Descărcați din Depositfiles
3.2.2 Propagarea undelor electromagnetice
Dintre câmpurile electromagnetice în general, generate de sarcinile electrice și de mișcarea acestora, se obișnuiește să se facă referire la radiația în sine ca acea parte a câmpurilor electromagnetice alternante care este capabilă să se propagă cel mai departe de sursele sale - sarcinile în mișcare, care se degradează cel mai lent cu distanța. Această radiație se numește unde electromagnetice.
Undele electromagnetice sunt capabile să se propagă în aproape toate mediile. În vid (un spațiu liber de materie și corpuri care absorb sau emit unde electromagnetice), undele electromagnetice se propagă fără amortizare la distanțe arbitrar mari, dar în unele cazuri se propagă destul de bine în spațiul plin cu materie (modificându-și ușor comportamentul).
Pentru măsurarea distanțelor se folosesc unde electromagnetice din aproape toate intervalele indicate în tabel. 3.1, cu excepția radiațiilor ultraviolete în domeniul optic, a undelor radio scurte și a radiațiilor ionizante.
Când se măsoară distanțe folosind unde electromagnetice, atât raza cât și precizia sunt puternic influențate de condițiile de propagare. Acesta este înțeles ca un întreg complex de factori: proprietățile undelor în sine, natura suprafeței subiacente, ora din zi, condițiile meteorologice ale atmosferei etc.
Undele luminoase și undele VHF se propagă în linie aproape dreaptă.
Difracţie undele centimetrice utilizate în telemetrele radio și sistemele VHF sunt atât de mici încât nu duc la îndoirea în jurul suprafeței Pământului. O astfel de îndoire într-o mică măsură există numai datorită refracţie .
(Difracţie - acesta este fenomenul de abatere de la legile opticii geometrice în timpul propagării undelor. În special, aceasta este o abatere de la rectitudinea propagării fasciculului de lumină. Refracţie sau refracţie Este o modificare a direcției de propagare a radiației electromagnetice care are loc la interfața dintre două medii transparente pentru aceste unde sau în cea mai mare parte a unui mediu cu proprietăți în continuă schimbare).
Gama maximă a sistemelor VHF este limitată de limite linia de vedere
... Limitele liniei de vedere pe suprafața fizică a Pământului depind de cota antenelor și de teren. Dacă luăm în considerare doar curbura unui Pământ sferic (fără relief) și neglijăm refracția, atunci distanța limită a liniei de vedere dintre două puncte este determinată de înălțimile punctelor. 
și 
in felul urmator:
unde se exprimă în kilometri și înălțimile în metri.
Ținând cont de curbura de refracție a traiectoriei (cu refracție normală), coeficientul 3,57 în ecuația (3,29) este înlocuit cu 4,12 pentru undele radio, și 3,83 pentru undele optice, i.e. refracția crește distanța de vizibilitate cu aproximativ 15% pentru undele radio și cu 7% pentru undele optice.
Dacă, de exemplu, telemetrul și antenele reflectorului sunt montate pe un trepied obișnuit din lemn, de exemplu. 
, atunci distanța directă calculată prin formula (3.29) va fi 
... Dacă antenele sunt ridicate la o înălțime 
, atunci distanța din linia de vedere va fi 
.
Pentru undele optice, pe lângă linia directă de vedere, prezența vizibilitate optică (transparență) .
Propagarea undelor radio lungi și medii are caracteristici specifice. Cea mai semnificativă caracteristică este reflectarea din straturile superioare, puternic ionizate ale atmosferei, situate la înălțimi de peste 60 km.
Aceasta duce la faptul că nu numai o undă directă care se propagă de-a lungul suprafeței Pământului (undă de suprafață), ci și o undă reflectată din ionosferă, așa-numita undă spațială (Fig. 3.11), poate ajunge la punctul de recepție. În zona în care undele de suprafață și cele spațiale se întâlnesc, apare interferența acestora, din cauza căreia unda de suprafață care transmite semnalul util primește distorsiuni în amplitudine și fază, iar dacă echipamentul de recepție se află într-o astfel de zonă, măsurătorile pot fi foarte dificile, și adesea imposibil.
O undă spațială reflectată din ionosferă se poate propaga pe distanțe mult mai mari decât o undă de suprafață, pentru care forma Pământului cu relieful său creează obstacole. Datorită difracției, aceste obstacole pot fi îndoite de unda de suprafață, iar intervalul de propagare a acesteia depinde de proprietățile de absorbție ale suprafeței pământului. Pentru valul cerului, acesta este, de asemenea, parțial absorbit de ionosferă și de suprafața pământului cu reflexii multiple din straturile ionosferice. Absorbția de către suprafața pământului depinde de lungimea de undă, de polarizare și de caracteristicile electrice ale suprafeței specifice subiacente.
