Pakua kutoka kwa Depositfiles
3.2.2 Uenezi wa mawimbi ya sumakuumeme
Kati ya uwanja wa sumakuumeme kwa ujumla, unaotokana na chaji za umeme na harakati zao, ni kawaida kuainisha kama mionzi sehemu hiyo ya uwanja wa sumakuumeme unaoweza kueneza mbali zaidi kutoka kwa vyanzo vyake - chaji za kusonga, zikipunguza polepole na umbali. Mionzi hiyo inaitwa mawimbi ya umeme.
Mawimbi ya sumakuumeme yanaweza kuenea katika karibu vyombo vyote vya habari. Katika ombwe (nafasi isiyo na maada na miili inayofyonza au kutoa mawimbi ya sumakuumeme), mawimbi ya sumakuumeme huenea bila kupunguzwa kwa umbali mkubwa kiholela, lakini katika baadhi ya matukio yanaenea vizuri kabisa katika nafasi iliyojaa mata (huku yakibadilisha tabia zao kidogo).
Ili kupima umbali, mawimbi ya sumakuumeme ya karibu safu zote zilizoonyeshwa kwenye jedwali hutumiwa. 3.1, isipokuwa mionzi ya ultraviolet katika safu ya macho, mawimbi mafupi ya redio na mionzi ya ionizing.
Wakati wa kupima umbali kwa kutumia mawimbi ya sumakuumeme, anuwai na usahihi huathiriwa sana na hali ya uenezi. Hii ina maana tata nzima ya mambo: mali ya mawimbi yenyewe, asili ya uso wa msingi, wakati wa siku, hali ya hali ya hewa ya anga, nk.
Mawimbi ya mwanga na mawimbi ya VHF husafiri karibu kwa mstari.
Tofauti mawimbi ya sentimeta yanayotumiwa katika vitafuta mbalimbali vya redio na mifumo ya VHF ni ndogo sana hivi kwamba haijipinda kuzunguka uso wa Dunia. Bending kama hiyo ipo kwa kiwango kidogo tu kwa sababu ya kinzani .
(Tofauti ni jambo la kupotoka kutoka kwa sheria za optics za kijiometri wakati wa uenezi wa wimbi. Hasa, hii ni kupotoka kutoka kwa unyoofu wa uenezi wa mwanga wa mwanga. Refraction au kinzani - hii ni mabadiliko katika mwelekeo wa uenezi wa mionzi ya sumakuumeme ambayo hutokea kwenye interface kati ya vyombo vya habari viwili vya uwazi kwa mawimbi haya au katika unene wa kati na mali zinazoendelea kubadilika).
Upeo wa juu wa mifumo mbalimbali ya VHF ni mdogo mstari wa kuona
. Mipaka ya mstari wa kuona kwenye uso wa kimwili wa Dunia inategemea urefu wa antena na ardhi. Ikiwa tutazingatia tu mzingo wa Dunia ya duara (bila utulivu) na kupuuza kinzani, basi umbali wa juu wa mstari wa kuona kati ya nukta mbili imedhamiriwa na urefu wa alama. 
Na 
kwa njia ifuatayo:
ambapo imeonyeshwa kwa kilomita na urefu katika mita.
Wakati wa kuzingatia curvature ya refractive ya trajectory (na refraction ya kawaida), mgawo 3.57 katika equation (3.29) inabadilishwa na 4.12 kwa mawimbi ya redio, na kwa 3.83 kwa mawimbi ya macho, i.e. kinzani huongeza umbali wa mstari wa kuona kwa takriban 15% kwa mawimbi ya redio, na kwa 7% kwa mawimbi ya macho.
Ikiwa, kwa mfano, antenna za rangefinder na reflector zimewekwa kwenye tripod ya kawaida ya mbao, i.e. 
, basi mstari wa umbali wa kuona uliohesabiwa kwa kutumia formula (3.29) itakuwa 
. Ikiwa antena zimeinuliwa hadi urefu 
, basi mstari wa umbali wa kuona utakuwa tayari 
.
Kwa mawimbi ya macho, pamoja na mwonekano wa moja kwa moja, uwepo wa mwonekano wa macho (uwazi) .
Uenezi wa mawimbi ya redio ndefu na ya kati ina vipengele maalum. Kipengele muhimu zaidi ni kutafakari kutoka kwa tabaka za juu, zenye ionized ya anga, ziko kwenye mwinuko wa zaidi ya kilomita 60.
Hii inaongoza kwa ukweli kwamba sio tu wimbi la moja kwa moja linaloenea kando ya uso wa Dunia (wimbi la uso), lakini pia wimbi lililoonyeshwa kutoka kwa ionosphere, kinachojulikana kama wimbi la anga, linaweza kufikia hatua ya kupokea (Mchoro 3.11). Katika ukanda wa mkutano wa mawimbi ya uso na anga, kuingiliwa kwao hufanyika, kwa sababu wimbi la uso linalopitisha ishara muhimu hupokea upotovu wa amplitude na awamu, na ikiwa vifaa vya kupokea viko katika eneo kama hilo, basi vipimo vinaweza kuwa ngumu sana na mara nyingi. haiwezekani.
Wimbi la anga lililoakisiwa kutoka kwenye ionosphere linaweza kuenea kwa umbali mkubwa zaidi kuliko wimbi la uso, ambalo umbo la Dunia pamoja na topografia yake hutengeneza vizuizi. Kwa sababu ya kutofautisha, vizuizi hivi vinaweza kuinuliwa na wimbi la uso, na anuwai ya uenezi wake inategemea mali ya kunyonya ya uso wa dunia. Kwa wimbi la anga, kunyonya kwa sehemu na ionosphere na uso wa dunia pia huzingatiwa na tafakari nyingi kutoka kwa tabaka za ionospheric. Kunyonya kwa uso wa dunia kunategemea urefu wa wimbi, polarization yake na sifa za umeme za uso fulani wa msingi.
