Скорость распространения электромагнитных волн — справочник студента

В 1860-1865 гг. один из величайших физиков XIX века Джеймс Клерк Максвелл создал теорию электромагнитного поля. Согласно Максвеллу явление электромагнитной индукции объясняется следующим образом.

Если в некоторой точке пространства изменяется во времени магнитное поле, то там образуется и электрическое поле. Если же в поле находится замкнутый проводник, то электрическое поле вызывает в нем индукционный ток. Из теории Максвелла следует, что возможен и обратный процесс.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Если в некоторой области пространства меняется во времени электрическое поле, то здесь же образуется и магнитное поле.

Таким образом, любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле. Эти порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля образуют единое электромагнитное поле.

Свойства электромагнитных волн

Важнейшим результатом, который вытекает из сформулированной Максвеллом теории электромагнитного поля, стало предсказание возможности существования электромагнитных волн. Электромагнитная волна — распространение электромагнитных полей в пространстве и во времени.

  • Источник электромагнитного поля — электрические заряды, движущиеся с ускорением.
  • Электромагнитные волны, в отличие от упругих (звуковых) волн, могут распространяться в вакууме или любом другом веществе.
  • Электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью c=299 792 км/с, то есть со скоростью света.
  • Скорость распространения электромагнитных волн - Справочник студентаСкорость распространения электромагнитных волн - Справочник студента
  • В веществе скорость электромагнитной волны меньше, чем в вакууме. Соотношение между длиной волна, ее скоростью, периодом и частотой колебаний, полученные для механических волн выполняются и для электромагнитных волн:
  • Скорость распространения электромагнитных волн - Справочник студентаСкорость распространения электромагнитных волн - Справочник студента
  • Скорость распространения электромагнитных волн - Справочник студентаСкорость распространения электромагнитных волн - Справочник студента
  • Колебания вектора напряженности E и вектора магнитной индукции B происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны (вектору скорости).
  • Электромагнитная волна переносит энергию.

Диапазон электромагнитных волн

Вокруг нас сложный мир электромагнитных волн различных частот: излучения мониторов компьютеров, сотовых телефонов, микроволновых печей, телевизоров и др. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн на шесть основных диапазонов.

Скорость распространения электромагнитных волн - Справочник студентаСкорость распространения электромагнитных волн - Справочник студента

Радиоволны — это электромагнитные волны (с длиной волны от 10000 м до 0,005 м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

Электромагнитные излучения с длиной волны, от 0,005 м до 1 мкм, т.е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением. Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела.

Источником инфракрасного излучения служат печи, батареи, электрические лампы накаливания.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Амплитудные и фазовые дифракционные решетки - справочник студента

Оценим за полчаса!

С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

К видимому свету относят излучения с длиной волны примерно 770 нм до 380 нм, от красного до фиолетового цвета. Значение этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.

Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны меньше, чем у фиолетового цвета, называют ультрафиолетовым излучением. Оно способно убивать болезнетворные бактерии.

Рентгеновское излучение невидимо глазом. Оно проходит без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света, что используют для диагностики заболеваний внутренних органов.

Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

Принцип радиосвязи

Колебательный контур используют как источник электромагнитных волн. Для эффективного излучения контур «открывают», т.е. создают условия для того, чтобы поле «уходило» в пространство. Это устройство называется открытым колебательным контуром — антенной.

Радиосвязью называется передача информации с помощью электромагнитных волн, частоты которых находятся в диапазоне от до Гц.

Радар (радиолокатор)

Устройство, которое передает ультракороткие волны и тут же их принимает. Излучение осуществляется короткими импульсами. Импульсы отражаются от предметов, позволяя после приема и обработки сигнала установить дальность до предмета.

Радар скорости работает по аналогичному принципу. Подумайте, как радар определяет скорость движущейся машины.

Источник: http://fizmat.by/kursy/jelektromagnt/jelmagn_volny

IT News

Дата Категория: Физика
Скорость распространения электромагнитных волн - Справочник студента

Каждый раз, когда электрический ток изменяет свою частоту или направление, он генерирует электромагнитные волны — колебания электрического и магнитного силовых полей в пространстве. Один из примеров — изменяющийся ток в антенне радиопередатчика, который создает кольца распространяющихся в пространстве радиоволн.

Энергия электромагнитной волны зависит от ее длины — расстояния между двумя соседними «пиками». Чем меньше длина волны, тем выше ее энергия.

В порядке убывания своей длины электромагнитные волны подразделяются на радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.

