, gangguan, dll.), menunjukkan identiti lengkap gelombang elektromagnet dengan cahaya.
Adalah aneh bahawa tujuh tahun sebelum Hertz, pada tahun 1879, ahli fizik Inggeris David Edward Hughes (Hughes - DE Hughes) juga menunjukkan kepada saintis terkemuka lain (antaranya juga ahli fizik dan matematik yang cemerlang Georg-Gabriel Stokes) kesan pembiakan gelombang elektromagnet di udara. Hasil daripada perbincangan, saintis membuat kesimpulan bahawa mereka melihat fenomena aruhan elektromagnet Faraday. Hughes kecewa, tidak percaya dirinya dan menerbitkan hasilnya hanya pada tahun 1899, apabila teori Maxwell-Hertz diterima umum. Contoh ini mengatakan bahawa dalam sains, penyebaran berterusan dan promosi hasil yang diperoleh selalunya tidak kurang pentingnya daripada hasil saintifik itu sendiri.
Heinrich Hertz merumuskan hasil eksperimennya: "Eksperimen yang diterangkan, sebagai, sekurang-kurangnya, nampaknya saya, menghapuskan keraguan tentang identiti cahaya, sinaran haba dan gerakan gelombang elektrodinamik."
Bab 1
PARAMETER ASAS GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK
Adalah mudah untuk membayangkan gelombang elektromagnet menggunakan contoh berikut. Jika anda membaling batu kerikil di permukaan air, maka ombak yang menyimpang dalam bulatan terbentuk di permukaan. Mereka bergerak dari sumber asalnya (gangguan) dengan kelajuan tertentu penyebaran. Bagi gelombang elektromagnet, gangguan ialah medan elektrik dan magnet yang bergerak di angkasa. Medan elektromagnet yang berubah-ubah masa semestinya menyebabkan kemunculan medan magnet berselang-seli, dan sebaliknya. Bidang-bidang ini saling berkaitan.
Sumber utama spektrum gelombang elektromagnet ialah bintang Matahari. Sebahagian daripada spektrum gelombang elektromagnet boleh dilihat oleh mata manusia. Spektrum ini terletak dalam 380 ... 780 nm (Rajah 1.1). Dalam spektrum yang boleh dilihat, mata melihat cahaya dengan cara yang berbeza. Getaran elektromagnet dengan panjang gelombang yang berbeza menghasilkan sensasi cahaya dengan warna yang berbeza.
Sebahagian daripada spektrum gelombang elektromagnet digunakan untuk gantung radio-televisyen dan tujuan komunikasi. Sumber gelombang elektromagnet ialah wayar (antena) di mana cas elektrik berayun. Proses pembentukan medan, yang bermula berhampiran wayar, secara beransur-ansur, titik demi titik, menangkap seluruh ruang. Semakin tinggi frekuensi arus ulang-alik yang melalui wayar dan menghasilkan medan elektrik atau magnet, semakin kuat gelombang radio dengan panjang tertentu yang dihasilkan oleh wayar.
Gelombang elektromagnet mempunyai ciri-ciri utama berikut.
1. Panjang gelombang lw, ialah jarak terpendek antara dua titik di angkasa, di mana fasa gelombang elektromagnet harmonik berubah sebanyak 360 °. Fasa ialah keadaan (peringkat) proses berkala (Rajah 1.2).
Dalam televisyen terestrial tergantung, meter (MB) dan gelombang desimeter (UHF) digunakan, dalam satelit - gelombang sentimeter (CM). Apabila julat frekuensi CM diisi, julat gelombang milimeter (Ka-band) akan dikuasai.
2. Tempoh ayunan gelombang T- masa di mana satu perubahan lengkap dalam kekuatan medan berlaku, iaitu, masa di mana titik gelombang radio, yang mempunyai beberapa fasa tetap, melalui laluan yang sama dengan panjang gelombang lw.
3. Kekerapan ayunan medan elektromagnet F(bilangan ayunan medan sesaat) ditentukan oleh formula
Unit ukuran untuk frekuensi ialah hertz (Hz), frekuensi di mana satu ayunan sesaat berlaku. Dalam penyiaran satelit, seseorang perlu berurusan dengan frekuensi gelombang elektromagnet yang sangat tinggi, diukur dalam gigahertz.