Sifa ya uenezaji wa masafa marefu ya wimbi la anga na tafakari nyingi kutoka kwa ionosphere hutumiwa kwa mafanikio katika mawasiliano ya redio, utangazaji wa redio na urambazaji wa redio ya umbali mrefu. Hata hivyo kwa madhumuni ya radiogeodetic, matumizi ya mawimbi ya anga haiwezekani, kwani jiometri ya kifungu chake haijazingatiwa madhubuti. Kwa hivyo kwa Kwa vipimo sahihi, wimbi la uso tu linapaswa kutumika .
Kulingana na hapo juu, Kwa madhumuni ya vipimo vya geodetic, mawimbi ya macho tu na VHF yanafaa .
Vitafutaji safu za kijiodetiki za urefu wa mawimbi hutumika hasa kupima umbali wa hadi kilomita 10.
Vitafutaji vya masafa ya redio ya kijiografia hutumiwa kupima umbali wa mpangilio wa makumi kadhaa ya kilomita.
Hata hivyo, kwa sasa, karibu watengenezaji wote wa vitafuta mbalimbali vya kijiografia wameacha kuzalisha vitafuta mbalimbali vya redio, na wameelekeza juhudi zao kwenye vitafuta mbalimbali vya mwanga au vituo vya jumla vya kielektroniki. sehemu muhimu ambayo ni kitafuta masafa. Hali hii inafafanuliwa na ukweli kwamba katika mazoezi ya kazi ya geodetic, teknolojia zinazotolewa na mifumo ya urambazaji ya satelaiti ya kimataifa zimeenea, shukrani ambayo imewezekana kuamua kwa usahihi kuratibu za pointi kwenye uso wa dunia. Lakini ni kwa ajili ya kutatua tatizo hili ambapo vitafuta masafa ya redio viliundwa. Umbali kati ya pointi zilizopimwa kwa kutumia vitafuta mbalimbali vya redio ulitumiwa kukokotoa viwianishi vya sehemu inayoamuliwa. Matumizi ya wapokeaji wa GNSS inakuwezesha kuondokana na operesheni ya kati ya kupima umbali kati ya pointi, na mara moja kupata kuratibu za hatua iliyopangwa.
Mawimbi ya sumakuumeme ni uenezaji wa uwanja wa sumakuumeme katika nafasi na wakati.
Kama ilivyoonyeshwa hapo juu, uwepo wa mawimbi ya sumakuumeme ulitabiriwa kinadharia na mwanafizikia mkuu wa Kiingereza J. Maxwell mnamo 1864. Alichambua sheria zote za elektroni zinazojulikana wakati huo na akajaribu kuzitumia kwa uwanja wa umeme na sumaku unaobadilika wakati. Alianzisha wazo la uwanja wa umeme wa vortex katika fizikia na akapendekeza tafsiri mpya ya sheria ya induction ya umeme, iliyogunduliwa na Faraday mnamo 1831: mabadiliko yoyote. shamba la sumaku inazalisha shamba la umeme la vortex katika nafasi inayozunguka, mistari ya nguvu ambayo imefungwa.
Alidhania kuwepo kwa mchakato wa inverse: shamba la umeme la kutofautiana kwa wakati huzalisha shamba la magnetic katika nafasi inayozunguka. Maxwell alikuwa wa kwanza kuelezea mienendo fomu mpya jambo - shamba sumakuumeme, na inayotokana mfumo wa equations (Maxwell ya equations) kuunganisha sifa za shamba sumakuumeme na vyanzo vyake - malipo ya umeme na mikondo. Katika wimbi la umeme, mabadiliko ya kuheshimiana ya uwanja wa umeme na sumaku hufanyika. Kielelezo 2 a, b kinaonyesha mabadiliko ya pande zote za nyanja za umeme na sumaku.
Kielelezo 2 - Mabadiliko ya pamoja ya mashamba ya umeme na magnetic: a) Sheria ya uingizaji wa umeme katika tafsiri ya Maxwell; b) Nadharia ya Maxwell. Sehemu inayobadilika ya umeme hutoa uwanja wa sumaku
Mgawanyiko wa uwanja wa umeme katika umeme na sumaku inategemea uchaguzi wa mfumo wa kumbukumbu. Hakika, karibu na malipo katika mapumziko katika sura sawa ya kumbukumbu, kuna uwanja wa umeme tu; hata hivyo, malipo haya haya yatasonga kuhusiana na mfumo mwingine wa marejeleo na kuzalisha katika mfumo huu wa marejeleo, pamoja na ule wa umeme, pia uwanja wa sumaku. Kwa hivyo, nadharia ya Maxwell iliunganisha pamoja matukio ya umeme na sumaku.
Ikiwa shamba la umeme au sumaku linalobadilishana linasisimua kwa usaidizi wa malipo ya oscillating, basi mlolongo wa mabadiliko ya pande zote za uwanja wa umeme na sumaku huonekana kwenye nafasi inayozunguka, ikieneza kutoka hatua hadi hatua. Mashamba haya yote mawili ni vortex, na vectors na ziko katika ndege za pande zote za perpendicular. Mchakato wa uenezaji wa uwanja wa sumakuumeme unaonyeshwa kwa mpangilio kwenye Mchoro 3. Utaratibu huu, ambao ni wa muda na nafasi, ni wimbi la sumakuumeme.
Kielelezo 3 - Mchakato wa uenezi wa shamba la sumakuumeme
Dhana hii ilikuwa tu dhana ya kinadharia ambayo haikuwa na uthibitisho wa majaribio, lakini kwa msingi wake Maxwell aliweza kuandika mfumo thabiti wa equations unaoelezea mabadiliko ya pamoja ya mashamba ya umeme na magnetic, yaani, mfumo wa equations ya uwanja wa umeme.
Kwa hivyo, hitimisho kadhaa muhimu hufuata kutoka kwa nadharia ya Maxwell - mali ya msingi ya mawimbi ya sumakuumeme.
Kuna mawimbi ya umeme, i.e. uwanja wa sumakuumeme unaoeneza katika nafasi na wakati.
Kwa asili, matukio ya umeme na sumaku hufanya kama pande mbili za mchakato mmoja.
Mawimbi ya sumakuumeme hutolewa na chaji za oscillating. Uwepo wa kuongeza kasi ni hali kuu ya utoaji wa mawimbi ya umeme, i.e.