Длина волны гамма-излучения не достигает и одной стомиллиардной метра, в то время как радиоволны могут иметь длину, исчисляющуюся в километрах.

Электромагнитные волны распространяются в пространстве со скоростью света, а силовые линии их электрического и магнитного полей располагаются под прямым углом друг к другу и к направлению движения волны.

Электромагнитные волны расходятся постепенно расширяющимися кругами от передающей антенны двусторонней радиостанции аналогично тому, как это делают волны, вызванные падением камешка в пруд. Переменный электрический ток в антенне создает волны, состоящие из электрического и магнитного полей.

Схема электромагнитной волны

Скорость распространения электромагнитных волн - Справочник студента

Электромагнитная волна распространяется прямолинейно, а ее электрическое и магнитное поле перпендикулярны потоку энергии.

Преломление электромагнитных волн

Скорость распространения электромагнитных волн - Справочник студента

Так же как и свет, все электромагнитные волны преломляются, когда входят в вещество под любым углом, кроме прямого.

Отражение электромагнитных волн

Скорость распространения электромагнитных волн - Справочник студента

Если электромагнитные волны падают на металлическую параболическую поверхность, они фокусируются в точке.

Рост электромагнитных волн

Скорость распространения электромагнитных волн - Справочник студента

ложный узор электромагнитных волн, исходящих из передающей антенны, возникает из одиночного колебания электрического тока. Когда ток течет вверх по антенне, электрическое поле (красные линии) направлено сверху вниз, а магнитное поле (зеленые линии) — против часовой стрелки. Если ток изменяет свое направление, то же самое происходит с электрическим и магнитным полями.

Источник: http://Information-Technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/236-kak-rasprostranyayutsya-elektromagnitnye-volny

Электромагнитные волны. Скорость их распространения — Технарь

При распространении электромагнитных волн в каждой точке пространства происходят периодически повторяющиеся изменения электрического и магнитного полей. Эти изменения можно представить в виде колебаний векторов напряженностей Н и Е в каждой точке пространства.

Максвелл показал, что колебания этих векторов в каждой точке электромагнитной волны происходят в одинаковых фазах и по двум взаимно перпендикулярным направлениям (рис. 27.6), которые в свою очередь перпендикулярны к вектору скорости распространения волны v.

Скорость распространения электромагнитных волн - Справочник студента

Относительные расположения этих векторов в волне, распространяющейся от антенны А, показаны для примера в точке В.

Взаимные расположения этих трех векторов в любой точке бегущей электромагнитной волны связаны правилом правого винта: если головку винта расположить в плоскости векторов Е и Н и поворачивать ее в направлении от Е к Н (по кратчайшему пути), то поступательное движение винта укажет направление вектора v, т. е. направление распространения самой волны и переносимой ею энергии.

Итак, векторы Е и Н колеблются в плоскости, перпендикулярной к вектору v. Это означает, что электромагнитные волны являются поперечными волнами. Расположение векторов Е и Н в различных точках волны для одного и того же момента времени показано на рис. 27.7.

  • Скорость распространения электромагнитных волн зависит от электрических и магнитных свойств среда, и, как вытекает из теории Максвелла, ее числовое значение выражается формулой:
  • v = 1/√(μcɛc) (27.6)
  • Поскольку μc=μμ0 и ɛc=ɛɛ0 то имеем:
  • v = 1/(√μɛ √μ0ɛ0) (27.7)
  • Так как для вакуума значения μ и ɛ равны единице, скорость распространения электромагнитных волн в вакууме:
  • с = 1/√ɛ0μ0 (27.8)

(Покажите, что из (27.8) для c получается значение, близкое 3*108 м/с).

Из сравнения формул (27.8) и (27.7) получаем:

  1. v = c/√μɛ, или c/v = √μɛ (27.9)
  2. Величину n, показывающую, во сколько раз скорость распространения электромагнитных волн в вакууме больше, чем в какой-либо среде, называют абсолютным показателем преломления этой среды:
  3. n = c/v (27.10)
  4. Явление преломления волн и происхождение названия для n. Таким образом,
  5. n = √μɛ (27.11)

Заметим, что диэлектрическая проницаемость среды ɛ в формуле (27.11) не совпадает с диэлектрической проницаемостью той же среды ɛст, рассмотренной в электростатике, так как ɛ зависит от частоты колебаний. Поэтому при расчетах по формулам (27.6), (27.7), (27.9), (27.

11) нельзя брать значения ɛ из таблиц, приводимых в электростатике. Однако ɛ всегда больше единицы, а μ для диэлектриков, в которых могут распространяться электромагнитные волны, практически можно считать равным единице.