Untuk penyiaran televisyen terus satelit (STTV) melalui talian Cosmos - Earth, julat rendah C-band dan sebahagian daripada julat Ku (10.7 ... 12.75 GGi) digunakan. Bahagian atas julat ini digunakan untuk menghantar maklumat melalui talian Bumi-Angkasa (Jadual 1.1).
4. Kelajuan perambatan gelombang DENGAN - kelajuan perambatan berurutan gelombang daripada sumber tenaga (antena).
Kelajuan perambatan gelombang radio dalam ruang bebas (vakum) adalah malar dan sama dengan kelajuan cahaya C = 300,000 km / s. Walaupun begitu laju, gelombang elektromagnet di sepanjang garisan Bumi - Angkasa - Bumi menyapu dalam 0.24 s. Di lapangan, siaran radio dan televisyen boleh diterima hampir serta-merta di mana-mana sahaja. Apabila merambat di ruang nyata, contohnya, di udara, kelajuan gelombang radio bergantung pada sifat medium, ia biasanya kurang DENGAN dengan nilai indeks biasan medium.
Kekerapan gelombang elektromagnet F, kelajuan perambatannya C dan panjang gelombang l dikaitkan dengan hubungan
lv = C / F, dan sejak F = 1 / T, maka lv = C * T.
Menggantikan nilai kelajuan C = 300,000 km / s ke dalam formula terakhir, kita perolehi
lv (m) = 3 * 10 ^ 8 / F (m / s * 1 / Hz)
Untuk nilai frekuensi yang besar, panjang gelombang ayunan elektromagnet boleh ditentukan dengan formula lw (m) = 300 / F (MHz) Mengetahui panjang gelombang ayunan elektromagnet, frekuensi ditentukan oleh formula F (MHz) = 300 / lw (m)
5. Polarisasi gelombang radio. Komponen elektrik dan magnet medan elektromagnet, masing-masing, dicirikan oleh vektor E dan H, yang menunjukkan nilai kekuatan medan dan hala tujunya. Polarisasi ialah orientasi vektor medan elektrik E gelombang relatif kepada permukaan bumi (Rajah 1.2).
Jenis polarisasi gelombang radio ditentukan oleh orientasi (kedudukan) antena pemancar berbanding dengan permukaan bumi. Kedua-dua televisyen terestrial dan satelit menggunakan polarisasi linear, iaitu mendatar N dan menegak V (rajah 1.3).
Gelombang radio dengan vektor medan elektrik mendatar dipanggil terpolarisasi mendatar, dan gelombang yang menegak dipanggil terpolarisasi menegak. Satah polarisasi untuk gelombang terakhir adalah menegak, dan vektor N(lihat Rajah 1.2) berada dalam satah mengufuk.
Jika antena pemancar dipasang secara melintang di atas permukaan bumi, maka garisan medan elektrik medan juga akan terletak secara mendatar. Dalam kes ini, medan akan mendorong daya gerak elektrik (EMF) terbesar dalam kebakaran
Rajah 1.4. Polarisasi pekeliling gelombang radio:
LZ- dibiarkan; RZ- betul
antena penerima umbilik. Oleh itu, untuk N polarisasi gelombang radio, antena penerima mesti berorientasikan secara mendatar. Dalam kes ini, secara teorinya tiada penerimaan gelombang radio pada antena yang terletak secara menegak, kerana EMF teraruh dalam antena adalah sifar. Dan sebaliknya, dengan kedudukan menegak antena pemancar, antena penerima juga mesti diposisikan secara menegak, yang akan memungkinkan untuk mendapatkan EMF tertinggi di dalamnya.
Dalam penyiaran televisyen dari satelit bumi buatan (AES), sebagai tambahan kepada polarisasi linear, polarisasi bulat digunakan secara meluas. Walaupun kelihatan aneh, ini disebabkan oleh kesesakan udara, kerana terdapat sejumlah besar satelit komunikasi dan satelit penyiaran televisyen langsung (langsung) di orbit.
