Depositfiles'den indirin
3.2.2 Elektromanyetik dalgaların yayılması
Genel olarak, elektrik yükleri ve hareketleri tarafından üretilen elektromanyetik alanlar arasında, gerçek radyasyona, kaynaklarından en uzağa yayılabilen alternatif elektromanyetik alanların bir parçası olarak atıfta bulunulur - hareketli yükler, mesafe ile en yavaş bozunma. . Bu radyasyona elektromanyetik dalgalar denir.
Elektromanyetik dalgalar hemen hemen tüm ortamlarda yayılma yeteneğine sahiptir. Bir boşlukta (elektromanyetik dalgaları emen veya yayan madde ve cisimlerden arınmış bir boşluk), elektromanyetik dalgalar, sönümlemeden keyfi olarak büyük mesafelere yayılır, ancak bazı durumlarda maddeyle dolu bir alanda oldukça iyi yayılır (davranışlarını hafifçe değiştirir).
Mesafeleri ölçmek için tabloda belirtilen hemen hemen tüm aralıklardaki elektromanyetik dalgalar kullanılır. 3.1, optik aralıktaki ultraviyole radyasyon, kısa radyo dalgaları ve iyonlaştırıcı radyasyon hariç.
Elektromanyetik dalgalar kullanarak mesafeleri ölçerken, hem menzil hem de doğruluk, yayılma koşullarından büyük ölçüde etkilenir. Bu, bütün bir faktör kompleksi olarak anlaşılır: dalgaların özellikleri, alttaki yüzeyin doğası, günün saati, atmosferin meteorolojik koşulları, vb.
Işık dalgaları ve VHF dalgaları neredeyse düz bir çizgide yayılır.
Kırınım Radyo mesafe bulucularda ve VHF sistemlerinde kullanılan santimetre dalgaları o kadar küçüktür ki, Dünya yüzeyinin etrafında bükülmeye yol açmazlar. Küçük bir ölçüde böyle bir bükülme, yalnızca refraksiyon .
(Kırınım - bu, dalga yayılımı sırasında geometrik optik yasalarından sapma olgusudur. Özellikle bu, ışık huzmesinin yayılmasının düzlüğünden bir sapmadır. Refraksiyon veya refraksiyon - bu, bu dalgalar için şeffaf olan iki ortam arasındaki arayüzde veya sürekli değişen özelliklere sahip bir ortamın kütlesinde meydana gelen elektromanyetik radyasyonun yayılma yönündeki bir değişikliktir).
VHF sistemlerinin maksimum aralığı sınırlarla sınırlıdır Görüş Hattı
... Dünyanın fiziksel yüzeyindeki görüş hattı sınırları, antenlerin yüksekliğine ve araziye bağlıdır. Sadece küresel Dünya'nın eğriliğini (kabartma olmadan) hesaba katarsak ve kırılmayı ihmal edersek, iki nokta arasındaki sınırlayıcı görüş hattı mesafesi noktaların yükseklikleri tarafından belirlenir. 
ve 
Aşağıdaki şekilde:
nerede kilometre ve yükseklik metre cinsinden ifade edilir.
Yörüngenin kırılma eğriliği (normal kırılma ile) dikkate alındığında, denklem (3.29)'daki 3.57 katsayısı, radyo dalgaları için 4.12 ve optik dalgalar için 3.83 ile değiştirilir, yani. kırılma, görüş hattı mesafesini radyo dalgaları için yaklaşık %15 ve optik dalgalar için %7 artırır.
Örneğin, telemetre ve reflektör antenler sıradan bir ahşap üçayak üzerine monte edilmişse, yani. 
, daha sonra formül (3.29) ile hesaplanan görüş hattı mesafesi 
... Antenler bir yüksekliğe kaldırılırsa 
, o zaman görüş hattı mesafesi 
.
Optik dalgalar için, doğrudan görüş hattına ek olarak, optik görünürlük (şeffaflık) .
Uzun ve orta radyo dalgalarının yayılımının kendine has özellikleri vardır. En önemli özelliği, 60 km'den daha yükseklerde bulunan atmosferin yüksek iyonize katmanlarından yansımadır.
Bu, yalnızca Dünya'nın yüzeyi boyunca yayılan doğrudan bir dalganın (yüzey dalgası) değil, aynı zamanda iyonosferden yansıyan bir dalganın da - sözde gökyüzü dalgası (Şekil 3.11) alıcı noktaya ulaşabileceği gerçeğine yol açar. Yüzey ve uzay dalgalarının buluştuğu alanda, yararlı sinyali ileten yüzey dalgasının genlik ve fazda bozulmalar alması nedeniyle parazitleri meydana gelir ve alıcı ekipman böyle bir alandaysa, ölçümler çok zor olabilir ve çoğu zaman imkansızdır.
İyonosferden yansıyan uzaysal bir dalga, kabartmasıyla birlikte Dünya'nın şeklinin engeller oluşturduğu bir yüzey dalgasından çok daha büyük mesafelerde yayılabilir. Kırınım nedeniyle, bu engeller yüzey dalgası tarafından bükülebilir ve yayılma aralığı, dünya yüzeyinin emici özelliklerine bağlıdır. Bir gökyüzü dalgası için, iyonosferik katmanlardan çoklu yansımalarla iyonosfer ve dünya yüzeyi tarafından da kısmen emilir. Dünya yüzeyi tarafından absorpsiyon dalga boyuna, polarizasyonuna ve alttaki spesifik yüzeyin elektriksel özelliklerine bağlıdır.