Следовательно, в любой среде скорость распространения электромагнитных волн меньше, чем в вакууме, т. е.  всегда больше единицы.

Для электромагнитных волн справедлива формула (24.23): v = λv. Для вакуума эта формула принимает вид:

c = λ0v, (27.12)

где λ0 — длина волны в вакууме.

Напомним, что при переходе волн из одной среды в другую частота колебаний остается неизменной, а длина волны изменяется. Следует иметь в виду, что длину электромагнитной волны всегда указывают для вакуума, если нет специальных оговорок.

На практике в основном используют волны с высокой частотой колебаний, так как энергия, переносимая волнами, пропорциональна квадрату частоты.

Кроме того, чем выше частота колебаний, тем легче осуществить направленное излучение электромагнитных волн.

Электромагнитные волны имеют большое значение и при передаче электрической энергии по проводам, которые для волн являются как бы направляющими рельсами.

Электрические сигналы вдоль проводов распространяются со скоростью 3*108 м/с т. е.

при замыкании цепи ток возникает практически одновременно во всей цепи, в то время как скорость направленного движения электронов в проводе составляет десятые доли сантиметра в секунду.

Источник: https://tehnar.net.ua/elektromagnitnyie-volnyi-skorost-ih-rasprostraneniya/

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны представляют собой переменные электромагнитные поля, состоящие из двух неразрывно связанных и взаимно обусловленных составляющих — переменного электрического и магнитного полей.

Возбуждение в некоторой области пространства переменного электрического поля приводит к возникновению в смежных областях пространства переменного магнитного поля, которое в свою очередь возбуждает переменное электрическое поле и т. д.

Непременным условием существования электромагнитных волн является их распространение, которое в вакууме происходит со скоростью света, а в других средах — со скоростью, определяемой электрическими свойствами этих сред.

Свойства электромагнитных волн

Одной из важнейших характеристик электромагнитных волн, определяющих их специфические особенности, является частота электромагнитных колебаний и связанная с ней длина волны. Электромагнитные волны охватывают широкий спектр колебаний различных частот.

Широкую область электромагнитных колебаний занимают радиоволны. К радиоволнам относят колебания с частотами от 10 МГц до ~300 ГГц, что соответствует длинам волн от 30 км до 1 мм.

Радиоволны возбуждаются при помощи электрических цепей, питаемых переменными токами соответствующей частоты.

Применительно к особенностям их распространения в земных условиях радиоволны различают по следующим диапазонам (табл. 1).

Таблица 1

Название диапазона Длина волны, м Частота, МГц
Сверхдлинные волны (СДВ) 100 000-10000 0.003 — 0.03
Длинные волны (ДВ) 10 000-1000 0.03 — 0.3
Средние волны (СВ) 1000-100 0.3 — 3
Короткие волны (КВ) 100-10 3 — 30
Ультракороткие волны (УКВ):
метровые 10-1 30 — 300
дециметровые 1 — 0.1 300 — 3000
сантиметровые 0.1-0,01 3000 — 30000
миллиметровые 0,01-0,001 30000-300000

К радиоволнам примыкают волны инфракрасного излучения с длиной волны до 0,77 мкм (частота до 4×105 ГГц). Источниками этих волн служат слабонагретые тела, а также оптические квантовые генераторы. Инфракрасные лучи обнаруживаются по их тепловому действию.

За инфракрасным излучением следует видимое световое, которому соответствуют длины волн от 0,77 до 0,38 мкм (частота до 8×105 ГГц).

Источниками световых волн являются атомы и молекулы различных тел, излучающие эти волны под влиянием некоторых внешних воздействий (например, нагретые тела или газы, светящиеся под влиянием электрических разрядов).

Мощным источником электромагнитных колебаний светового диапазона являются оптические квантовые генераторы (лазеры). Световое излучение обнаруживается глазом, а также по фотографическому, фотоэлектрическому и тепловому действиям.

Следующий диапазон электромагнитных колебаний занимают ультрафиолетовые лучи, длины волн которых лежат в пределах от 0,38 до 0,05 мкм (частота до 6×106 ГГц). Источниками их являются возбужденные атомы различных тел, испускающие лучи под влиянием некоторых внешних воздействий. Эти лучи обнаруживаются фотоэлектрическим и фотографическим методами.