- - mabadiliko yoyote katika uwanja wa magnetic huunda shamba la umeme la vortex katika nafasi inayozunguka (Mchoro 2a).
- - mabadiliko yoyote katika uwanja wa umeme husisimua shamba la sumaku la vortex katika nafasi inayozunguka, mistari ya induction ambayo iko kwenye ndege ya perpendicular kwa mistari ya ukali wa uwanja wa umeme unaobadilishana na kuwafunika (Mchoro 2b).
Mistari ya induction ya uwanja wa sumaku unaojitokeza huunda "screw ya kulia" na vector. Mawimbi ya sumakuumeme ni transverse - vectors na perpendicular kwa kila mmoja na uongo katika ndege perpendicular mwelekeo wa uenezi wa wimbi (Mchoro 4).
Kielelezo 4 - Mawimbi ya sumakuumeme ya kupita
Mabadiliko ya mara kwa mara katika uwanja wa umeme (vekta ya mvutano E) hutoa uwanja wa sumaku unaobadilika (vekta ya induction B), ambayo kwa upande wake hutoa uwanja wa umeme unaobadilika. Oscillations ya vectors E na B hutokea katika ndege za pande zote za perpendicular na perpendicular kwa mstari wa uenezi wa wimbi (vector ya kasi) na iko katika awamu wakati wowote. Mistari ya uwanja wa umeme na sumaku katika wimbi la umeme imefungwa. Mashamba hayo yanaitwa mashamba ya vortex.
Mawimbi ya sumakuumeme hueneza katika maada kwa kasi ya mwisho, na hii kwa mara nyingine ilithibitisha uhalali wa nadharia ya mwingiliano wa masafa mafupi.
Hitimisho la Maxwell kuhusu kasi ya mwisho ya uenezaji wa mawimbi ya sumakuumeme lilikuwa linakinzana na nadharia ya hatua ya masafa marefu iliyokubaliwa wakati huo, ambapo kasi ya uenezi wa mashamba ya umeme na sumaku ilichukuliwa kuwa kubwa sana. Kwa hiyo, nadharia ya Maxwell inaitwa nadharia ya utendi wa masafa mafupi.
Mawimbi hayo yanaweza kueneza sio tu katika gesi, vinywaji na vitu vikali, lakini pia katika utupu.
Kasi ya mawimbi ya sumakuumeme katika utupu ni c=300,000 km/s. Kasi ya uenezaji wa mawimbi ya sumakuumeme kwenye utupu ni moja wapo ya viunga vya msingi vya mwili.
Uenezi wa wimbi la sumakuumeme katika dielectri ni ufyonzwaji na utoaji tena wa nishati ya sumakuumeme kwa elektroni na ioni za dutu inayofanya msisimko wa kulazimishwa katika kupishana. uwanja wa umeme mawimbi. Katika kesi hii, kasi ya wimbi katika dielectric hupungua.
Mawimbi ya sumakuumeme hubeba nishati. Wakati mawimbi yanaenea, mtiririko wa nishati ya umeme hutokea. Ikiwa tunachagua tovuti S (Mchoro 4), iliyoelekezwa kwa mwelekeo wa uenezi wa wimbi, basi kwa muda mfupi Dt DWem ya nishati itapita kwenye tovuti, sawa na
DWem = (sisi + wm)xSDt.
Wakati wa kusonga kutoka kati hadi nyingine, mzunguko wa wimbi haubadilika.
Mawimbi ya sumakuumeme yanaweza kufyonzwa na maada. Hii ni kutokana na ufyonzwaji wa nishati kwa chembe chembe zilizochajiwa. Ikiwa mzunguko wa asili wa oscillation ya chembe za dielectric ni tofauti sana na mzunguko wa wimbi la umeme, ngozi hutokea dhaifu, na kati inakuwa wazi kwa wimbi la umeme.
Wakati wa kupiga interface kati ya vyombo vya habari viwili, sehemu ya wimbi inaonekana, na sehemu hupita kwenye kati nyingine, ikirudiwa. Ikiwa kati ya pili ni chuma, basi wimbi linalopita kwenye kati ya pili huharibika haraka, na wengi wa nishati (hasa vibrations ya chini-frequency) inaonekana katika kati ya kwanza (metali ni opaque kwa mawimbi ya sumakuumeme).
Kueneza katika vyombo vya habari, mawimbi ya sumakuumeme, kama mawimbi mengine yoyote, yanaweza kupata kinzani na kutafakari kwenye kiolesura kati ya vyombo vya habari, mtawanyiko, kunyonya, kuingiliwa; Wakati wa kueneza katika vyombo vya habari vya inhomogeneous, diffraction ya wimbi, kueneza kwa wimbi na matukio mengine yanazingatiwa.
Kutoka kwa nadharia ya Maxwell inafuata kwamba mawimbi ya sumakuumeme lazima yaweke shinikizo kwenye mwili unaonyonya au unaoakisi. Shinikizo la mionzi ya umeme inaelezwa na ukweli kwamba chini ya ushawishi wa uwanja wa umeme wa wimbi, mikondo dhaifu hutokea katika dutu, yaani, harakati iliyoamuru ya chembe za kushtakiwa. Mikondo hii inaathiriwa na nguvu ya Ampere kutoka kwa shamba la magnetic ya wimbi, lililoelekezwa kwenye unene wa dutu. Nguvu hii inajenga shinikizo linalosababisha. Kawaida shinikizo la mionzi ya umeme ni kidogo. Kwa mfano, shinikizo la mionzi ya jua inayofika Duniani kwenye uso wa kunyonya kabisa ni takriban 5 μPa.