Bir gökyüzü dalgasının iyonosferden çok sayıda yansıması olan uzun menzilli yayılma özelliği, radyo iletişiminde, yayıncılıkta ve uzun mesafeli radyo navigasyonunda başarıyla kullanılmaktadır. Ancak radyo jeodezik amaçları için bir gökyüzü dalgasının kullanımı imkansız, çünkü geçişinin geometrisi katı muhasebeye tabi değildir. Bu nedenle doğru ölçümler için sadece yüzey dalgası kullanılmalıdır .
Yukarıdakilere dayanarak, jeodezik ölçümler amacıyla sadece optik ve VHF aralığının dalgaları uygundur .
Optik dalga boyu aralığındaki jeodezik telemetreler, esas olarak 10 km'ye kadar olan mesafeleri ölçmek için kullanılır.
Jeodezik radyo mesafe bulucuları, onlarca kilometrelik mesafeleri ölçmek için kullanılır.
Bununla birlikte, şu anda, neredeyse tüm jeodezik telemetre üreticileri, radyo telemetre üretmeyi durdurdu ve çabalarını, telemetrenin ayrılmaz bir parçası olduğu optik telemetre veya elektronik toplam istasyonlar üzerinde yoğunlaştırdı. Bu durum, jeodezik çalışma uygulamasında, dünya yüzeyindeki noktaların koordinatlarını doğru bir şekilde belirlemenin mümkün olduğu, küresel uydu navigasyon sistemleri tarafından sağlanan teknolojilerin yaygınlaşmasıyla açıklanmaktadır. Ancak radyo telemetreleri tam da bu görev için tasarlandı. Radyo mesafe bulucu kullanılarak ölçülen noktalar arasındaki mesafe daha sonra belirlenecek noktanın koordinatlarını hesaplamak için kullanıldı. GNSS alıcılarının kullanılması, noktalar arasındaki mesafeyi ölçmenin ara işlemini hariç tutmayı ve belirlenen noktanın koordinatlarını hemen elde etmeyi mümkün kılar.
Elektromanyetik dalgalar, elektromanyetik alanların uzayda ve zamanda yayılmasıdır.
Yukarıda belirtildiği gibi, elektromanyetik dalgaların varlığı, 1864'te büyük İngiliz fizikçi J. Maxwell tarafından teorik olarak tahmin edildi. O zamana kadar bilinen tüm elektrodinamik yasalarını analiz etti ve bunları zamanla değişen elektrik ve manyetik alanlara uygulama girişiminde bulundu. Bir girdap elektrik alanı kavramını fiziğe soktu ve 1831'de Faraday tarafından keşfedilen elektromanyetik indüksiyon yasasının yeni bir yorumunu önerdi: manyetik alandaki herhangi bir değişiklik, çevreleyen alanda bir girdap elektrik alanı, kuvvet çizgileri üretir. hangileri kapalı.
Ters sürecin varlığı hakkında bir hipotez ortaya koydu: zamanla değişen bir elektrik alanı, çevreleyen alanda bir manyetik alan oluşturur. Maxwell, yeni bir madde formunun - elektromanyetik alanın dinamiklerini tanımlayan ilk kişiydi ve elektromanyetik alanın özelliklerini kaynaklarıyla - elektrik yükleri ve akımlarla birleştiren bir denklem sistemi (Maxwell denklemleri) türetti. Bir elektromanyetik dalgada, elektrik ve manyetik alanların karşılıklı dönüşümleri gerçekleşir. Şekil 2 a, b, elektrik ve manyetik alanların karşılıklı dönüşümünü göstermektedir.
Şekil 2 - Elektrik ve manyetik alanların karşılıklı dönüşümü: a) Maxwell'in yorumunda elektromanyetik indüksiyon yasası; b) Maxwell'in hipotezi. Değişen bir elektrik alanı bir manyetik alan oluşturur
Elektromanyetik alanın elektrik ve manyetik alana bölünmesi, referans çerçevesinin seçimine bağlıdır. Gerçekten de, bir referans çerçevesinde duran yüklerin çevresinde yalnızca bir elektrik alanı vardır; ancak aynı yükler başka bir referans çerçevesine göre hareket edecek ve bu referans çerçevesinde elektriğe ek olarak bir manyetik alan da oluşturacaktır. Böylece, Maxwell'in teorisi elektriksel ve manyetik olayları birbirine bağladı.
Salınımlı yüklerin yardımıyla alternatif bir elektrik veya manyetik alanı uyarırsanız, çevreleyen alanda noktadan noktaya yayılan bir dizi karşılıklı elektrik ve manyetik alan dönüşümü ortaya çıkar. Bu alanların her ikisi de girdaptır ve vektörler ve karşılıklı olarak dik düzlemlerde bulunur. Bir elektromanyetik alanın yayılma süreci, Şek. 3'te şematik olarak gösterilmiştir. Zaman ve uzayda periyodik olan bu süreç bir elektromanyetik dalgadır.
Şekil 3 - Bir elektromanyetik alanın yayılma süreci
Bu hipotez yalnızca teorik bir varsayımdı ve deneysel doğrulaması yoktu, ancak temelinde, Maxwell elektrik ve manyetik alanların karşılıklı dönüşümlerini tanımlayan tutarlı bir denklem sistemi, yani elektromanyetik denklemler sistemi yazabildi. alan.
Bu nedenle, Maxwell'in teorisinden bir dizi önemli sonuç çıkar - elektromanyetik dalgaların temel özellikleri.
Elektromanyetik dalgalar var, yani. uzayda ve zamanda yayılan bir elektromanyetik alan.