Proprietatea de propagare pe distanță lungă a unui val de cer cu reflexii multiple din ionosferă este utilizată cu succes în comunicațiile radio, radiodifuziune și navigația radio pe distanțe lungi. dar în scopuri geodezice radio utilizarea unui val de cer imposibil, întrucât geometria trecerii sale nu este supusă unei contabilități stricte. Prin urmare pentru pentru măsurători precise, trebuie utilizată numai unda de suprafață .
Bazat pe cele de mai sus, în scopul măsurătorilor geodezice, sunt adecvate numai undele din gama optică și VHF .
Telemetrele geodezice din domeniul de lungimi de undă optice sunt utilizate în principal pentru măsurarea distanțelor de până la 10 km.
Telemetrele radio geodezice sunt folosite pentru a măsura distanțe de ordinul a câteva zeci de kilometri.
Cu toate acestea, în prezent, aproape toți producătorii de telemetrie geodezice au încetat să mai producă telemetrie radio și și-au concentrat eforturile pe telemetrie optice sau pe stații totale electronice, din care telemetrul este parte integrantă. Această situație se explică prin faptul că, în practica lucrărilor geodezice, tehnologiile furnizate de sistemele globale de navigație prin satelit s-au răspândit, datorită cărora a devenit posibilă determinarea cu precizie a coordonatelor punctelor de pe suprafața pământului. Dar tocmai pentru această sarcină au fost concepute telemetrul radio. Distanța dintre punctele măsurate cu ajutorul telemetrului radio a fost apoi utilizată pentru a calcula coordonatele punctului de determinat. Utilizarea receptoarelor GNSS face posibilă excluderea operației intermediare de măsurare a distanței dintre puncte și obținerea imediată a coordonatelor punctului care se determină.
Undele electromagnetice sunt propagarea câmpurilor electromagnetice în spațiu și timp.
După cum sa menționat mai sus, existența undelor electromagnetice a fost prezisă teoretic de marele fizician englez J. Maxwell în 1864. El a analizat toate legile electrodinamicii cunoscute în acel moment și a încercat să le aplice câmpurilor electrice și magnetice care variază în timp. El a introdus conceptul de câmp electric vortex în fizică și a propus o nouă interpretare a legii inducției electromagnetice descoperită de Faraday în 1831: orice modificare a câmpului magnetic generează un câmp electric vortex în spațiul înconjurător, ale cărui linii de forță. sunt inchise.
El a prezentat o ipoteză despre existența procesului invers: un câmp electric care variază în timp generează un câmp magnetic în spațiul înconjurător. Maxwell a fost primul care a descris dinamica unei noi forme de materie - câmpul electromagnetic și a derivat un sistem de ecuații (ecuațiile lui Maxwell), conectând caracteristicile câmpului electromagnetic cu sursele sale - sarcini electrice și curenți. Într-o undă electromagnetică au loc transformări reciproce ale câmpurilor electrice și magnetice. Fig. 2 a, b ilustrează transformarea reciprocă a câmpurilor electrice și magnetice.
Figura 2 - Transformarea reciprocă a câmpurilor electrice și magnetice: a) Legea inducției electromagnetice în interpretarea lui Maxwell; b) Ipoteza lui Maxwell. Un câmp electric în schimbare generează un câmp magnetic
Împărțirea câmpului electromagnetic în electric și magnetic depinde de alegerea cadrului de referință. Într-adevăr, în jurul sarcinilor care se află într-un cadru de referință, există doar un câmp electric; totuși, aceleași sarcini se vor deplasa față de un alt cadru de referință și vor genera în acest cadru de referință, pe lângă cel electric, și un câmp magnetic. Astfel, teoria lui Maxwell a legat între ele fenomenele electrice și magnetice.
Dacă excitați un câmp electric sau magnetic alternant cu ajutorul sarcinilor oscilante, atunci în spațiul înconjurător apare o succesiune de transformări reciproce ale câmpurilor electrice și magnetice, care se propagă din punct în punct. Ambele câmpuri sunt vortex, iar vectorii și sunt localizați în planuri reciproc perpendiculare. Procesul de propagare a unui câmp electromagnetic este prezentat schematic în Fig. 3. Acest proces, care este periodic în timp și spațiu, este o undă electromagnetică.
Figura 3 - Procesul de propagare a unui câmp electromagnetic
Această ipoteză a fost doar o presupunere teoretică care nu a avut confirmare experimentală, totuși, pe baza ei, Maxwell a reușit să scrie un sistem consistent de ecuații care descriu transformările reciproce ale câmpurilor electrice și magnetice, adică sistemul de ecuații ale electromagnetice. camp.
Deci, din teoria lui Maxwell rezultă o serie de concluzii importante - proprietățile de bază ale undelor electromagnetice.
Există unde electromagnetice, adică un câmp electromagnetic care se propagă în spațiu și timp.
În natură, fenomenele electrice și magnetice acționează ca două părți ale unui singur proces.
Undele electromagnetice sunt emise de sarcini oscilante. Prezența accelerației este condiția principală pentru emisia undelor electromagnetice, adică.
- - orice modificare a câmpului magnetic creează un câmp electric vortex în spațiul înconjurător (Fig. 2a).