За ультрафиолетовыми лучами лежит область рентгеновских и еще более коротких — гамма-лучей, испускаемых атомами и отдельными элементарными частицами вещества (электронами, протонами и др.) под влиянием различных воздействий. Все короткие волны, начиная со световых, способны ионизировать газы; этим их свойством пользуются для обнаружения наиболее коротких электромагнитных волн.

Читайте также:  Предмет и задачи дидактики - справочник студента

Законы распространения электромагнитной энергии тесно связаны с электрическими и магнитными свойствами среды, которые характеризуются диэлектрической проницаемостью ε, измеряемой в фарадах на метр (Ф/м), магнитной проницаемостью µ, измеряемой в генри на метр (Г/м), и удельной электрической проводимостью σ, измеряемой в сименсах на метр (См/м). Однородную среду, в которой электромагнитные волны не испытывают поглощения, отражения и рассеяния, называют свободным пространством или вакуумом. Реально такого пространства не существует, но свойства космического пространства близки к нему. Для свободного пространства σ = 0, так как в нем нет свободных электрических зарядов, обусловливающих электропроводность.

Одной из важнейших характеристик электромагнитных волн является скорость их распространения, которая в свободном пространстве одинакова для всех длин волн и является одной из фундаментальных постоянных физики.

В реальной среде скорость распространения электромагнитных волн зависит как от свойств среды, так и от частоты электромагнитных колебаний. Если электромагнитные параметры среды зависят от частоты колебаний, то волны различных частот будут распространяться в такой среде с различной скоростью.

Это явление называют дисперсией, а среды, обладающие дисперсией, получили название диспергирующих. Свободное пространство, как указывалось выше, является недиспергирующей средой.

Атмосфера в нижней ее части (ниже ионосферы) для радиоволн представляет собой недиспергирующую среду и поэтому скорость их распространения в атмосфере не зависит от частоты. Для световых волн нижние слои атмосферы являются диспергирующей средой.

При взаимном перемещении источника электромагнитных колебаний и приемника энергии возникает эффект Доплера, заключающийся в изменении частоты принимаемых колебаний. При удалении источника колебаний частота уменьшается, а при приближении — возрастает. Эффект Доплера имеет важное значение в астрономии и применяется при определении положения искусственных космических объектов.

Распространение электромагнитных волн

Если бы Земля была идеальным проводником и ее поверхность представляла собой плоскость, а атмосфера, в которой распространяются электромагнитные волны, была идеальным диэлектриком, то распространение электромагнитных волн происходило бы без поглощения и потери энергии, так как идеальный проводник полностью отражает волну, а в идеальном диэлектрике отсутствует поглощение. В подобном случае волны распространялись бы прямолинейно и с постоянной скоростью; уменьшение напряженности поля происходило бы только за счет расширения сферического фронта волны.

В действительных условиях, а именно вблизи границы раздела двух различных неоднородных сред (атмосферы и Земли), распространение электромагнитных волн существенно отличается от указанного выше идеального случая.

Неоднородность обеих сред по отношению к электромагнитным колебаниям состоит в различии и постоянной изменчивости в пространстве и во времени их электрических параметров: диэлектрической проницаемости и электрической проводимости.

Магнитная проницаемость для сред, встречающихся при распространении электромагнитных воли в земных условиях, близка к единице и поэтому она почти не влияет на распространение волн.

Поверхность Земли имеет сложную форму и отличается чрезвычайным разнообразием физических свойств.

Водные пространства, а также участки суши с различным рельефом и разнообразным растительным покровом, населенные пункты и искусственные сооружения характеризуются различными электрическими параметрами, по-разному влияющими на распространение электромагнитных волн.

Электрические параметры почвы, кроме того, непостоянны по глубине, причем по мере приближения к уровню грунтовых вод электрическая проводимость почвы повышается. Однако на распространение радиоволн существенно влияет только сравнительно тонкий поверхностный слой почвы.

Электрические параметры в общем случае зависят как от свойств среды, так и от длины волны взаимодействующих со средой электромагнитных колебаний. Так, для длинных волн почвы по электрическим параметрам приближаются к идеальному проводнику.

Поэтому длинные волны отражаются от земли без заметного поглощения. При уменьшении длины волны проводимость почвы уменьшается и почва по свойствам приближается к диэлектрику.

Вследствие этого короткие волны, распространяющиеся вблизи поверхности земли, заметно поглощаются уже на расстоянии нескольких десятков километров. Поглощение волн сильнее над влажной почвой и в особенности над морем.

Однако поглощение становится существенным лишь при распространении радиоволн вблизи поверхности земли, на расстоянии порядка длины волны. При прохождении на больших расстояниях от поверхности радиоволны практически не испытывают поглощения почвой.