Majaribio ya kwanza ya kuamua shinikizo la mionzi juu ya miili ya kutafakari na kunyonya, ambayo ilithibitisha hitimisho la nadharia ya Maxwell, ilifanywa na mwanafizikia bora wa Chuo Kikuu cha Moscow P.N. Lebedev mwaka wa 1900. Ugunduzi wa athari ndogo hiyo ulihitaji ujuzi wake wa ajabu na ujuzi katika kuanzisha na kufanya majaribio. Mnamo 1900 aliweza kupima shinikizo la mwanga kwenye vitu vikali, na mnamo 1910 kwenye gesi. Sehemu kuu ya kifaa cha P.I Lebedev alitumia diski za mwanga na kipenyo cha mm 5 kusimamishwa kwenye thread ya elastic (Mchoro 5) ndani ya chombo kilichohamishwa ili kupima shinikizo la mwanga.
Kielelezo 5 - Jaribio la P.I. Lebedeva
Diski hizo zilitengenezwa kwa metali mbalimbali na zinaweza kubadilishwa wakati wa majaribio. Nuru kutoka kwa arc yenye nguvu ya umeme ilielekezwa kwenye diski. Kama matokeo ya mfiduo wa diski kwa nuru, uzi ulizunguka na diski ziligeuzwa. Matokeo ya majaribio ya P.I. Lebedev ziliendana kabisa na nadharia ya sumakuumeme ya Maxwell na alikuwa nayo thamani kubwa kwa idhini yake.
Kuwepo kwa shinikizo la mawimbi ya sumakuumeme hutuwezesha kuhitimisha kuwa uwanja wa sumakuumeme una sifa ya msukumo wa mitambo.Uhusiano huu kati ya wingi na nishati ya uwanja wa sumakuumeme katika ujazo wa kitengo ni sheria ya ulimwengu wote ya asili. Kulingana na nadharia maalum uhusiano, ni kweli kwa miili yoyote, bila kujali asili yao na muundo wa ndani.
Kwa kuwa shinikizo la wimbi la mwanga ni ndogo sana, haina jukumu kubwa katika matukio ambayo tunakutana nayo katika maisha ya kila siku. Lakini katika mifumo ya cosmic na microscopic ya mizani kinyume, jukumu la athari hii huongezeka kwa kasi. Kwa hivyo, mvuto wa tabaka za nje za kila nyota hadi katikati husawazishwa na nguvu, mchango mkubwa ambao unafanywa na shinikizo la mwanga kutoka kwa kina cha nyota kwenda nje. Katika microcosm, shinikizo la mwanga linajidhihirisha, kwa mfano, katika uzushi wa pato la mwanga kutoka kwa atomi. Inakabiliwa na atomi yenye msisimko wakati inatoa mwanga.
Shinikizo la mwanga lina jukumu kubwa katika matukio ya astrophysical, hasa katika malezi ya mikia ya cometary, nyota, nk. Shinikizo la mwanga hufikia thamani kubwa mahali ambapo mionzi kutoka kwa jenereta zenye nguvu za quantum (laser) inalenga. Kwa hivyo, shinikizo la umakini mionzi ya laser juu ya uso wa sahani nyembamba ya chuma inaweza kusababisha kuvunjika kwake, yaani, kwa kuonekana kwa shimo kwenye sahani. Kwa hivyo, uwanja wa umeme una sifa zote za miili ya nyenzo - nishati, kasi ya mwisho ya uenezi, kasi, misa. Hii inaonyesha kwamba uwanja wa sumakuumeme ni mojawapo ya aina za kuwepo kwa maada.
Ugunduzi wa mawimbi ya sumakuumeme ni mfano wa ajabu wa mwingiliano kati ya majaribio na nadharia. Inaonyesha jinsi fizikia imeunganisha mali zinazoonekana kuwa tofauti kabisa - umeme na sumaku - kwa kugundua ndani yao vipengele tofauti vya kitu kimoja. jambo la kimwili- mwingiliano wa sumakuumeme. Leo hii ni moja wapo ya mwingiliano wa kimsingi wa nne unaojulikana, ambao pia ni pamoja na nguvu na nguvu za nyuklia dhaifu na mvuto. Nadharia ya mwingiliano wa udhaifu wa kielektroniki tayari imeundwa, ambayo inaelezea nguvu za nyuklia za kielektroniki na dhaifu kutoka kwa msimamo mmoja. Pia kuna nadharia inayofuata ya kuunganisha - chromodynamics ya quantum - ambayo inashughulikia udhaifu wa elektroni na mwingiliano mkali, lakini usahihi wake uko chini kwa kiasi fulani. Eleza Wote Mwingiliano wa kimsingi kutoka kwa msimamo mmoja bado haujapatikana, ingawa utafiti wa kina unafanywa katika mwelekeo huu ndani ya mfumo wa maeneo kama vile nadharia ya kamba na mvuto wa quantum.
Mawimbi ya sumakuumeme yalitabiriwa kinadharia na mwanafizikia mkuu wa Kiingereza James Clerk Maxwell (labda ya kwanza mnamo 1862 katika On Physical Lines of Force, ingawa maelezo ya kina Nadharia ilichapishwa mnamo 1867). Alijaribu kwa bidii na kwa heshima kubwa kutafsiri kwa lugha kali ya hisabati picha za Michael Faraday zisizo na maana zinazoelezea matukio ya umeme na magnetic, pamoja na matokeo ya wanasayansi wengine. Baada ya kuamuru matukio yote ya umeme na sumaku kwa njia ile ile, Maxwell aligundua idadi ya utata na ukosefu wa ulinganifu. Kwa mujibu wa sheria ya Faraday, mashamba ya sumaku yanayobadilishana yanazalisha mashamba ya umeme. Lakini haikujulikana ikiwa maeneo ya kupishana ya umeme yanazalisha sehemu za sumaku. Maxwell aliweza kuondokana na utata na kurejesha ulinganifu wa mashamba ya umeme na magnetic kwa kuanzisha muda wa ziada katika equations, ambayo ilielezea kuonekana kwa shamba la magnetic wakati uwanja wa umeme unabadilika. Kufikia wakati huo, kutokana na majaribio ya Oersted, ilikuwa tayari inajulikana kuwa sasa ya moja kwa moja inajenga shamba la magnetic mara kwa mara karibu na kondakta. Neno jipya lilielezea chanzo tofauti cha uga wa sumaku, lakini inaweza kuzingatiwa kuwa aina fulani ya kufikiria umeme, ambayo Maxwell aliita mkondo wa kuhama, ili kutofautisha kutoka kwa sasa ya kawaida katika conductors na electrolytes - conduction sasa. Matokeo yake, ikawa kwamba mashamba ya sumaku yanayobadilishana yanazalisha mashamba ya umeme, na mashamba ya umeme yanayobadilishana yanazalisha sumaku. Na kisha Maxwell aligundua kuwa katika mchanganyiko kama huo, uwanja wa umeme na sumaku unaozunguka unaweza kutengana na waendeshaji wanaounda na kusonga kupitia utupu kwa kasi fulani, lakini ya juu sana. Alihesabu kasi hii, na ikawa kama kilomita laki tatu kwa sekunde.