- - orice modificare a câmpului electric excită un câmp magnetic vortex în spațiul înconjurător, ale cărui linii de inducție sunt situate într-un plan perpendicular pe liniile de intensitate ale câmpului electric alternativ și le acoperă (Fig. 2b).
Liniile de inducție ale câmpului magnetic emergent formează un „șurub drept” cu vectorul. Undele electromagnetice sunt transversale - vectori și sunt perpendiculare între ele și se află într-un plan perpendicular pe direcția de propagare a undelor (Fig. 4).
Figura 4 - Unde electromagnetice transversale
Modificările periodice ale câmpului electric (vectorul forței E) generează un câmp magnetic în schimbare (vectorul de inducție B), care, la rândul său, generează un câmp electric în schimbare. Oscilațiile vectorilor E și B apar în planuri reciproc perpendiculare și perpendiculare pe linia de propagare a undei (vector viteză) și coincid în fază în orice punct. Liniile de forță ale câmpurilor electrice și magnetice dintr-o undă electromagnetică sunt închise. Astfel de câmpuri sunt numite vortex.
Undele electromagnetice se propagă în materie cu o viteză finită, iar acest lucru a confirmat încă o dată validitatea teoriei acțiunii cu rază scurtă de acțiune.
Concluzia lui Maxwell despre viteza finită de propagare a undelor electromagnetice era în contradicție cu teoria acțiunii pe distanță lungă acceptată la acea vreme, în care viteza de propagare a câmpurilor electrice și magnetice se presupunea a fi infinit de mare. Prin urmare, teoria lui Maxwell se numește teoria acțiunii cu rază scurtă de acțiune.
Astfel de unde se pot propaga nu numai în gaze, lichide și solide, ci și în vid.
Viteza undelor electromagnetice în vid c = 300000 km/s. Viteza de propagare a undelor electromagnetice în vid este una dintre constantele fizice fundamentale.
Propagarea unei unde electromagnetice într-un dielectric este o absorbție și reemitere continuă a energiei electromagnetice de către electroni și ionii substanței, care suferă oscilații forțate în câmpul electric alternativ al undei. În acest caz, viteza undei scade în dielectric.
Undele electromagnetice transportă energie. Când undele se propagă, are loc un flux de energie electromagnetică. Dacă selectați zona S (Fig. 4), orientată perpendicular pe direcția de propagare a undei, atunci în scurt timp Дt energia ДWem va curge prin zonă, egală cu
ДWem = (wэ + wм) хSДt.
La trecerea de la un mediu la altul, frecvența undei nu se modifică.
Undele electromagnetice pot fi absorbite de materie. Acest lucru se datorează absorbției rezonante a energiei de către particulele încărcate de materie. Dacă frecvența naturală a oscilațiilor particulelor dielectrice diferă mult de frecvența undei electromagnetice, absorbția are loc slab, iar mediul devine transparent la unda electromagnetică.
Ajungând la interfața dintre două medii, o parte din undă este reflectată, iar o parte trece într-un alt mediu, refractând. Dacă al doilea mediu este un metal, atunci unda care a trecut în al doilea mediu se descompune rapid și cea mai mare parte a energiei (în special pentru oscilațiile de joasă frecvență) este reflectată în primul mediu (metalele sunt opace la undele electromagnetice).
Propagandu-se in medii, undele electromagnetice, ca orice alte unde, pot experimenta refractie si reflexie la interfata dintre medii, dispersie, absorbtie, interferenta; la propagarea în medii neomogene se observă difracția undelor, împrăștierea undelor și alte fenomene.
Din teoria lui Maxwell rezultă că undele electromagnetice ar trebui să exercite presiune asupra unui corp care absorb sau reflectă. Presiunea radiației electromagnetice se explică prin faptul că, sub acțiunea câmpului electric al undei, în substanță apar curenți slabi, adică mișcarea ordonată a particulelor încărcate. Acești curenți sunt afectați de forța Amperi din partea câmpului magnetic al undei, direcționată în grosimea substanței. Această forță creează presiunea rezultată. De obicei, presiunea radiației electromagnetice este neglijabilă. Deci, de exemplu, presiunea radiației solare care vine pe Pământ pe o suprafață absolut absorbantă este de aproximativ 5 μPa.
Primele experimente pentru a determina presiunea radiației asupra corpurilor reflectorizante și absorbante, care au confirmat concluzia teoriei lui Maxwell, au fost efectuate de remarcabilul fizician al Universității din Moscova P.N. Lebedev în 1900. Descoperirea unui efect atât de mic a necesitat de la el o ingeniozitate și o pricepere extraordinare în înființarea și realizarea unui experiment. În 1900 a putut măsura presiunea ușoară pe solide, iar în 1910 - pe gaze. Partea principală a P.I. Pentru a măsura presiunea uşoară, Lebedev a fost alcătuit din discuri uşoare de 5 mm diametru suspendate de un fir elastic (Fig. 5) în interiorul unui vas evacuat.