Электромагнитные колебания светового диапазона с помощью оптических систем светодальномеров излучаются узким направленным пучком.

Непосредственное влияние Земли в этом случае не имеет места, так как световой пучок проходит на значительном (по сравнению с длиной волны) расстоянии от поверхности; происходит лишь искривление пути световой волны за счет изменения показателя преломления атмосферы.

Распространение радиоволн в зависимости от вида и ширины диаграммы направленности излучающей антенны захватывает значительное пространство. Однако при этом существенную роль играет лишь некоторая ограниченная область, внутри которой распространяются волны, наиболее эффективно действующие на приемное устройство.

Различия распространения электромагнитных волн

Изложенное свидетельствует о многообразии и сложности факторов. определяющих распространение радио- и световых волн в земных условиях. Ниже приведены характерные особенности распространения электромагнитных волн различных диапазонов.

Длинные волны при распространении вдоль поверхности Земли вследствие дифракции частично огибают земной шар и сравнительно слабо поглощаются. Поэтому поверхностная волна распространяется далеко за пределы прямой видимости (до 3000 км и более).

Отражаясь от относительно устойчивых слоев ионосферы, длинные волны характеризуются постоянством условий распространения пространственной волны. Под действием флуктуаций в ионосфере напряженность поля пространственной волны меняется сравнительно слабо.

Недостатком этого диапазона воли является высокий уровень атмосферных помех.

Распространение средних волн сопровождается резкими суточными колебаниями напряженности поля вместе приема. Днем преобладает поверхностная волна, которая частично огибает земной шар; однако вследствие значительного поглощения ее полупроводящей поверхностью Земли распространение поверхностной волны происходит не далее 1000 км.

В ночное время усиливается пространственная волна, фаза колебаний в которой вследствие флуктуаций электронной концентрации в ионосфере непрерывно изменяется.

Это вызывает изменение разности фаз накладывающихся поверхностной и пространственной волн, что приводит к колебаниям амплитуды результирующего поля, к ослаблениям и полному исчезновению приема, называемому замиранием.

Короткие волны распространяются на дальние расстояния главным образом пространственной волной, отраженной от ионосферы. Поле этой волны из-за изменений в ионосфере неустойчиво; возможно и замирание сигналов. Поверхностная волна вследствие значительного поглощения землей быстро затухает.

Для этого диапазона характерно появление зоны молчания на некотором расстоянии от передатчика, в которой уверенный прием невозможен. Появление зоны молчания объясняется быстрым затуханием поверхностной волны и невозможностью, по условиям отражения, попадания в нее пространственной волны.

Ультракороткие волны распространяются почти прямолинейно, незначительно огибая выпуклость Земли за счет атмосферной рефракции и в меньшей степени (только метровые волны) за счет дифракции. Заметное отражение от ионосферы происходит только на метровых волнах (длиннее 4-5 м).

Более короткие волны не могут попадать на землю пространственной волной и дальность их распространения определяется поверхностной волной, которая сравнительно быстро затухает за счет поглощения землей и атмосферой (в особенности для сантиметровых и миллиметровых волн).

Атмосферные помехи в этом диапазоне незначительны.

Инфракрасные и световые волны распространяются почти прямолинейно. Их путь искривляется только за счет атмосферной рефракции.

При распространении эти волны испытывают сильное поглощение и рассеяние в атмосфере, в особенности, если последняя насыщена жидкими и газообразными частицами воды и пылью.

При помощи оптических систем световые и инфракрасные волны можно сконцентрировать в узкий луч большой мощности, в особенности когда источником излучения является лазер. Подстилающая поверхность не оказывает влияния на распространение этих волн.

Наличие фона за счет рассеянного света атмосферы требует повышенной мощности источников света и соответствующей оптики, в противном случае применение световых волн в светлое время суток ограниченно. Наибольшая точность измерения направлений и расстояний при геодезических работах в настоящее время обеспечивается именно в диапазоне световых волн.

Источник: https://www.polnaja-jenciklopedija.ru/nauka-i-tehnika/elektromagnitnye-volny.html

ПОИСК

    Скорость распространения электромагнитной волны в среде можно выразить через скорость излучения в вакууме с и показатель преломления п  [c.

169]

    Под сверхвысокими частотами (СВЧ) в широком смысле принято понимать участок спектра электромагнитных волн с частотами колебаний выше 300 МГц. Поскольку длина электромагнитной волны А.