Doğada, elektriksel ve manyetik olaylar tek bir sürecin iki yüzü gibi hareket eder.
Elektromanyetik dalgalar, salınan yükler tarafından yayılır. İvmenin varlığı, elektromanyetik dalgaların yayılması için ana koşuldur, yani.
- - manyetik alandaki herhangi bir değişiklik, çevreleyen alanda bir girdap elektrik alanı oluşturur (Şekil 2a).
- - elektrik alanındaki herhangi bir değişiklik, çevreleyen alanda, indüksiyon çizgileri alternatif elektrik alanının yoğunluk çizgilerine dik bir düzlemde bulunan ve onları kaplayan bir girdap manyetik alanı uyarır (Şekil 2b).
Ortaya çıkan manyetik alanın indüksiyon çizgileri, vektörle bir "sağ vida" oluşturur. Elektromanyetik dalgalar enine - vektörlerdir ve birbirine diktir ve dalga yayılma yönüne dik bir düzlemde bulunur (Şekil 4).
Şekil 4 - Enine elektromanyetik dalgalar
Elektrik alanındaki (E yoğunluğunun vektörü) periyodik değişiklikler, değişen bir manyetik alan (indüksiyon vektörü B) oluşturur ve bu da değişen bir elektrik alanı oluşturur. E ve B vektörlerinin salınımları, karşılıklı olarak dik düzlemlerde ve dalga yayılma çizgisine (hız vektörü) dik olarak meydana gelir ve herhangi bir noktada fazda çakışır. Elektromanyetik bir dalgadaki elektrik ve manyetik alanların kuvvet çizgileri kapalıdır. Bu tür alanlara girdap denir.
Elektromanyetik dalgalar, madde içinde sınırlı bir hızla yayılır ve bu, kısa menzilli etki teorisinin geçerliliğini bir kez daha doğruladı.
Maxwell'in elektromanyetik dalgaların sonlu yayılma hızıyla ilgili vardığı sonuç, o sırada benimsenen, elektrik ve manyetik alanların yayılma hızının sonsuz büyük olduğu varsayılan uzun menzilli eylem teorisiyle çelişiyordu. Bu nedenle, Maxwell'in teorisine kısa menzilli eylem teorisi denir.
Bu tür dalgalar sadece gazlarda, sıvılarda ve katılarda değil, aynı zamanda vakumda da yayılabilir.
Elektromanyetik dalgaların vakumdaki hızı c = 300000 km/sn. Elektromanyetik dalgaların boşlukta yayılma hızı, temel fiziksel sabitlerden biridir.
Bir elektromanyetik dalganın bir dielektrikte yayılması, dalganın alternatif elektrik alanında zorunlu salınımlara maruz kalan maddenin elektronları ve iyonları tarafından elektromanyetik enerjinin sürekli olarak emilmesi ve yeniden yayımlanmasıdır. Bu durumda dielektrikte dalga hızı azalır.
Elektromanyetik dalgalar enerji taşır. Dalgalar yayıldığında, bir elektromanyetik enerji akışı meydana gelir. Dalga yayılma yönüne dik olarak yönlendirilmiş S alanını (Şek. 4) seçerseniz, kısa sürede Ät enerjisi ÄWem alandan eşit olarak akacaktır.
ÄWem = (wэ + wм) хSДt.
Bir ortamdan diğerine geçerken dalga frekansı değişmez.
Elektromanyetik dalgalar madde tarafından emilebilir. Bu, yüklü madde parçacıkları tarafından enerjinin rezonans absorpsiyonundan kaynaklanmaktadır. Dielektrik parçacıkların salınımlarının doğal frekansı elektromanyetik dalganın frekansından büyük ölçüde farklıysa, absorpsiyon zayıf bir şekilde gerçekleşir ve ortam elektromanyetik dalgaya karşı şeffaf hale gelir.
İki ortam arasındaki arayüze gelince, dalganın bir kısmı yansır ve bir kısmı kırılarak başka bir ortama geçer. İkinci ortam bir metal ise, ikinci ortama geçen dalga hızla bozulur ve enerjinin çoğu (özellikle düşük frekanslı salınımlar için) birinci ortama yansıtılır (metaller elektromanyetik dalgalara karşı opaktır).
Ortamda yayılan elektromanyetik dalgalar, diğer dalgalar gibi, ortam, dağılım, soğurma, girişim arasındaki arayüzde kırılma ve yansıma yaşayabilir; homojen olmayan ortamlarda yayılırken, dalgaların kırınımı, dalgaların saçılması ve diğer fenomenler gözlenir.
Maxwell'in teorisinden, elektromanyetik dalgaların soğuran veya yansıtan bir cisim üzerinde baskı yapması gerektiği sonucu çıkar. Elektromanyetik radyasyonun basıncı, dalganın elektrik alanının etkisi altında, maddede, yani yüklü parçacıkların düzenli hareketinde zayıf akımların ortaya çıkmasıyla açıklanır. Bu akımlar, maddenin kalınlığına yönlendirilen dalganın manyetik alanının yanından Amper kuvveti tarafından etki edilir. Bu kuvvet, ortaya çıkan basıncı yaratır. Genellikle elektromanyetik radyasyonun basıncı ihmal edilebilir düzeydedir. Örneğin, kesinlikle emici bir yüzey üzerinde Dünya'ya ulaşan güneş radyasyonunun basıncı yaklaşık 5 μPa'dır.