Figura 5 - Experimentul P.I. Lebedeva
Discurile au fost fabricate dintr-o varietate de metale și puteau fi înlocuite în timpul experimentelor. Lumina dintr-un arc electric puternic a fost direcționată către discuri. Ca urmare a expunerii la lumină pe discuri, filamentul s-a răsucit și discurile au fost deviate. Rezultatele experimentelor lui P.I. Lebedev au fost pe deplin în concordanță cu teoria electromagnetică a lui Maxwell și au fost de mare importanță pentru aprobarea acesteia.
Existența presiunii undelor electromagnetice ne permite să concluzionam că un impuls mecanic este inerent câmpului electromagnetic.Această relație dintre masa și energia câmpului electromagnetic într-o unitate de volum este o lege universală a naturii. Conform teoriei relativității speciale, este valabil pentru orice corp, indiferent de natura și structura lor internă.
Deoarece presiunea undei luminoase este foarte mică, aceasta nu joacă un rol semnificativ în fenomenele pe care le întâlnim în viața de zi cu zi. Dar în spațiu și sisteme microscopice de scări opuse, rolul acestui efect crește brusc. Astfel, atracția gravitațională a straturilor exterioare de materie ale fiecărei stele spre centru este echilibrată de o forță, la care o contribuție semnificativă o aduce presiunea luminii care vine din adâncurile stelei spre exterior. În microcosmos, presiunea luminii se manifestă, de exemplu, în fenomenul de recul luminii al unui atom. Este experimentat de un atom excitat atunci când emite lumină.
Presiunea ușoară joacă un rol semnificativ în fenomenele astrofizice, în special în formarea cozilor cometare, a stelelor etc. Presiunea luminii atinge o valoare semnificativă în punctele de focalizare ale radiației generatoarelor cuantice de lumină puternice (lasere). Astfel, presiunea radiației laser focalizate pe suprafața unei plăci subțiri de metal poate duce la descompunerea acesteia, adică la apariția unei găuri în placă. Astfel, câmpul electromagnetic are toate caracteristicile corpurilor materiale - energie, viteză finită de propagare, impuls, masă. Acest lucru sugerează că câmpul electromagnetic este una dintre formele de existență a materiei.
Descoperirea undelor electromagnetice este un exemplu remarcabil al interacțiunii dintre experiment și teorie. Arată cum fizica a combinat proprietăți aparent complet diferite - electricitatea și magnetismul - dezvăluind în ele părți diferite ale aceluiași fenomen fizic - interacțiunea electromagnetică. Astăzi este una dintre cele patru interacțiuni fizice fundamentale cunoscute, care includ, de asemenea, interacțiuni nucleare puternice și slabe și gravitație. A fost deja construită teoria interacțiunii electroslabe, care, dintr-un punct de vedere unificat, descrie forțele electromagnetice și nucleare slabe. Există, de asemenea, următoarea teorie unificatoare - cromodinamica cuantică - care acoperă interacțiunile electroslabe și puternice, dar precizia ei este oarecum mai mică. Descrie toate interacțiunile fundamentale dintr-o poziție unificată nu au avut încă succes, deși se desfășoară cercetări intensive în această direcție în cadrul unor domenii ale fizicii precum teoria corzilor și gravitația cuantică.
Undele electromagnetice au fost prezise teoretic de marele fizician englez James Clark Maxwell (probabil pentru prima dată în 1862 în lucrarea „On physical lines of force”, deși o descriere detaliată a teoriei a fost publicată în 1867). El a încercat cu sârguință și cu mult respect să traducă într-un limbaj matematic strict imaginile ușor naive ale lui Michael Faraday descriind fenomene electrice și magnetice, precum și rezultatele altor oameni de știință. După ce a ordonat toate fenomenele electrice și magnetice în același mod, Maxwell a descoperit o serie de contradicții și o lipsă de simetrie. Conform legii lui Faraday, câmpurile magnetice alternative generează câmpuri electrice. Dar nu se știa dacă câmpurile electrice alternative sunt magnetice. Maxwell a reușit să scape de contradicție și să restabilească simetria câmpurilor electrice și magnetice prin introducerea unui termen suplimentar în ecuații, care descria apariția unui câmp magnetic atunci când câmpul electric a fost modificat. Până în acel moment, datorită experimentelor lui Oersted, se știa deja că curentul continuu creează un câmp magnetic constant în jurul conductorului. Noul termen descrie o sursă diferită a câmpului magnetic, dar ar putea fi imaginat ca un curent electric imaginar, pe care Maxwell l-a numit curent de polarizare pentru a-l deosebi de curentul obișnuit în conductori și electroliți - curentul de conducere. Ca rezultat, s-a dovedit că câmpurile magnetice alternative generează câmpuri electrice, iar cele electrice alternative - magnetice. Și atunci Maxwell și-a dat seama că într-un astfel de mănunchi, câmpurile electrice și magnetice oscilante pot fi desprinse din conductorii care le generează și se deplasează prin vid cu o anumită, dar foarte mare viteză. El a calculat această viteză și s-a dovedit a fi de aproximativ trei sute de mii de kilometri pe secundă.