связана с частотой / и скоростью распространения с соотношением [c.84]

    Сложнее обстоит дело при преломлении, так как скорость распространения света меняется в зависимости от среды. Переменное электрическое поле электромагнитной волны вызывает вынужденные колебания заряженных частиц вещества, например, электронов, которые сами становятся источниками вторичных волн. Это приводит к замедлению распространения света, и скорость света оказывается различной для разных веществ. [c.20]

    Теплообмен лучеиспусканием является частным видом теплообмена, при котором происходит превращение тепла в излучаемую энергию. Тепловое и световое лучеиспускание является процессом распространения электромагнитных волн, которые распространяются в пространстве со скоростью 300 000 км/сек.

Электромагнитные волны, являющиеся носителями тепловой лучистой энергии, отличаются от волн, соответствующих световому излучению, лишь длиной волны. Если говорят, что тепло передается лучеиспусканием от одного тела к другому, то это является упрощенным объяснением явления, которое в действительности весьма сложно.

Количество тепла, которое излучает твердое, жидкое или газообразное тело, является лишь частью общей излучаемой энергии. [c.128]

    Световая волна несет с собой поток энергии электромагнитного поля.

При взаимодействии с частицами вещества некоторая доля электромагнитной энергии поглощается последними и переходит в энергию колебаний электрических зарядов в атомах и молекулах [1].

В идеальной однородной среде периодически колеблющиеся диполи излучают вторичные электромагнитные волны той же частоты, которые интерферируя с первичной изменяют ее фазовую скорость распространения  [c.87]

    Скорость распространения электромагнитных волн является константой, обычпо обозначаемой как с. Численное значение этой константы, т. е. ско- [c.497]

    Распространение света в веществе с точки зрения классической теории связано с осцилляцией электронов в атомах и молекулах, которую вызывает падающий свет. Электромагнитная волна света, как указывалось, представляет систему двух взаимно перпендикулярных полей электрического и магнитного.

Обычно для задачи распространения света в веществе рассматривают только электрическую компоненту электромагнитной волны, так как сила Лоренца, действующая на электрон со стороны магнитного поля, равна е [ухВ], где V —скорость электрона, В —магнитная индукция.

Эта сила мала из-за малой величины и/с ( Го=сБо)- [c.175]

    Абсорбционная спектрофотометрия изучает изменение интенсивности электромагнитного излучения различной длины волны, вызванное взаимодействием излучения с веществом. Если среда, через которую проходит излучение от источника сплошного спектра прозрачна для излучения, то изменяется только скорость распространения излучения, которая становится меньше, чем в вакууме. Количественно уменьшение скорости выражается через показатель преломления п — с/о, где с и у — скорости распространения электромагнитного излучения в вакууме и в данной среде. Спектр поглощения такой прозрачной среды представляет собой непрерывную полосу. Если среда поглощает излучение, то наблюдаемый спектр содержит одну или несколько полос поглощения. Их появление обусловлено избирательным поглощением, т. е. заметным уменьшением интенсивности излучения на некоторых длинах волн. [c.643]

    Мы уже знакомы с различными типами электромагнитного излучения свет — видимый, ультрафиолетовый, инфракрасный, рентгеновские лучи и радиоволны различной длины.

Это только часть широкого спектра от гамма-лучей, длины волн которых измеряются долями единиц Ангстрема, до радиоволн, длины волн которых измеряются в метрах и даже километрах. Все эти волны имеют одинаковую скорость распространения 3 10 см/с.

Их частота связана с длиной волны следующим соотношением  [c.399]

    Под светом обычно понимают часть спектра электромагнитного излучения, охватывающую ультрафиолетовую (УФ), видимую и инфракрасную (ИК) области. Свет обладает как волновой, так и корпускулярной природой. Длина волны 51 и частота колебаний V взаимосвязаны и их произведение равно скорости распространения света  [c.287]

    Существуют различные способы обнаружения и генерирования электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн или частот.

Эти волны в различных диапазонах частот обычно имеют специальные названия, как, например, радиоволны, видимый свет или рентгеновские лучи однако все оии представляют собой в сущности одно и то же явление и различаются только длиной волны или частотой. В уравнение (1.

1) входит еще одна величина — скорость распространения электромагнитных воли, и если среда, в которой они распространяются, — вакуум, то эта скорость является одной из фундаментальных физических постоянных. Точное значение этой постоянной, называемой скоростью света в вакууме, равно [c.10]

    Квантовая механика основана на представлениях о волновых процессах, поэтому полезно рассмотреть некоторые аспекты волнового движения. Электромагнитная волна состоит из осциллирующих электрического и магнитного полей, направленных перпендикулярно друг к другу и направлению распространения (рис. 12.1). Скорость ее распространения в вакууме обозначается с. [c.364]

    Следует подчеркнуть, что такой способ подхода к вопросу обладает полной общностью и применим при любых температурах к любым телам вне зависимости от их молекулярной природы (ионные или молекулярные кристаллы, аморфные тела, металлы, диэлектрики и т. п.).