Maxwell teorisinin sonucunu doğrulayan yansıtıcı ve emici cisimler üzerindeki radyasyon basıncını belirleyen ilk deneyler, Moskova Üniversitesi P.N.'nin seçkin fizikçisi tarafından gerçekleştirildi. 1900'de Lebedev. Böyle küçük bir etkinin keşfi, ondan bir deney kurma ve yürütme konusunda olağanüstü bir ustalık ve beceri gerektiriyordu. 1900'de katılar ve 1910'da gazlar üzerindeki hafif basıncı ölçebildi. P.I.'nin ana kısmı. Işık basıncını ölçmek için Lebedev, havası alınmış bir kap içinde elastik bir iplikle (Şekil 5) asılı 5 mm çapında hafif disklerden yapılmıştır.
Şekil 5 - Deney P.I. Lebedeva
Diskler çeşitli metallerden yapılmıştır ve deneyler sırasında değiştirilebilir. Güçlü bir elektrik arkından gelen ışık disklere yönlendirildi. Disklerin üzerine ışık gelmesi sonucunda filaman bükülmüş ve diskler yön değiştirmiştir. P.I.'nin deneylerinin sonuçları. Lebedev, Maxwell'in elektromanyetik teorisiyle tamamen tutarlıydı ve onaylanması için büyük önem taşıyordu.
Elektromanyetik dalgaların basıncının varlığı, elektromanyetik alanın doğasında mekanik bir dürtü olduğu sonucuna varmamızı sağlar.Birim hacimdeki elektromanyetik alanın kütlesi ve enerjisi arasındaki bu ilişki, evrensel bir doğa yasasıdır. Özel görelilik kuramına göre, doğası ve iç yapısı ne olursa olsun her cisim için geçerlidir.
Işık dalgasının basıncı çok küçük olduğu için günlük hayatta karşılaştığımız olaylarda önemli bir rol oynamaz. Ancak, uzayda ve ölçekte zıt mikroskobik sistemlerde, bu etkinin rolü keskin bir şekilde artar. Böylece, her yıldızın maddenin dış katmanlarının merkeze olan çekim kuvveti, yıldızın derinliklerinden dışarıya gelen ışığın basıncının önemli bir katkısı olan bir kuvvetle dengelenir. Mikrokozmosta, ışığın basıncı, örneğin bir atomun ışık geri tepmesi fenomeninde kendini gösterir. Işık yaydığında uyarılmış bir atom tarafından deneyimlenir.
Işık basıncı, astrofiziksel olaylarda, özellikle kuyruklu yıldız kuyruklarının, yıldızların vb. oluşumunda önemli bir rol oynar. Işık basıncı, güçlü kuantum ışık jeneratörlerinin (lazerlerin) radyasyonunun odak noktalarında önemli bir değere ulaşır. Böylece, ince bir metal plakanın yüzeyinde odaklanmış lazer radyasyonunun basıncı, bozulmasına, yani plakada bir deliğin ortaya çıkmasına neden olabilir. Böylece elektromanyetik alan, maddi cisimlerin tüm özelliklerine sahiptir - enerji, sonlu yayılma hızı, momentum, kütle. Bu, elektromanyetik alanın maddenin varoluş biçimlerinden biri olduğunu gösterir.
Elektromanyetik dalgaların keşfi, deney ve teorinin etkileşiminin dikkate değer bir örneğidir. Fiziğin görünüşte kesinlikle birbirine benzemeyen özellikleri - elektrik ve manyetizma - nasıl birleştirdiğini ve onlarda aynı fiziksel fenomenin farklı yönlerini - elektromanyetik etkileşimi ortaya çıkardığını gösterir. Bugün, güçlü ve zayıf nükleer etkileşimleri ve yerçekimini de içeren bilinen dört temel fiziksel etkileşimden biridir. Elektro-zayıf etkileşim teorisi, birleşik bir bakış açısından elektromanyetik ve zayıf nükleer kuvvetleri tanımlayan halihazırda oluşturulmuştur. Elektrozayıf ve güçlü etkileşimleri kapsayan aşağıdaki birleştirici teori - kuantum kromodinamiği - vardır, ancak doğruluğu biraz daha düşüktür. Betimlemek Tümü sicim teorisi ve kuantum kütleçekimi gibi fiziğin alanları çerçevesinde bu yönde yoğun araştırmalar yapılmasına rağmen, birleşik bir konumdan temel etkileşimler henüz başarılı olmamıştır.
Elektromanyetik dalgalar teorik olarak büyük İngiliz fizikçi James Clark Maxwell tarafından tahmin edildi (muhtemelen ilk kez 1862'de "Fiziksel kuvvet çizgileri üzerinde" çalışmasında, ancak teorinin ayrıntılı bir açıklaması 1867'de yayınlandı). Michael Faraday'ın elektrik ve manyetik olayları betimleyen biraz saf resimlerini ve diğer bilim adamlarının sonuçlarını özenle ve büyük bir saygıyla katı matematiksel dile çevirmeye çalıştı. Tüm elektriksel ve manyetik olayları aynı şekilde sıralayan Maxwell, bir dizi çelişki ve simetri eksikliği keşfetti. Faraday yasasına göre, alternatif manyetik alanlar elektrik alanları üretir. Ancak alternatif elektrik alanlarının manyetik olup olmadığı bilinmiyordu. Maxwell, elektrik alanı değiştiğinde bir manyetik alanın oluşumunu tanımlayan denklemlere ek bir terim ekleyerek çelişkiden kurtulmayı ve elektrik ve manyetik alanların simetrisini geri getirmeyi başardı. O zamana kadar, Oersted'in deneyleri sayesinde, doğru akımın iletken etrafında sabit bir manyetik alan oluşturduğu zaten biliniyordu. Yeni terim, manyetik alanın farklı bir kaynağını tanımladı, ancak Maxwell'in dediği hayali bir elektrik akımı olarak hayal edilebilirdi. önyargı akımı, iletkenler ve elektrolitlerdeki olağan akımdan - iletim akımından - ayırt etmek için. Sonuç olarak, alternatif manyetik alanların elektrik alanları ve alternatif elektrik alanları - manyetik oluşturduğu ortaya çıktı. Ve sonra Maxwell, böyle bir demette, salınan elektrik ve manyetik alanların onları oluşturan iletkenlerden ayrılabileceğini ve vakumda belirli ama çok yüksek bir hızda hareket edebileceğini fark etti. Bu hızı hesapladı ve saniyede yaklaşık üç yüz bin kilometre olduğu ortaya çıktı.