Șocat de acest rezultat, Maxwell îi scrie lui William Thomson (Lord Kelvin, care, în special, a introdus o scară de temperatură absolută): „Viteza oscilațiilor undelor transversale în mediul nostru ipotetic, calculată din experimentele electromagnetice ale lui Kohlrausch și Weber, deci exact. coincide cu viteza luminii calculata din experimentele optice ale lui Fizeau si cu greu putem refuza concluzia ca lumina este formată din vibrații transversale ale aceluiași mediu care provoacă fenomene electrice și magnetice". Și mai departe în scrisoare: „Am primit ecuațiile mele, locuind în provincii și neștiind despre apropierea vitezei de propagare a efectelor magnetice pe care am găsit-o față de viteza luminii, așa că cred că am toate motivele să iau în considerare medii magnetice și luminifere ca unul și același mediu..."
Ecuațiile lui Maxwell depășesc cu mult domeniul de aplicare al cursului de fizică școlară, dar sunt atât de frumoase și laconice încât ar trebui plasate într-un loc proeminent în cabinetul de fizică, deoarece majoritatea fenomenelor naturii care sunt semnificative pentru om pot fi descrise cu doar câteva linii din aceste ecuații. Acesta este modul în care informațiile sunt comprimate atunci când sunt combinate fapte diferite anterior. Iată unul dintre tipurile de ecuații lui Maxwell în reprezentarea diferențială. Admira.
Aș dori să subliniez că din calculele lui Maxwell s-a obținut o consecință descurajatoare: oscilațiile câmpurilor electrice și magnetice sunt transversale (pe care el însuși le-a subliniat mereu). Iar vibrațiile transversale se propagă numai în solide, dar nu și în lichide și gaze. Până atunci, s-a măsurat în mod fiabil că viteza vibrațiilor transversale în solide (pur și simplu viteza sunetului), cu cât mai mare, aproximativ vorbind, cu atât mediul este mai dur (cu cât modulul Young este mai mare și densitatea mai mică) și poate ajunge la câțiva kilometri. pe secunda. Viteza unei unde electromagnetice transversale a fost de aproape o sută de mii de ori mai mare decât viteza sunetului în solide. Și trebuie remarcat faptul că caracteristica rigidității este inclusă în ecuația vitezei sunetului într-un solid la rădăcină. S-a dovedit că mediul prin care circulă undele electromagnetice (și lumina) are caracteristici elastice monstruoase. A apărut o întrebare extrem de dificilă: „Cum pot alte corpuri să se miște printr-un mediu atât de solid și să nu-l simtă?” Mediul ipotetic a fost numit eter, atribuindu-i în același timp proprietăți ciudate și, în general, care se exclud reciproc - elasticitate enormă și ușurință extraordinară.
Lucrarea lui Maxwell a provocat șoc în rândul savanților contemporani. Faraday însuși a scris cu surprindere: „La început chiar m-am speriat când am văzut o astfel de forță matematică aplicată întrebării, dar apoi am fost surprins să văd că întrebarea se descurcă atât de bine”. În ciuda faptului că opiniile lui Maxwell au răsturnat toate conceptele cunoscute la acea vreme despre propagarea undelor de forfecare și despre unde în general, oamenii de știință sagaci au înțeles că coincidența dintre viteza luminii și undele electromagnetice este un rezultat fundamental, care spune că acesta este unde fizica așteaptă o descoperire majoră.
Din păcate, Maxwell a murit devreme și nu a trăit pentru a vedea o confirmare experimentală de încredere a calculelor sale. Opinia științifică internațională s-a schimbat ca urmare a experimentelor lui Heinrich Hertz, care 20 de ani mai târziu (1886–89) a demonstrat generarea și recepția undelor electromagnetice într-o serie de experimente. Hertz nu numai că a obținut rezultatul corect în liniștea laboratorului, dar a apărat cu pasiune și fără compromisuri opiniile lui Maxwell. Mai mult, nu s-a limitat la demonstrarea experimentală a existenței undelor electromagnetice, ci a investigat și proprietățile lor de bază (reflexia din oglinzi, refracția în prisme, difracția, interferența etc.), arătând identitatea completă a undelor electromagnetice cu lumina.
Este curios că cu șapte ani înainte de Hertz, în 1879, fizicianul englez David Edward Hughes (Hughes - DE Hughes) a demonstrat și altor oameni de știință marcanți (printre aceștia s-a numărat și genialul fizician și matematician Georg-Gabriel Stokes) efectul propagării. a undelor electromagnetice din aer. În urma discuțiilor, oamenii de știință au ajuns la concluzia că văd fenomenul inducției electromagnetice a lui Faraday. Hughes a fost supărat, nu s-a crezut și a publicat rezultatele abia în 1899, când teoria Maxwell-Hertz a devenit general acceptată. Acest exemplu spune că în știință, diseminarea și promovarea persistentă a rezultatelor obținute este adesea nu mai puțin importantă decât rezultatul științific în sine.