Selalunya dalam jadual parameter satelit mereka memberikan singkatan untuk jenis polarisasi bulat - L dan R. Polarisasi bulat gelombang radio dicipta, sebagai contoh, oleh lingkaran kon pada suapan antena pemancar. Bergantung pada arah penggulungan lingkaran, polarisasi bulatan menjadi kiri atau kanan (Rajah 1.4).
Sehubungan itu, polarizer mesti dipasang dalam suapan antena televisyen satelit terestrial, yang bertindak balas kepada polarisasi bulat gelombang radio yang dipancarkan oleh antena pemancar satelit.
Mari kita pertimbangkan isu modulasi ayunan frekuensi tinggi dan spektrumnya semasa penghantaran dari satelit. Adalah dinasihatkan untuk melakukan ini berbanding dengan sistem penyiaran terestrial.
Jarak antara imej dan frekuensi pembawa bunyi ialah 6.5 MHz, baki jalur sisi bawah (di sebelah kiri pembawa imej) ialah 1.25 MHz, dan lebar saluran bunyi ialah 0.5 MHz.
(rajah 1.5). Dengan mengambil kira perkara ini, jumlah lebar saluran televisyen adalah 8.0 MHz (mengikut piawaian D dan K yang diterima pakai di negara-negara CIS).
Stesen televisyen pemancar mempunyai dua pemancar. Salah satu daripadanya menghantar isyarat imej elektrik, dan yang lain menghantar bunyi, masing-masing, pada frekuensi pembawa yang berbeza. Perubahan dalam beberapa parameter ayunan frekuensi tinggi pembawa (kuasa, frekuensi, fasa, dll.) di bawah pengaruh ayunan frekuensi rendah dipanggil modulasi. Terdapat dua jenis modulasi utama yang digunakan: amplitud (AM) dan frekuensi (FM). Dalam televisyen, isyarat gambar dihantar dari AM, dan isyarat bunyi dihantar dari FM. Selepas modulasi, getaran elektrik dikuatkan dalam kuasa, kemudian memasuki antena pemancar dan memancarkannya ke angkasa (eter) dalam bentuk gelombang radio.
8 penyiaran televisyen terestrial, atas beberapa sebab, adalah mustahil untuk menggunakan FM untuk menghantar isyarat imej. Terdapat lebih banyak ruang udara di SM, dan peluang sedemikian wujud. Akibatnya, saluran satelit (transponder) menduduki jalur frekuensi 27 MHz.
Faedah modulasi frekuensi isyarat subcarrier:
kurang kepekaan terhadap gangguan dan hingar berbanding dengan AM, kepekaan rendah kepada ketidaklinearan ciri dinamik saluran penghantaran isyarat, serta kestabilan penghantaran pada jarak jauh. Ciri-ciri ini dijelaskan oleh keteguhan tahap isyarat dalam saluran penghantaran, kemungkinan pembetulan frekuensi pradistorsi, yang mempengaruhi nisbah isyarat-ke-bunyi, yang mana FM dapat mengurangkan kuasa pemancar dengan ketara apabila menghantar maklumat pada jarak yang sama. Sebagai contoh, sistem penyiaran darat menggunakan pemancar 5 kali lebih kuat untuk menghantar isyarat imej ke stesen televisyen yang sama daripada menghantar isyarat audio.
Sinaran elektromagnet wujud selagi Alam Semesta kita hidup. Ia memainkan peranan penting dalam evolusi kehidupan di Bumi. Sebenarnya, ini adalah gangguan keadaan medan elektromagnet yang merambat di angkasa.
Ciri-ciri sinaran elektromagnet
Sebarang gelombang elektromagnet diterangkan menggunakan tiga ciri.
1. Kekerapan.
2. Polarisasi.
Polarisasi Merupakan salah satu atribut gelombang utama. Menerangkan anisotropi melintang bagi gelombang elektromagnet. Sinaran dianggap terkutub apabila semua ayunan gelombang berlaku dalam satu satah.
Fenomena ini digunakan secara aktif dalam amalan. Contohnya, di pawagam apabila menayangkan filem 3D.
Menggunakan polarisasi, cermin mata IMAX memisahkan imej yang bertujuan untuk mata yang berbeza. 
Kekerapan- bilangan puncak gelombang yang melalui pemerhati (dalam kes ini, pengesan) dalam satu saat. Diukur dalam hertz.