Akiwa ameshtushwa na matokeo hayo, Maxwell alimwandikia William Thomson (Bwana Kelvin, ambaye, hasa, alianzisha kiwango kamili cha halijoto): “Kasi ya kuzunguka kwa mawimbi katika njia yetu ya dhahania, iliyokokotwa kutokana na majaribio ya sumakuumeme ya Kohlrausch na Weber, inapatana na hivyo. haswa na kasi ya mwanga iliyohesabiwa kutoka kwa majaribio ya macho ya Fizeau, kwamba hatuwezi kukataa hitimisho kwamba mwanga huwa na mitetemo inayopitika ya kati ambayo husababisha matukio ya umeme na sumaku" Na zaidi katika barua hiyo: "Nilipokea hesabu zangu wakati nikiishi katika majimbo na bila kushuku ukaribu wa kasi ya uenezaji wa athari za sumaku nilipata kwa kasi ya mwanga, kwa hivyo nadhani nina kila sababu ya kuzingatia sumaku na sumaku. njia za kuangaza kama kati sawa ... "
Milinganyo ya Maxwell inaenda mbali zaidi ya upeo wa kozi ya fizikia ya shule, lakini ni nzuri sana na ya kifahari hivi kwamba inapaswa kuwekwa mahali maarufu katika darasa la fizikia, kwa sababu matukio mengi ya asili ambayo ni muhimu kwa wanadamu yanaweza kuelezewa na machache tu. mistari ya milinganyo hii. Hivi ndivyo habari inavyobanwa wakati mambo ya awali tofauti tofauti yanapounganishwa. Hapa kuna aina moja ya milinganyo ya Maxwell katika uwakilishi tofauti. Admire.
Ningependa kusisitiza kwamba mahesabu ya Maxwell yalitoa matokeo ya kukata tamaa: oscillations ya mashamba ya umeme na magnetic ni transverse (ambayo yeye mwenyewe alisisitiza wakati wote). Na mitikisiko ya kuvuka hueneza ndani tu yabisi, lakini si katika vinywaji na gesi. Kufikia wakati huo, ilipimwa kwa uhakika kwamba kasi ya mitetemo ya kupita kwenye vitu vikali (kasi tu ya sauti) ni ya juu zaidi, ngumu zaidi, takriban, ya kati (ya juu ya moduli ya Vijana na chini ya msongamano) na inaweza kufikia kadhaa. kilomita kwa sekunde. Kasi ya mawimbi ya sumakuumeme inayopita ilikuwa karibu mara laki moja zaidi ya kasi ya sauti katika vitu vikali. Na ni lazima ieleweke kwamba tabia ya ugumu ni pamoja na katika equation kwa kasi ya sauti katika mwili imara chini ya mizizi. Ilibadilika kuwa njia ambayo mawimbi ya sumakuumeme (na mwanga) husafiri ina sifa za unyumbufu mbaya. Swali gumu sana liliibuka: "Miili mingine hutembeaje kwenye njia ngumu kama hii na usihisi?" Njia ya dhahania iliitwa ether, ikihusishwa nayo ya kushangaza na, kwa kusema kwa ujumla, mali ya kipekee - elasticity kubwa na wepesi wa ajabu.
Kazi za Maxwell zilisababisha mshtuko kati ya wanasayansi wa kisasa. Faraday mwenyewe aliandika hivi kwa mshangao: “Mwanzoni hata niliogopa nilipoona nguvu kama hiyo ya kihesabu ikitumika kwa swali hilo, lakini nilishangaa kuona kwamba swali hilo lilikabili hilo vizuri sana.” Licha ya ukweli kwamba maoni ya Maxwell yalipindua mawazo yote yaliyojulikana wakati huo juu ya uenezi wa mawimbi ya kupita kiasi na juu ya mawimbi kwa ujumla, wanasayansi wenye kuona mbali walielewa kuwa bahati mbaya ya kasi ya mawimbi ya mwanga na sumakuumeme ilikuwa matokeo ya msingi, ambayo ilionyesha kuwa ilikuwa hapa kwamba mafanikio makubwa yalingojea fizikia.
Kwa bahati mbaya, Maxwell alikufa mapema na hakuishi kuona uthibitisho wa majaribio wa mahesabu yake. Maoni ya kisayansi ya kimataifa yalibadilika kutokana na majaribio ya Heinrich Hertz, ambaye miaka 20 baadaye (1886-89) alionyesha kizazi na upokeaji wa mawimbi ya sumakuumeme katika mfululizo wa majaribio. Hertz alipokea sio tu kwa ukimya wa maabara matokeo sahihi, lakini kwa shauku na bila suluhu alitetea maoni ya Maxwell. Kwa kuongezea, hakujiwekea kikomo kwa uthibitisho wa majaribio wa uwepo wa mawimbi ya sumakuumeme, lakini pia alisoma mali zao za kimsingi (kutafakari kutoka kwa vioo, kinzani katika prisms, diffraction, kuingiliwa, nk), kuonyesha utambulisho kamili wa mawimbi ya sumakuumeme na mwanga.