Heinrich Hertz a rezumat rezultatele experimentelor sale: „Experimentele descrise, după cum, cel puțin, mi se pare, elimină îndoielile cu privire la identitatea luminii, radiației termice și mișcării undelor electrodinamice”.
Capitolul 1
PARAMETRII DE BAZĂ AI UNDELOR ELECTROMAGNETICE
Este ușor de imaginat ce este o undă electromagnetică în exemplul următor. Dacă aruncați o pietricică pe suprafața apei, atunci la suprafață se formează valuri divergente în cercuri. Se deplasează de la sursa originii lor (perturbare) cu o anumită viteză de propagare. Pentru undele electromagnetice, perturbațiile sunt câmpuri electrice și magnetice care se mișcă în spațiu. Un câmp electromagnetic care variază în timp determină în mod necesar apariția unui câmp magnetic alternativ și invers. Aceste domenii sunt reciproc legate.
Sursa principală a spectrului undelor electromagnetice este steaua Soare. O parte din spectrul undelor electromagnetice este vizibilă pentru ochiul uman. Acest spectru se află în intervalul 380 ... 780 nm (Fig. 1.1). În spectrul vizibil, ochiul percepe lumina în moduri diferite. Vibrațiile electromagnetice cu lungimi de undă diferite produc senzația de lumină cu culori diferite.
O parte a spectrului undelor electromagnetice este utilizată în scopuri de agățare radio-televizoare și de comunicare. Sursa undelor electromagnetice este un fir (antenă) în care oscilează sarcinile electrice. Procesul de formare a câmpurilor, care a început în apropierea firului, treptat, punct cu punct, surprinde întregul spațiu. Cu cât este mai mare frecvența curentului alternativ care trece prin fir și generează un câmp electric sau magnetic, cu atât sunt mai intense undele radio de o lungime dată generate de fir.
Undele electromagnetice au următoarele caracteristici principale.
1. Lungimea de undă lw, este cea mai scurtă distanță dintre două puncte din spațiu, la care faza unei unde electromagnetice armonice se modifică cu 360 °. O fază este o stare (etapă) a unui proces periodic (Fig. 1.2).
În suspendarea televiziunii terestre se folosesc unde metru (MB) și decimetru (UHF), în satelit - unde centimetrice (CM). Pe măsură ce intervalul de frecvență al CM este umplut, intervalul undelor milimetrice (banda Ka) va fi stăpânit.
2. Perioada de oscilație a undei T- timpul în care are loc o schimbare completă a intensității câmpului, adică timpul în care un punct al unei unde radio, care are o fază fixă, parcurge o cale egală cu lungimea de undă lw.
3. Frecvența oscilațiilor câmpului electromagnetic F(numărul de oscilații de câmp pe secundă) este determinat de formulă
Unitatea de măsură pentru frecvență este hertzi (Hz), frecvența la care are loc o oscilație pe secundă. În transmisia prin satelit, trebuie să se ocupe de frecvențe foarte înalte ale undelor electromagnetice, măsurate în gigaherți.
Pentru transmisia de televiziune directă prin satelit (STTV) pe linia Cosmos - Pământ, se utilizează gama joasă în bandă C și o parte din gama Ku (10,7 ... 12,75 GGI). Partea superioară a acestor intervale este utilizată pentru a transmite informații pe linia Pământ-Spațiu (Tabelul 1.1).
4. Viteza de propagare a undelor CU - viteza de propagare secvențială a unei unde dintr-o sursă de energie (antenă).
Viteza de propagare a undelor radio în spațiul liber (vid) este constantă și egală cu viteza luminii C = 300.000 km/s. În ciuda unei viteze atât de mari, unda electromagnetică de-a lungul liniei Pământ - Spațiu - Pământ mătură în 0,24 s. Pe teren, emisiunile de radio și televiziune pot fi recepționate aproape instantaneu oriunde. Când se propagă în spațiu real, de exemplu, în aer, viteza undei radio depinde de proprietățile mediului, de obicei este mai mică. CU prin valoarea indicelui de refracţie al mediului.
Frecvența undelor electromagnetice F, viteza de propagare a acestora C și lungimea de undă l sunt legate prin relația
lv = C / F, iar din moment ce F = 1 / T, atunci lv = C * T.
Înlocuind valoarea vitezei С = 300.000 km/s în ultima formulă, obținem
lv (m) = 3 * 10 ^ 8 / F (m / s * 1 / Hz)
Pentru valori mari de frecvențe, lungimea de undă a vibrației electromagnetice poate fi determinată cu formula lw (m) = 300 / F (MHz) Cunoscând lungimea de undă a vibrației electromagnetice, frecvența este determinată de formula F (MHz) = 300 / lw (m)
5. Polarizarea undelor radio. Componentele electrice și magnetice ale câmpului electromagnetic sunt, respectiv, caracterizate prin vectori E și H, care arată valoarea intensităților câmpului și direcția acestora. Polarizarea este orientarea vectorului câmpului electric E valuri relativ la suprafața pământului (Fig. 1.2).