Panjang gelombang- jarak tertentu antara titik sinaran elektromagnet terdekat, ayunan yang berlaku dalam fasa yang sama.
Sinaran elektromagnet boleh merebak di hampir mana-mana persekitaran: daripada bahan tumpat kepada vakum.
Kelajuan perambatan dalam vakum ialah 300 ribu km sesaat.
Untuk video menarik tentang sifat dan sifat gelombang EM, lihat video di bawah:
Jenis-jenis gelombang elektromagnet
Semua sinaran elektromagnet dibahagikan dengan kekerapan. 
1. Gelombang radio. Mereka pendek, ultra-pendek, lebih panjang, panjang, sederhana.
Panjang gelombang radio berjulat dari 10 km hingga 1 mm, dan dari 30 kHz hingga 300 GHz.
Sumber mereka boleh menjadi kedua-dua aktiviti manusia dan pelbagai fenomena atmosfera semula jadi.
2. . Panjang gelombang berada dalam julat 1mm - 780nm, dan boleh mencapai sehingga 429 THz. Sinaran inframerah juga dipanggil sinaran haba. Asas semua kehidupan di planet kita.
3. Cahaya nampak. Panjang 400 - 760 / 780nm. Oleh itu, ia turun naik dalam 790-385 THz. Ini termasuk keseluruhan spektrum sinaran yang boleh dilihat dengan mata manusia.
4. . Panjang gelombang lebih pendek daripada sinaran inframerah.
Boleh naik sehingga 10 nm. gelombang sedemikian adalah sangat besar - kira-kira 3x10 ^ 16 Hz.
5. X-ray... gelombang 6x10 ^ 19 Hz, dan panjang urutan 10 nm - 5 petang.
6. Gelombang gama. Ini termasuk sebarang sinaran yang lebih besar daripada sinar-X, dan panjangnya kurang. Sumber gelombang elektromagnet tersebut adalah kosmik, proses nuklear.
Skop permohonan
Di suatu tempat sejak akhir abad ke-19, semua kemajuan manusia telah dikaitkan dengan aplikasi praktikal gelombang elektromagnet.
Perkara pertama yang patut disebut ialah komunikasi radio. Dia membolehkan orang ramai berkomunikasi, walaupun mereka berjauhan antara satu sama lain.
Penyiaran satelit, telekomunikasi adalah pembangunan lanjut komunikasi radio primitif.
Teknologi inilah yang telah membentuk imej maklumat masyarakat moden.
Sumber sinaran elektromagnet harus dipertimbangkan kedua-dua kemudahan industri besar dan pelbagai talian kuasa.
Gelombang elektromagnet digunakan secara aktif dalam urusan ketenteraan (radar, peranti elektrik yang kompleks). Juga, ubat tidak dilakukan tanpa penggunaannya. Sinaran inframerah boleh digunakan untuk merawat pelbagai penyakit.
X-ray boleh membantu mengenal pasti kerosakan pada tisu dalaman seseorang.
Dengan bantuan laser, beberapa operasi dilakukan yang memerlukan ketepatan perhiasan. 
Kepentingan sinaran elektromagnet dalam kehidupan praktikal seseorang hampir tidak boleh dianggarkan terlalu tinggi.
Video Soviet tentang medan elektromagnet:
Kesan negatif yang berpotensi kepada manusia
Walaupun berguna, sumber sinaran elektromagnet yang kuat boleh menyebabkan gejala seperti:
Keletihan;
sakit kepala;
Loya.
Pendedahan berlebihan kepada jenis gelombang tertentu menyebabkan kerosakan pada organ dalaman, sistem saraf pusat dan otak. Perubahan dalam jiwa manusia adalah mungkin.
Pandangan yang menarik tentang kesan gelombang EM pada manusia:
Untuk mengelakkan akibat sedemikian, hampir semua negara di dunia mempunyai piawaian yang mengawal keselamatan elektromagnet. Setiap jenis sinaran mempunyai dokumen kawal selianya sendiri (standard kebersihan, piawaian keselamatan sinaran). Pengaruh gelombang elektromagnet pada manusia tidak difahami sepenuhnya, oleh itu WHO mengesyorkan meminimumkan pendedahan mereka.
Memuatkan...