Bu sonuç karşısında şoke olan Maxwell, William Thomson'a (özellikle mutlak sıcaklık ölçeğini tanıtan Lord Kelvin) şöyle yazar: Fizeau'nun optik deneylerinden hesaplanan ışık hızıyla örtüşür ki, şu sonucu pek reddedemeyiz. ışık, elektriksel ve manyetik olaylara neden olan aynı ortamın enine titreşimlerinden oluşur.". Ve mektubun devamında: “İllerde yaşayan ve manyetik etkilerin yayılma hızının bulduğum ışık hızına yakınlığını bilmediğim için denklemlerimi aldım, bu yüzden düşünmek için her nedenim olduğunu düşünüyorum. tek ve aynı ortam olarak manyetik ve ışıklı ortam ... "
Maxwell'in denklemleri okul fizik dersinin kapsamının çok ötesine geçer, ancak o kadar güzel ve özlüdürler ki fizik ofisinde önemli bir yere yerleştirilmeleri gerekir, çünkü insan için önemli olan doğa fenomenlerinin çoğu şu şekilde tanımlanabilir: bu denklemlerin sadece birkaç satırı. Daha önce birbirine benzemeyen gerçekler birleştirildiğinde bilgi bu şekilde sıkıştırılır. İşte diferansiyel temsilde Maxwell denklemlerinin türlerinden biri. Beğenmek.
Maxwell'in hesaplamalarından cesaret kırıcı bir sonuç elde edildiğini vurgulamak isterim: elektrik ve manyetik alanların salınımları eninedir (kendisinin her zaman vurguladığı). Ve enine titreşimler yalnızca katılarda yayılır, sıvılarda ve gazlarda yayılmaz. O zamana kadar, katılardaki enine salınımların hızının (sadece sesin hızı), kabaca söylemek gerekirse, ortamın daha sert olduğu (Young modülü ne kadar büyük ve yoğunluk o kadar düşük) ve birkaç kilometreye ulaşabileceği güvenilir bir şekilde ölçüldü. her saniye. Enine bir elektromanyetik dalganın hızı, katılardaki ses hızından neredeyse yüz bin kat daha yüksekti. Ve sertliğin özelliğinin, kökteki bir katıdaki ses hızının denklemine dahil edildiğine dikkat edilmelidir. Elektromanyetik dalgaların (ve ışığın) içinden geçtiği ortamın korkunç elastik özelliklere sahip olduğu ortaya çıktı. Son derece zor bir soru ortaya çıktı: "Diğer bedenler böyle katı bir ortamda nasıl hareket eder ve onu hissetmezler?" Varsayımsal ortama, aynı anda garip ve genel olarak konuşursak, birbirini dışlayan özellikler - muazzam esneklik ve olağanüstü hafiflik - atfedilen eter adı verildi.
Maxwell'in çalışması çağdaş bilim adamları arasında şoka neden oldu. Faraday şaşırarak şöyle yazdı: "İlk başta soruya böyle bir matematiksel kuvvet uygulandığını gördüğümde korktum, ama sonra sorunun onu bu kadar iyi ele aldığını görünce şaşırdım." Maxwell'in görüşlerinin, o dönemde genel olarak bilinen kesme dalgalarının ve dalgaların yayılması hakkındaki tüm fikirleri altüst etmesine rağmen, bilge bilim adamları, ışık hızı ve elektromanyetik dalgaların çakışmasının temel bir sonuç olduğunu anladılar, bu da burada olduğunu söylüyor. fiziğin büyük bir atılımı olacak.
Ne yazık ki, Maxwell erken öldü ve hesaplamalarının güvenilir deneysel onayını göremedi. Uluslararası bilimsel görüş, 20 yıl sonra (1886-89) bir dizi deneyde elektromanyetik dalgaların oluşumunu ve alımını gösteren Heinrich Hertz'in deneyleri sonucunda değişti. Hertz sadece laboratuvarın sessizliğinde doğru sonucu elde etmekle kalmadı, aynı zamanda Maxwell'in görüşlerini tutkuyla ve tavizsiz bir şekilde savundu. Dahası, kendisini elektromanyetik dalgaların varlığının deneysel kanıtıyla sınırlamadı, aynı zamanda elektromanyetik dalgaların ışıkla tam özdeşliğini gösteren temel özelliklerini (aynalardan yansıma, prizmalarda kırılma, kırınım, girişim vb.) araştırdı.