Tipul de polarizare a undelor radio este determinat de orientarea (pozitia) antenei de transmisie fata de suprafata pamantului. Atât televiziunea terestră, cât și cea prin satelit utilizează polarizare liniară, adică orizontală H iar V vertical (fig. 1.3).
Undele radio cu un vector de câmp electric orizontal se numesc polarizate orizontal, iar cele cu unul vertical se numesc polarizate vertical. Planul de polarizare pentru ultimele unde este vertical, iar vectorul H(vezi Fig. 1.2) este în plan orizontal.
Dacă antena de transmisie este instalată orizontal deasupra suprafeței pământului, atunci liniile câmpului electric ale câmpului vor fi și ele situate orizontal. În acest caz, câmpul va induce cea mai mare forță electromotoare (EMF) în incendiu
Fig 1.4. Polarizarea circulară a undelor radio:
LZ- stânga; RZ- dreapta
o antenă de recepție ombilicală. Prin urmare, pentru H polarizarea undelor radio, antena de recepție trebuie să fie orientată orizontal. În acest caz, teoretic nu va exista recepție de unde radio pe o antenă situată vertical, deoarece EMF indus în antenă este zero. Și invers, cu poziția verticală a antenei de transmisie, antena de recepție trebuie să fie și ea poziționată vertical, ceea ce va face posibilă obținerea celui mai mare EMF în ea.
În transmisiile de televiziune de la sateliți artificiali de pământ (AES), pe lângă polarizările liniare, polarizarea circulară este utilizată pe scară largă. Destul de ciudat, acest lucru se datorează etanșeității aerului, deoarece există un număr mare de sateliți de comunicații și sateliți de televiziune directă (directă) pe orbite.
Adesea, în tabelele cu parametrii satelitului, acestea oferă o abreviere pentru tipul de polarizare circulară - L și R. Polarizarea circulară a undelor radio este creată, de exemplu, de o spirală conică la alimentarea unei antene de transmisie. În funcție de direcția de înfășurare a spiralei, polarizarea circulară se dovedește a fi la stânga sau la dreapta (Fig. 1.4).
În consecință, în alimentarea antenei terestre de televiziune prin satelit trebuie instalat un polarizator, care răspunde la polarizarea circulară a undelor radio emise de antena de transmisie a satelitului.
Să luăm în considerare problemele de modulare a oscilațiilor de înaltă frecvență și spectrul acestora în timpul transmisiei de la satelit. Este recomandabil să faceți acest lucru în comparație cu sistemele de difuzare terestră.
Separația dintre frecvențele purtătoarei de imagine și de sunet este de 6,5 MHz, restul benzii laterale inferioare (în stânga purtătorului de imagine) este de 1,25 MHz, iar lățimea canalului de sunet este de 0,5 MHz.
(fig. 1.5). Luând în considerare acest lucru, lățimea totală a canalului de televiziune este considerată a fi de 8,0 MHz (conform standardelor D și K adoptate în țările CSI).
Postul de televiziune emițător are două emițătoare. Unul dintre ele transmite semnale electrice de imagine, iar celălalt transmite sunet, respectiv, la frecvențe purtătoare diferite. Modificarea unui parametru al oscilației de înaltă frecvență a purtătorului (putere, frecvență, fază etc.) sub influența oscilațiilor de joasă frecvență se numește modulație. Există două tipuri principale de modulație utilizate: amplitudine (AM) și frecvență (FM). În televiziune, semnalele de imagine sunt transmise de la AM, iar sunetul este transmis de la FM. După modulare, vibrațiile electrice sunt amplificate în putere, apoi intră în antena de transmisie și o radiază în spațiu (eter) sub formă de unde radio.
8 televiziunea terestră, din mai multe motive, este imposibil să se utilizeze FM pentru transmiterea semnalelor de imagine. Există mult mai mult spațiu aerian pe SM și există o astfel de oportunitate. Ca urmare, canalul satelit (transponder) ocupă o bandă de frecvență de 27 MHz.
Beneficiile modulării în frecvență a semnalului subpurtător:
mai puțină sensibilitate la interferențe și zgomot în comparație cu AM, sensibilitate scăzută la neliniaritatea caracteristicilor dinamice ale canalelor de transmisie a semnalului, precum și stabilitate de transmisie pe distanțe lungi. Aceste caracteristici se explică prin constanța nivelului semnalului în canalele de transmisie, posibilitatea de corecție a frecvenței predistorsiunii, care afectează favorabil raportul semnal-zgomot, datorită căruia FM poate reduce semnificativ puterea emițătorului la transmiterea informațiilor. pe aceeași distanță. De exemplu, sistemele de radiodifuziune terestre folosesc transmițătoare de 5 ori mai puternice pentru a transmite semnale de imagine la același post de televiziune decât transmiterea semnalelor audio.