Inashangaza kwamba miaka saba kabla ya Hertz, mnamo 1879, mwanafizikia wa Kiingereza David Edward Hughes (Hughes - D. E. Hughes) pia aliwaonyesha wanasayansi wengine mashuhuri (kati yao pia alikuwa mwanafizikia na mwanahisabati mahiri Georg-Gabriel Stokes) athari za uenezi huo. ya mawimbi ya sumakuumeme angani. Kama matokeo ya majadiliano, wanasayansi walifikia hitimisho kwamba wanaona jambo la kuingizwa kwa umeme kwa Faraday. Hughes alikasirika, hakujiamini na kuchapisha matokeo tu mnamo 1899, wakati nadharia ya Maxwell-Hertz ilipokubaliwa kwa ujumla. Mfano huu unapendekeza kwamba katika sayansi, usambazaji unaoendelea na uenezi wa matokeo yaliyopatikana mara nyingi sio muhimu kuliko matokeo ya kisayansi yenyewe.
Heinrich Hertz alitoa muhtasari wa matokeo ya majaribio yake: “Majaribio yaliyofafanuliwa, angalau inaonekana kwangu, yanaondoa shaka juu ya utambulisho wa mwanga, mionzi ya joto na mwendo wa mawimbi ya umeme.”
Sura ya 1
VIGEZO VYA MSINGI VYA MAWIMBI YA ELECTROMAGNETIC
Ni nini wimbi la sumakuumeme linaweza kuonyeshwa kwa urahisi kwa kutumia mfano ufuatao. Ukitupa kokoto juu ya uso wa maji, mawimbi yataunda juu ya uso, yakienea kwa miduara. Wanahama kutoka chanzo cha asili yao (vurugu) kwa kasi fulani ya uenezi. Kwa mawimbi ya sumakuumeme, usumbufu ni uwanja wa umeme na sumaku unaosonga angani. Sehemu ya sumakuumeme inayobadilika kwa wakati husababisha kuonekana kwa uwanja wa sumaku unaopishana, na kinyume chake. Maeneo haya yanahusiana.
Chanzo kikuu cha wigo wa mawimbi ya sumakuumeme ni nyota ya Jua. Sehemu ya wigo wa mawimbi ya sumakuumeme inaonekana kwa jicho la mwanadamu. Wigo huu upo ndani ya kiwango cha 380 ... 780 nm (Mchoro 1.1). Katika wigo unaoonekana, jicho huhisi mwanga tofauti. Mitetemo ya sumakuumeme yenye urefu tofauti wa mawimbi husababisha hisia ya mwanga na rangi tofauti.
Sehemu ya mawimbi ya sumakuumeme hutumiwa kwa madhumuni ya televisheni na mawasiliano. Chanzo cha mawimbi ya umeme ni waya (antenna) ambayo chaji za umeme huzunguka. Mchakato wa malezi ya shamba, ambayo ilianza karibu na waya, hatua kwa hatua, hatua kwa hatua, inashughulikia nafasi nzima. Kadiri mzunguko wa mzunguko wa sasa unavyopita kupitia waya na kutoa uwanja wa umeme au sumaku, ndivyo mawimbi ya redio ya urefu fulani yaliyoundwa na waya yanazidi kuwa makali.
Mawimbi ya sumakuumeme yana sifa kuu zifuatazo.
1. Urefu wa mawimbi lв, ni umbali mfupi zaidi kati ya nukta mbili kwenye nafasi ambapo awamu ya wimbi la sumakuumeme hubadilika kwa 360°. Awamu ni hali (hatua) ya mchakato wa mara kwa mara (Mchoro 1.2).
Utangazaji wa televisheni ya nchi kavu hutumia mita (MB) na mawimbi ya desimita (UHF), wakati utangazaji wa satelaiti unatumia mawimbi ya sentimita (CM). Kadiri masafa ya masafa ya SM yanavyojazwa, masafa ya mawimbi ya milimita (Ka-band) yatadhibitiwa.
2. Kipindi cha oscillation ya wimbi T- wakati ambapo mabadiliko moja kamili katika nguvu ya shamba hutokea, yaani wakati ambapo hatua ya wimbi la redio, kuwa na awamu fulani ya kudumu, husafiri njia sawa na urefu wa wimbi lв.
3. Mzunguko wa oscillations ya shamba la umeme F(idadi ya oscillations ya shamba kwa pili) imedhamiriwa na formula
Kitengo cha kipimo cha mzunguko ni hertz (Hz), mzunguko ambao oscillation moja hutokea kwa pili. Katika utangazaji wa satelaiti unapaswa kushughulika sana masafa ya juu oscillations electromagnetic kipimo katika gigahertz.
Kwa utangazaji wa televisheni ya moja kwa moja ya satelaiti (SNTV) juu ya kiungo cha Space-Earth, bendi ya chini ya C-band na sehemu ya Ku bendi (10.7...12.75 GGi) hutumiwa. Sehemu ya juu Masafa haya hutumika kusambaza habari kwenye safu ya Dunia - Nafasi (Jedwali 1.1).
4. Kasi ya wimbi NA - kasi ya uenezi wa wimbi mfululizo kutoka kwa chanzo cha nishati (antenna).
Kasi ya uenezi wa mawimbi ya redio katika nafasi ya bure (utupu) ni mara kwa mara na sawa na kasi ya mwanga C = 300,000 km / s. Licha ya kasi hiyo ya juu, wimbi la umeme linasafiri kwenye mstari wa Dunia - Nafasi - Dunia kwa muda wa 0.24 s. Duniani, matangazo ya redio na televisheni yanaweza kupokelewa karibu mara moja popote. Wakati wa kueneza katika nafasi halisi, kwa mfano katika hewa, kasi ya wimbi la redio inategemea mali ya kati; kawaida ni kidogo. NA juu ya thamani ya faharisi ya refractive ya kati.
Mzunguko wa mawimbi ya sumakuumeme F, kasi ya uenezi wao C na urefu wa wimbi L yanahusiana na uhusiano.
lv=C/F, na tangu F=1/T kisha lv=С*T.