Hertz'den yedi yıl önce, 1879'da İngiliz fizikçi David Edward Hughes'un (Hughes - DE Hughes) diğer önde gelen bilim adamlarına (aralarında parlak fizikçi ve matematikçi Georg-Gabriel Stokes da vardı) yayılmanın etkisini göstermesi ilginçtir. havadaki elektromanyetik dalgaların Tartışmalar sonucunda bilim adamları, Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon olgusunu gördükleri sonucuna vardılar. Hughes üzüldü, kendine inanmadı ve sonuçları yalnızca Maxwell-Hertz teorisinin genel kabul gördüğü 1899'da yayınladı. Bu örnek, bilimde elde edilen sonuçların sürekli olarak yaygınlaştırılmasının ve desteklenmesinin genellikle bilimsel sonucun kendisinden daha az önemli olmadığını söylüyor.
Heinrich Hertz deneylerinin sonuçlarını şöyle özetledi: "Tanımlanan deneyler, en azından bana öyle geliyor ki, ışığın, termal radyasyonun ve elektrodinamik dalga hareketinin kimliği hakkındaki şüpheleri ortadan kaldırıyor."
Bölüm 1
ELEKTROMANYETİK DALGALARIN TEMEL PARAMETRELERİ
Aşağıdaki örneği kullanarak bir elektromanyetik dalganın ne olduğunu hayal etmek kolaydır. Su yüzeyine bir çakıl atarsanız, yüzeyde daireler halinde birbirinden ayrılan dalgalar oluşur. Belli bir yayılma hızıyla kökenlerinin (bozulmasının) kaynağından hareket ederler. Elektromanyetik dalgalar için, bozulmalar uzayda hareket eden elektrik ve manyetik alanlardır. Zamanla değişen bir elektromanyetik alan, zorunlu olarak alternatif bir manyetik alanın ortaya çıkmasına neden olur ve bunun tersi de geçerlidir. Bu alanlar birbiriyle ilişkilidir.
Elektromanyetik dalga spektrumunun ana kaynağı yıldız Güneş'tir. Elektromanyetik dalgaların spektrumunun bir kısmı insan gözüyle görülebilir. Bu spektrum 380 ... 780 nm aralığındadır (Şekil 1.1). Görünür spektrumda, göz ışığı farklı şekillerde algılar. Farklı dalga boylarına sahip elektromanyetik titreşimler, farklı renklerde ışık hissi üretir.
Elektromanyetik dalga spektrumunun bir kısmı, radyo-televizyon asma ve iletişim amaçları için kullanılır. Elektromanyetik dalgaların kaynağı, elektrik yüklerinin salınım yaptığı bir teldir (anten). Telin yakınında başlayan alanların oluşum süreci, yavaş yavaş, noktadan noktaya, tüm alanı yakalar. Telden geçen ve bir elektrik veya manyetik alan oluşturan alternatif akımın frekansı ne kadar yüksek olursa, tel tarafından üretilen belirli bir uzunluktaki radyo dalgaları o kadar yoğun olur.
Elektromanyetik dalgalar aşağıdaki ana özelliklere sahiptir.
1. Dalga boyu lw, harmonik bir elektromanyetik dalganın fazının 360 ° değiştiği uzayda iki nokta arasındaki en kısa mesafedir. Bir faz, periyodik bir sürecin bir durumudur (aşamasıdır (Şekil 1.2).
Karasal televizyon askısında metre (MB) ve desimetre dalgaları (UHF), uydu - santimetre dalgalarında (CM) kullanılır. CM'nin frekans aralığı dolduğunda, milimetre dalgalarının aralığı (Ka-bandı) hakim olacaktır.
2. Dalga salınımının periyodu T- alan kuvvetinde tam bir değişikliğin meydana geldiği zaman, yani, sabit bir faza sahip olan radyo dalgasının bir noktasının dalga boyu lw'ye eşit bir yol kat ettiği zaman.
3. Elektromanyetik alanın salınımlarının frekansı F(saniyedeki alan salınımlarının sayısı) formülle belirlenir
Frekans için ölçüm birimi, saniyede bir salınımın meydana geldiği frekans olan hertz'dir (Hz). Uydu yayınında, gigahertz cinsinden ölçülen çok yüksek elektromanyetik dalga frekanslarıyla uğraşmak gerekir.
Cosmos - Earth hattı üzerinden uydu doğrudan televizyon yayını (STTV) için, C-bandı düşük aralığı ve Ku aralığının (10.7 ... 12.75 GGi) bir kısmı kullanılır. Bu aralıkların üst kısmı, Dünya-Uzay hattı üzerinden bilgi iletmek için kullanılır (Tablo 1.1).
4. Dalga yayılma hızıİLE - bir enerji kaynağından (anten) gelen bir dalganın sıralı yayılma hızı.
Radyo dalgalarının boş uzayda (vakum) yayılma hızı sabittir ve ışık hızına eşittir C = 300.000 km / s. Bu kadar yüksek bir hıza rağmen, Dünya - Uzay - Dünya hattı boyunca bir elektromanyetik dalga 0.24 s'de süpürür. Yerde, radyo ve televizyon yayınları neredeyse her yerden anında alınabilir. Gerçek uzayda, örneğin havada yayılırken, radyo dalgasının hızı ortamın özelliklerine bağlıdır, genellikle daha azdır. İLE ortamın kırılma indisinin değeri ile.
Elektromanyetik dalgaların frekansı F, yayılma hızları C ve dalga boyu l, ilişki ile ilişkilidir.
lv = C / F ve o zamandan beri F = 1 / T, o zaman lv = C * T.