Radiația electromagnetică există exact atâta timp cât trăiește Universul nostru. A jucat un rol cheie în evoluția vieții pe Pământ. De fapt, aceasta este o perturbare a stării câmpului electromagnetic care se propagă în spațiu.
Caracteristicile radiațiilor electromagnetice
Orice undă electromagnetică este descrisă folosind trei caracteristici.
1. Frecvență.
2. Polarizare.
Polarizare Este unul dintre principalele atribute ale valului. Descrie anizotropia transversală a undelor electromagnetice. Radiația este considerată a fi polarizată atunci când toate oscilațiile undei au loc într-un singur plan.
Acest fenomen este utilizat activ în practică. De exemplu, în cinema când se prezintă filme 3D.
Folosind polarizarea, ochelarii IMAX separă imaginea care este destinată unor ochi diferiți. 
Frecvență Este numărul de creste ale valurilor care trec pe lângă observator (în acest caz, detector) într-o secundă. Măsurată în herți.
Lungime de undă- distanța specifică dintre cele mai apropiate puncte de radiație electromagnetică, ale căror oscilații apar în aceeași fază.
Radiația electromagnetică se poate răspândi în aproape orice mediu: de la materie densă la vid.
Viteza de propagare în vid este de 300 de mii de km pe secundă.
Pentru un videoclip interesant despre natura și proprietățile undelor EM, vedeți videoclipul de mai jos:
Tipuri de unde electromagnetice
Toată radiația electromagnetică este împărțită la frecvență. 
1. Unde radio. Sunt scurte, ultra-scurte, extra-lungi, lungi, medii.
Lungimea undelor radio variază de la 10 km la 1 mm și de la 30 kHz la 300 GHz.
Sursele lor pot fi atât activitatea umană, cât și diverse fenomene atmosferice naturale.
2. . Lungimea de undă este în intervalul 1mm - 780nm și poate ajunge la 429 THz. Radiația infraroșie se mai numește și radiație termică. Fundamentul întregii vieți de pe planeta noastră.
3. Lumină vizibilă. Lungime 400 - 760 / 780nm. În consecință, fluctuează între 790-385 THz. Aceasta include întregul spectru de radiații care poate fi văzut cu ochiul uman.
4. . Lungimea de undă este mai mică decât cea a radiației infraroșii.
Poate merge până la 10 nm. astfel de valuri sunt foarte mari - aproximativ 3x10 ^ 16 Hz.
5. Raze X... unde 6x10 ^ 19 Hz și o lungime de ordinul a 10 nm - 5pm.
6. Unde gamma. Aceasta include orice radiație care este mai mare decât razele X și mai mică în lungime. Sursa unor astfel de unde electromagnetice sunt procesele cosmice, nucleare.
Scopul aplicatiei
Undeva de la sfârșitul secolului al XIX-lea, tot progresul uman a fost asociat cu aplicarea practică a undelor electromagnetice.
Primul lucru care merită menționat este comunicarea radio. Ea a făcut posibil ca oamenii să comunice, chiar dacă erau departe unul de celălalt.
Difuzarea prin satelit, telecomunicațiile reprezintă dezvoltarea ulterioară a comunicațiilor radio primitive.
Aceste tehnologii au modelat imaginea informațională a societății moderne.
Sursele de radiații electromagnetice ar trebui luate în considerare atât instalații industriale mari, cât și diverse linii electrice.
Undele electromagnetice sunt utilizate în mod activ în afacerile militare (radare, dispozitive electrice complexe). De asemenea, medicina nu s-a descurcat fără utilizarea lor. Radiațiile infraroșii pot fi folosite pentru a trata multe boli.
Razele X pot ajuta la identificarea deteriorării țesuturilor interne ale unei persoane.
Cu ajutorul laserelor se efectuează o serie de operații care necesită precizie pentru bijuterii. 
Importanța radiațiilor electromagnetice în viața practică a unei persoane poate fi cu greu supraestimată.
Videoclip sovietic despre câmpul electromagnetic:
Posibil impact negativ asupra oamenilor
Deși sunt utile, sursele puternice de radiații electromagnetice pot provoca simptome precum:
Oboseală;
Durere de cap;
Greaţă.
Expunerea excesivă la anumite tipuri de unde provoacă leziuni ale organelor interne, ale sistemului nervos central și ale creierului. Sunt posibile schimbări în psihicul uman.
O vedere interesantă a efectului undelor EM asupra oamenilor:
Pentru a evita astfel de consecințe, practic toate țările lumii au standarde care reglementează siguranța electromagnetică. Fiecare tip de radiație are propriile sale documente de reglementare (standarde de igienă, standarde de siguranță împotriva radiațiilor). Influența undelor electromagnetice asupra oamenilor nu este pe deplin înțeleasă, prin urmare OMS recomandă reducerea la minimum a expunerii acestora.
Se încarcă ...