Важной особенностью метода является и то обстоятельство, что, поскольку в вычислении поля используются точные уравнения Максвелла, автоматически учитываются также эффекты запаздывания, связанные с конечной скоростью распространения электромагнитных взаимодействий.

Эти эффекты становятся существенными, когда расстояние Я достаточно велико Я Хо/2я, где Хо — длина волн, характерных для спектров поглощения данных тел. [c.72]

    Влияние электромагнитного запаздывания на энергию молекулярного взаимодействия.

Ввиду конечной скорости распространения электромагнитных волн при расстоянии между двумя атомами, сравнимом по порядку величины с лондоновской длиной волны, фазовый сдвиг флуктуирующих диполей отличается от 0° и дисперсионные силы уменьшаются быстрее, чем это следует из уравнения (32).

Казимир и Польдер [61] вычислили, что для межатомных расстояний г Л дисперсионная энергия изменяется пропорционально 1/г , а не 1/г , причем поправочный коэффициент, который необходимо ввести в уравнение (32), является функцией межатомного расстояния  [c.39]

    При обсуждении электромагнитного излучения обычно пользуются понятием о волнах. Мы хорошо знакомы со многими типами волн п волновым движением. На морском берегу мы видим движущиеся волны.

Прикосновение к скрипичной струне вызывает на ней стоячие волны, и мы слышим звуковой тон, переносимый к нашим ушам акустическими волнами. Все эти волны связаны с тем или иным колебательным движением.

Такое движение характеризуется амплитудой, частотой или длиной волны и, если волны распространяются в какой-либо среде, скоростью распространения. Последние три характеристики связаны между собой соотношением [c.9]

    При использовании ЭМА-преобразователей необходимо учитывать следующую возможную погрешность [56].

Возбуждающее электромагнитное поле действует не на самой поверхности ОК, а в некотором поверхностном слое, толщина которого зависит от материала ОК и частоты колебаний. Это явление скин-эффекта.

Скорость распространения электромагнитных волн значительно больше, чем ультразвуковых. В связи с этим возникает эффект уменьшения времени пробега импульса в ОК. Фронт УЗ-импульса растягивается. [c.706]

    При расстояниях, превышающих лондоновскую длину волны, наблюдается эффект запаздывания, связанный с конечной скоростью распространения электромагнитных волн для двух взаимодействующих диполей изменяется сдвиг фаз — он перестает быть равным 0 — и наступает ослабление энергии взаимодействия. [c.33]

    Дисперсия. Показатель преломления также является важным оптическим свойством материи. Он о-пределяется как отношение скорости распространения излучения в вакууме к скорости его распространения в данной среде.

Читайте также:  Применение векторных диаграмм для анализа дифракционных картин - справочник студента

Зависимость показателя преломления от длины волны называется дисперсией. Дисперсия вещества в пределах электромагнитного спектра связана со степенью поглощения радиации этим веществом.

В области высокой прозрачности показатель преломления уменьшается с увеличением длины волны (нелинейно) в областях же с высоким поглощением показатель преломления плохо поддается точным измерениям, яо видно, что он довольно резко увеличивает свое значение с ростом длины воляы. На рис. 2.5 схематически представлен спектр поглощения и кривая дисперсии для вещества, прозрачного для лучей [c.18]

    Для немагнитных веществ ( л=1) скорость распространения электромагнитной волны в среде связана с комплексной диэлектрической проницаемостью среды выражением [c.48]

    Здесь С —скорость распространения электромагнитных волн f —параметр, характеризующий силу химической связи между А и В его называют силовой константой связи А—В ц — так на-зь/ваемая приведенная масса системы, которая зависит от массы атомов А и В  [c.162]

    Здесь ео — абсолютная диэлектрическая проницаемость во = = W/4n = 8,85419 10 Ф/м а — момент, индуцируемый полем с — скорость распространения электромагнитных волн в вакууме, с = 2,997925-10 м/с. [c.21]

    Все электромагнитные волны, рассматриваемые в данной главе, являются поперечными — колебания электрического (Е) и магнитного (Н) векторов в них осуществляются перпендикулярно к направлению распространения волны (Е 1Н). Скорость распространения электромагнитных волн, измеренная в различных областях спектра многими методами, в вакууме [c.172]

    Максвелл попытался объединить законы электричества и магнетизма.