C = 300.000 km/s hız değerini son formülde yerine koyarsak şunu elde ederiz:
lv (m) = 3 * 10 ^ 8 / F (m / s * 1 / Hz)
Büyük frekans değerleri için elektromanyetik titreşimin dalga boyu lw (m) = 300 / F (MHz) formülü ile belirlenebilir Elektromanyetik titreşimin dalga boyu bilindiğinde, frekans F (MHz) formülü ile belirlenir. = 300 / lw (m)
5. Radyo dalgalarının polarizasyonu. Elektromanyetik alanın elektrik ve manyetik bileşenleri sırasıyla vektörlerle karakterize edilir. E ve H, alan kuvvetlerinin değerini ve yönlerini gösterir. Polarizasyon, elektrik alan vektörünün yönüdür. E yeryüzünün yüzeyine göre dalgalar (Şekil 1.2).
Radyo dalgalarının polarizasyon tipi, verici antenin dünya yüzeyine göre yönelimi (konumu) ile belirlenir. Hem karasal hem de uydu televizyonları doğrusal polarizasyon kullanır, yani yatay n ve dikey V (şekil 1.3).
Yatay elektrik alan vektörüne sahip radyo dalgalarına yatay polarize, dikey olana ise dikey polarize denir. Son dalgalar için polarizasyon düzlemi dikeydir ve vektör n(bkz. Şekil 1.2) yatay düzlemdedir.
Verici anten dünya yüzeyinin üzerinde yatay olarak kurulursa, alanın elektrik alan çizgileri de yatay olarak yer alacaktır. Bu durumda, alan yangında en büyük elektromotor kuvveti (EMF) indükleyecektir.
Şekil 1.4. Radyo dalgalarının dairesel polarizasyonu:
LZ- ayrıldı; RZ- sağ
göbek alıcı anten. Bu nedenle, n radyo dalgalarının polarizasyonu, alıcı antenin yatay olarak yönlendirilmesi gerekir. Bu durumda, antende indüklenen EMF sıfır olduğundan, dikey olarak yerleştirilmiş bir antende teorik olarak radyo dalgalarının alımı olmayacaktır. Ve bunun tersi, verici antenin dikey konumu ile, alıcı anten de dikey olarak yerleştirilmelidir, bu da içinde en yüksek EMF'yi elde etmeyi mümkün kılacaktır.
Yapay dünya uydularından (AES) yapılan televizyon yayınlarında doğrusal polarizasyonlara ek olarak dairesel polarizasyon da yaygın olarak kullanılmaktadır. Göründüğü kadar garip, bunun nedeni havanın sıkılığı, çünkü yörüngelerde çok sayıda iletişim uydusu ve doğrudan (doğrudan) televizyon yayını uydusu var.
Genellikle uydu parametreleri tablolarında dairesel polarizasyon tipi için bir kısaltma verirler - L ve R. Radyo dalgalarının dairesel polarizasyonu, örneğin verici bir antenin beslemesi üzerindeki konik bir spiral ile oluşturulur. Spirali sarma yönüne bağlı olarak, dairesel polarizasyon sola veya sağa döner (Şekil 1.4).
Buna göre, uydunun verici anteni tarafından yayılan radyo dalgalarının dairesel polarizasyonuna yanıt veren bir karasal uydu televizyon anteninin beslemesine bir polarizör takılmalıdır.
Uydudan iletim sırasında yüksek frekanslı salınımların modülasyonu ve spektrumlarını ele alalım. Bunu karasal yayın sistemlerine kıyasla yapmanız tavsiye edilir.
Görüntü ve ses taşıyıcı frekansları arasındaki boşluk 6,5 MHz'dir, alt yan bandın geri kalanı (görüntü taşıyıcının solunda) 1,25 MHz'dir ve ses kanalı genişliği 0,5 MHz'dir.
(şekil 1.5). Bunu dikkate alarak televizyon kanalının toplam genişliği 8.0 MHz olarak alınmıştır (BDT ülkelerinde kabul edilen D ve K standartlarına göre).
Verici televizyon istasyonunun iki vericisi vardır. Bunlardan biri elektriksel görüntü sinyallerini, diğeri ise sesi sırasıyla farklı taşıyıcı frekanslarda iletir. Düşük frekanslı salınımların etkisi altında taşıyıcı yüksek frekanslı salınımın bazı parametrelerindeki (güç, frekans, faz vb.) değişikliğe modülasyon denir. Kullanılan iki ana modülasyon türü vardır: genlik (AM) ve frekans (FM). Televizyonda, resim sinyalleri AM'den iletilir ve ses sinyalleri FM'den iletilir. Modülasyondan sonra, elektriksel titreşimler güçte yükseltilir, ardından verici antene girer ve onu radyo dalgaları şeklinde uzaya (eter) yayar.
8 karasal televizyon yayıncılığı, çeşitli nedenlerle, görüntü sinyallerini iletmek için FM uygulamak mümkün değildir. SM'de çok daha fazla hava sahası var ve böyle bir fırsat var. Sonuç olarak, uydu kanalı (transponder) 27 MHz'lik bir frekans bandını kaplar.
Alt taşıyıcı sinyalinin frekans modülasyonunun faydaları:
AM ile karşılaştırıldığında parazit ve gürültüye karşı daha az hassasiyet, sinyal iletim kanallarının dinamik özelliklerinin doğrusal olmamasına karşı düşük hassasiyet ve ayrıca uzun mesafelerde iletim kararlılığı. Bu özellikler, iletim kanallarındaki sinyal seviyesinin sabitliği, ön bozulmanın frekans düzeltme olasılığı, sinyal-gürültü oranını olumlu yönde etkiler, çünkü FM'nin bilgi iletirken verici gücünü önemli ölçüde azaltabilmesi ile açıklanır. aynı mesafede. Örneğin, karasal yayın sistemleri, görüntü sinyallerini aynı televizyon istasyonuna iletmek için ses sinyallerini iletmekten 5 kat daha güçlü vericiler kullanır.