Kubadilisha thamani ya kasi C = 300,000 km / s kwenye formula ya mwisho, tunapata
lv(m)=3*10^8/F(m/s*1/Hz)
Kwa masafa ya juu, urefu wa wimbi la oscillation ya sumakuumeme unaweza kuamuliwa na formula lv(m)=300/F(MHz) Kujua urefu wa wimbi la oscillation ya sumakuumeme, frequency imedhamiriwa na formula F(MHz)=300/lv. (m)
5. Polarization ya mawimbi ya redio. Vipengele vya umeme na sumaku vya uwanja wa sumakuumeme vinaonyeshwa kwa mtiririko huo na vekta E na N, ambazo zinaonyesha thamani ya nguvu za shamba na mwelekeo wao. Polarization ni mwelekeo wa vector ya shamba la umeme E mawimbi yanayohusiana na uso wa dunia (Mchoro 1.2).
Aina ya polarization ya mawimbi ya redio imedhamiriwa na mwelekeo (msimamo) wa antenna ya kupitisha kuhusiana na uso wa dunia. Televisheni ya nchi kavu na ya setilaiti hutumia mgawanyiko wa mstari, yaani mlalo N na wima V (Mchoro 1.3).
Mawimbi ya redio yenye vekta ya uwanja wa umeme ya usawa huitwa polarized kwa usawa, na wale walio na uwanja wa umeme wa wima huitwa polarized vertically. Ndege ya polarization ya mawimbi ya mwisho ni wima, na vector N(tazama Mchoro 1.2) iko kwenye ndege ya usawa.
Ikiwa antenna ya kupitisha imewekwa kwa usawa juu ya uso wa dunia, basi mistari ya uwanja wa umeme pia itapatikana kwa usawa. Katika kesi hii, uwanja utashawishi nguvu kubwa zaidi ya umeme (EMF) katika mlalo
Kielelezo 1.4. Ugawanyiko wa mviringo wa mawimbi ya redio:
LZ- kushoto; RZ- haki
iko katika eneo la kupokea antena. Kwa hiyo, lini N polarization ya mawimbi ya redio, antenna ya kupokea lazima ielekezwe kwa usawa. Katika kesi hii, kinadharia hakutakuwa na mapokezi ya mawimbi ya redio kwenye antenna iliyoko kwa wima, kwani emf iliyoingizwa kwenye antenna ni sifuri. Kinyume chake, wakati antenna ya kusambaza iko katika nafasi ya wima, antenna ya kupokea lazima pia iwekewe kwa wima, ambayo itawawezesha kupata EMF ya juu zaidi.
Katika utangazaji wa televisheni kutoka kwa satelaiti za Ardhi ya bandia (AES), pamoja na polarizations ya mstari, polarization ya mviringo hutumiwa sana. Hii imeunganishwa, isiyo ya kawaida, na hali ya msongamano katika ether, kwani katika obiti kuna idadi kubwa ya satelaiti za mawasiliano na satelaiti kwa ajili ya utangazaji wa moja kwa moja (moja kwa moja) wa televisheni.
Mara nyingi katika jedwali la vigezo vya satelaiti hutoa jina fupi la aina ya polarization ya mviringo - L na R. Polarization ya mviringo ya mawimbi ya redio huundwa, kwa mfano, na ond ya conical kwenye malisho ya antenna ya kupeleka. Kulingana na mwelekeo wa vilima vya ond, polarization ya mviringo ni ya kushoto au ya kulia (Mchoro 1.4).
Ipasavyo, polarizer lazima iwekwe kwenye malisho ya antenna ya runinga ya satelaiti, ambayo inajibu kwa mgawanyiko wa mviringo wa mawimbi ya redio iliyotolewa na antenna ya kusambaza ya satelaiti.
Wacha tuzingatie maswala ya urekebishaji wa oscillations ya juu-frequency na wigo wao wakati unapitishwa kutoka kwa satelaiti. Inashauriwa kufanya hivyo kwa kulinganisha na mifumo ya utangazaji ya nchi kavu.
Mgawanyiko kati ya masafa ya mtoa huduma wa picha na sauti ni 6.5 MHz, salio la ukanda wa chini (upande wa kushoto wa mtoa picha) ni 1.25 MHz, na upana wa kituo cha sauti ni 0.5 MHz.
(Mchoro 1.5). Kwa kuzingatia hili, upana wa jumla wa kituo cha televisheni unadhaniwa kuwa 8.0 MHz (kulingana na viwango vya D na K vilivyopitishwa katika nchi za CIS).
Kituo cha runinga kinachosambaza kina visambaza sauti viwili. Mmoja wao hupeleka ishara za picha za umeme, na nyingine hupeleka sauti, kwa mtiririko huo, kwa masafa tofauti ya carrier. Mabadiliko katika baadhi ya parameter ya oscillation ya carrier high-frequency (nguvu, mzunguko, awamu, nk) chini ya ushawishi wa oscillations ya chini-frequency inaitwa modulation. Aina mbili kuu za urekebishaji hutumiwa: moduli ya amplitude (AM) na modulation frequency (FM). Katika televisheni, ishara za picha hupitishwa kutoka AM, na sauti kutoka kwa FM. Baada ya modulation, vibrations vya umeme huimarishwa kwa nguvu, kisha huingia kwenye antenna ya kupitisha na hutolewa nayo kwenye nafasi (ether) kwa namna ya mawimbi ya redio.
Katika utangazaji wa televisheni ya dunia, kwa sababu kadhaa, haiwezekani kutumia FM kwa kupeleka ishara za picha. Kwenye SM kuna nafasi nyingi zaidi hewani na fursa kama hiyo ipo. Matokeo yake, kituo cha satelaiti (transponder) kinachukua bendi ya mzunguko wa 27 MHz.
Manufaa ya urekebishaji wa masafa ya ishara ya mtoaji mdogo:
unyeti wa chini wa kuingiliwa na kelele ikilinganishwa na AM, unyeti mdogo kwa kutokuwa na mstari wa sifa za nguvu za njia za maambukizi ya ishara, pamoja na utulivu wa maambukizi kwa umbali mrefu. Tabia hizi zinafafanuliwa na uthabiti wa kiwango cha ishara kwenye chaneli za upitishaji, uwezekano wa kufanya marekebisho ya masafa ya msisitizo wa awali, ambayo ina athari ya faida kwa uwiano wa ishara hadi kelele, shukrani ambayo FM inaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa nguvu ya kisambaza data wakati wa kusambaza habari kwa umbali sawa. Kwa mfano, mifumo ya utangazaji ya nchi kavu hutumia visambaza sauti ambavyo vina nguvu mara 5 zaidi kusambaza mawimbi ya picha kwenye kituo kimoja cha televisheni kuliko kusambaza mawimbi ya sauti.