Elektromanyetik radyasyon, tam olarak Evrenimiz yaşadığı sürece var olur. Dünyadaki yaşamın evriminde önemli bir rol oynadı. Aslında bu, uzayda yayılan elektromanyetik alanın durumunun bozulmasıdır.
Elektromanyetik radyasyonun özellikleri
Herhangi bir elektromanyetik dalga, üç özellik kullanılarak tanımlanır.
1. Frekans.
2. Polarizasyon.
polarizasyon Ana dalga özelliklerinden biridir. Elektromanyetik dalgaların enine anizotropisini açıklar. Tüm dalga salınımları bir düzlemde meydana geldiğinde radyasyon polarize olarak kabul edilir.
Bu fenomen pratikte aktif olarak kullanılmaktadır. Örneğin, sinemada 3D filmler gösterilirken.
Polarizasyon kullanarak, IMAX gözlükleri farklı gözlere yönelik görüntüyü ayırır. 
Sıklık- bir saniyede gözlemciden (bu durumda dedektör) geçen dalga tepelerinin sayısı. Hertz cinsinden ölçülür.
dalga boyu- salınımları aynı fazda meydana gelen en yakın elektromanyetik radyasyon noktaları arasındaki belirli mesafe.
Elektromanyetik radyasyon hemen hemen her ortamda yayılabilir: yoğun maddeden boşluğa.
Bir boşlukta yayılma hızı saniyede 300 bin km'dir.
EM dalgalarının doğası ve özellikleri hakkında ilginç bir video için aşağıdaki videoya bakın:
Elektromanyetik dalga türleri
Tüm elektromanyetik radyasyon frekansa bölünür. 
1. Radyo dalgaları. Kısa, ultra kısa, ekstra uzun, uzun, orta.
Radyo dalgalarının uzunluğu 10 km ile 1 mm arasında ve 30 kHz ile 300 GHz arasında değişmektedir.
Kaynakları hem insan aktivitesi hem de çeşitli doğal atmosferik olaylar olabilir.
2. . Dalga boyu 1mm - 780nm aralığındadır ve 429 THz'e kadar ulaşabilir. Kızılötesi radyasyona termal radyasyon da denir. Gezegenimizdeki tüm yaşamın temeli.
3. Görünür ışık. Uzunluk 400 - 760 / 780nm. Buna göre 790-385 THz aralığında dalgalanmaktadır. Bu, insan gözüyle görülebilen tüm radyasyon spektrumunu içerir.
4. . Dalga boyu kızılötesi radyasyondan daha kısadır.
10 nm'ye kadar gidebilir. bu tür dalgalar çok büyüktür - yaklaşık 3x10 ^ 16 Hz.
5. X-ışınları... 6x10 ^ 19 Hz dalgalar ve 10 nm - 5 pm düzeninde bir uzunluk.
6. Gama dalgaları. Bu, X-ışınlarından daha büyük olan ve uzunluğu daha kısa olan herhangi bir radyasyonu içerir. Bu tür elektromanyetik dalgaların kaynağı kozmik, nükleer süreçlerdir.
Uygulama kapsamı
19. yüzyılın sonundan beri bir yerlerde, insanlığın tüm gelişimi elektromanyetik dalgaların pratik uygulamasıyla ilişkilendirilmiştir.
Bahsetmeye değer ilk şey radyo iletişimidir. İnsanların birbirlerinden uzakta olsalar bile iletişim kurmasını mümkün kıldı.
Uydu yayıncılığı, telekomünikasyon, ilkel radyo iletişiminin daha da geliştirilmesidir.
Modern toplumun bilgi imajını şekillendiren bu teknolojilerdir.
Elektromanyetik radyasyon kaynakları hem büyük endüstriyel tesisler hem de çeşitli elektrik hatları olarak düşünülmelidir.
Elektromanyetik dalgalar askeri işlerde (radarlar, karmaşık elektrikli cihazlar) aktif olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, ilaç kullanılmadan yapılmamıştır. Kızılötesi radyasyon birçok hastalığı tedavi etmek için kullanılabilir.
X ışınları, bir kişinin iç dokularındaki hasarı belirlemeye yardımcı olabilir.
Lazerler yardımıyla takı hassasiyeti gerektiren bir takım işlemler yapılmaktadır. 
Elektromanyetik radyasyonun bir kişinin pratik yaşamındaki önemi fazla tahmin edilemez.
Elektromanyetik alanla ilgili Sovyet videosu:
İnsanlar üzerindeki potansiyel olumsuz etki
Yararlı olmakla birlikte, güçlü elektromanyetik radyasyon kaynakları aşağıdaki gibi semptomlara neden olabilir:
Tükenmişlik;
Baş ağrısı;
Mide bulantısı.
Belirli dalga türlerine aşırı maruz kalmak iç organlara, merkezi sinir sistemine ve beyne zarar verir. İnsan ruhundaki değişiklikler mümkündür.
EM dalgalarının insanlar üzerindeki etkisinin ilginç bir görünümü:
Bu tür sonuçlardan kaçınmak için, neredeyse dünyanın tüm ülkeleri elektromanyetik güvenliği yöneten standartlara sahiptir. Her radyasyon türünün kendi düzenleyici belgeleri vardır (hijyen standartları, radyasyon güvenliği standartları). Elektromanyetik dalgaların insanlar üzerindeki etkisi tam olarak anlaşılamamıştır, bu nedenle WHO, maruz kalmalarını en aza indirmeyi önermektedir.
Yükleniyor ...