Mionzi ya sumakuumeme ipo muda wote Ulimwengu wetu unaishi. Ilichukua jukumu muhimu katika mageuzi ya maisha duniani. Kwa kweli, hii ni hali ya hasira uwanja wa sumakuumeme, kusambazwa katika nafasi.
Tabia za mionzi ya umeme
Wimbi lolote la sumakuumeme linaelezewa kwa kutumia sifa tatu.
1. Mzunguko.
2. Polarization.
Polarization- moja ya sifa kuu za wimbi. Inaelezea anisotropy transverse ya mawimbi ya sumakuumeme. Mionzi inachukuliwa kuwa polarized wakati oscillations zote za wimbi hutokea katika ndege moja.
Jambo hili linatumika kikamilifu katika mazoezi. Kwa mfano, katika sinema wakati wa kuonyesha filamu za 3D.
Kwa kutumia polarization, glasi za IMAX hutenganisha picha ambayo imekusudiwa macho tofauti. 
Mzunguko- idadi ya mikondo ya mawimbi inayopita na mwangalizi (in kwa kesi hii- kigunduzi) kwa sekunde moja. Inapimwa katika Hertz.
Urefu wa mawimbi- umbali maalum kati ya pointi za karibu za mionzi ya umeme, oscillations ambayo hutokea katika awamu sawa.
Mionzi ya sumakuumeme inaweza kuenea kwa karibu kati yoyote: kutoka kwa jambo mnene hadi utupu.
Kasi ya uenezi katika utupu ni kilomita elfu 300 kwa sekunde.
Mtazamo wa kuvutia Kwa habari juu ya asili na mali ya mawimbi ya EM, tazama video hapa chini:
Aina za mawimbi ya sumakuumeme
Mionzi yote ya sumakuumeme imegawanywa na mzunguko. 
1. Mawimbi ya redio. Kuna fupi, fupi zaidi, ndefu zaidi, ndefu, za kati.
Urefu wa mawimbi ya redio huanzia 10 km hadi 1 mm, na kutoka 30 kHz hadi 300 GHz.
Vyanzo vyao vinaweza kuwa shughuli za binadamu na asili mbalimbali matukio ya anga.
2. . Urefu wa wimbi ni kati ya 1mm hadi 780nm, na inaweza kufikia hadi 429 THz. Mionzi ya infrared pia inaitwa mionzi ya joto. Msingi wa maisha yote kwenye sayari yetu.
3. Nuru inayoonekana. Urefu wa 400 - 760/780 nm. Ipasavyo, inabadilika kati ya 790-385 THz. Hii inajumuisha wigo mzima wa mionzi ambayo inaweza kuonekana kwa jicho la mwanadamu.
4. . Urefu wa wimbi ni mfupi kuliko ule wa mionzi ya infrared.
Inaweza kufikia hadi 10 nm. mawimbi hayo ni makubwa sana - kuhusu 3x10 ^ 16 Hz.
5. X-rays. mawimbi ni 6x10 ^ 19 Hz, na urefu ni kuhusu 10 nm - 5 pm.
6. Mawimbi ya Gamma. Hii inajumuisha mionzi yoyote ambayo ni kubwa kuliko X-rays, na urefu ni mfupi. Chanzo cha mawimbi hayo ya umeme ni cosmic, michakato ya nyuklia.
Upeo wa maombi
Mahali fulani kuanzia marehemu XIX karne nyingi, maendeleo yote ya mwanadamu yalihusishwa na matumizi ya vitendo mawimbi ya sumakuumeme.
Jambo la kwanza linalofaa kutajwa ni mawasiliano ya redio. Iliwapa watu fursa ya kuwasiliana, hata kama walikuwa mbali na kila mmoja.
Utangazaji wa satelaiti, mawasiliano ya simu ni maendeleo zaidi mawasiliano ya redio ya zamani.
Ni teknolojia hizi ambazo zilitengeneza mazingira ya habari jamii ya kisasa.
Vyanzo vya mionzi ya sumakuumeme vinapaswa kuzingatiwa kuwa vifaa vikubwa vya viwandani na njia mbali mbali za nguvu.
Mawimbi ya umeme hutumiwa kikamilifu katika masuala ya kijeshi (rada, vifaa vya umeme vya tata). Pia, dawa haikuweza kufanya bila matumizi yao. Mionzi ya infrared inaweza kutumika kutibu magonjwa mengi.
X-rays kusaidia kuamua uharibifu wa tishu za ndani za binadamu.
Lasers hutumiwa kufanya idadi ya shughuli zinazohitaji usahihi wa uhakika. 
Umuhimu wa mionzi ya sumakuumeme katika maisha ya vitendo ya binadamu ni vigumu kukadiria.
Video ya Soviet kuhusu uwanja wa sumakuumeme:
Athari mbaya zinazowezekana kwa wanadamu
Licha ya manufaa yake, vyanzo vikali mionzi ya umeme inaweza kusababisha dalili zifuatazo:
Uchovu;
Kichefuchefu.
Mfiduo mwingi kwa aina fulani za mawimbi husababisha uharibifu viungo vya ndani, kati mfumo wa neva, ubongo. Mabadiliko katika psyche ya binadamu yanawezekana.
Video ya kuvutia kuhusu athari za mawimbi ya EM kwa wanadamu:
Ili kuepuka matokeo hayo, karibu nchi zote duniani zina viwango vinavyosimamia usalama wa sumakuumeme. Kila aina ya mionzi ina nyaraka zake za udhibiti (viwango vya usafi, viwango vya usalama wa mionzi). Athari za mawimbi ya sumakuumeme kwa wanadamu hazijasomwa kikamilifu, kwa hivyo WHO inapendekeza kupunguza udhihirisho wao.
Inapakia...