Основываясь на математических расчетах, он показал, что такое объединение возможно, если одновременно с переменным магнитным полем существует подобное электрическое поле и наоборот, а направление распространения волн перпендикулярно плоскости, в которой колеблются векторы напряженности электрического и магнитного полей.

Мы не будем здесь рассматривать все следствия уравнений Максвелла, но одно из них является для нас очень важным. Скорость распространения электромагнитных волн Максвелла в вакууме численно равна скорости света в вакууме, которая была определена Рёмером (1675 г.), Физо (1849 г.) и Фуко (1862 г.). Этот поразительный результат (1865 г.

) со всей очевидностью подтвердил, что свет является электромагнитной волной, но не привлекал большого внимания до тех пор, пока Герц не продемонстрировал (1887—1888 гг.) предсказанное Максвеллом распространение волн в системах, включающих осциллирующие электрическое и магнитное поля. [c.28]

    Если толщины пленок (зазоров) становятся соизмеримыми с Хо, проявляется эффект так называемого электромагнитного запаздывания , связанного с конечной скоростью распространения электромагнитных волн. Как было показано Г. Казимиром и Д.

Польдером, при таких больших толщинах пленок показатель степени п в выражении (1—18) ДЛЯ потенциала притяжения молекул становится равным семи. Соответственно энергия пленки оказывается обратно пропорциональной третьей, а расклинивающее давление — четвертой степени шири-лы зазора к, т. е.

Уто/оз—Л-з и Псчэ —Н- . Для таких широких зазо- [c.247]

    Исследовался процесс диссоциации известняка (СаСОз) под влиянием излучения СВЧ-диапазона от источника Электроника КИЭ-51 с частотой 2450 МГц, мощностью до 5 кВт на лабораторной установке.

Как известно, энергия, передаваемая от СВЧ-генератора, поглощается одновременно по всему объему материала, отсутствует поверхность контакта между теплоносителем и обрабатываемым материалом, а скорость передаваемой энергии определяется скоростью распространения электромагнитной волны в среде.

Система уравнений, описывающая физико-химические процессы, протекающие в электродинамическом СВЧ-реакторе (рисунок 1), может быть записана в виде [c.9]

    Более совершенные методы расчета сил взаимодействия конденсированных тел были развиты Казимиром [21] и Лифши-цем [22]. В противоположность применявшемуся ранее микроскопическому подходу, основанному на рассмотрении взаимодействий молекул, был применен макроскопический подход, в котором взаимодействующие тела рассматривались как сплошные среды [22].

Основная идея заключается в том, что взаимодействие между телами осуществляется посредством флуктуационного электромагнитного поля, присутствующего внутри всякой материальной среды и выходящего за ее пределы. Такой подход обладает полной общностью и применим к любым телам независимо от их молекулярной природы [20].

В расчетах используются уравнения Максвелла, учитывающие упомянутые выше эффекты запаздывания, связанные с конечной скоростью распространения электромагнитных волн.

Исходя из взаимодействия флуктуационных электромагнитных полей и вводя в уравнение Максвелла стороннее поле [24], можно показать [20—22], что сила притяжения обратно пропорциональна четвертой степени расстояния при больших расстояниях (порядка нескольких микрон). Когда расстояния между телами сокращаются до нескольких сотен А, [c.17]

    Если расстояние к между поверхностями тел меньше, чем длина волны X, то фазы электромагнитного излучения обоих тел максимально согласуются. В этом случае теория Лифшица дает тот же закон взаимодействия (3.6.2), что и теория Гамакера.

Константы взаимодействия также совпадают по порядку величины (около 10 «° Дж).

При больших расстояниях между поверхностями (к > X) возникает эффект электромагнитного запаздывания, связанный с конечной скоростью распространения электромагнитных волн синхронизация фаз излучения запаздывает на время, необходимое для пробега волной зазора к.

Это ослабляет взаимодействие тел и изменяет закон этого взаимодействия с квадратичного на кубический. Наличие запаздывающего и незапаздывающего взаимодействий тел подтверждено прямыми измерениями сил притяжения и их зависимости от расстояния. [c.618]

    Лучистую энергию характеризует ряд рассматриваемых ниже определенных свойств или параметров.

Частота V есть число колебаний в 1 сек, соверщаемых электромагнитной волной единицей частоты является герц (обозначение — гц 1 гц равен 1 циклу в 1 сек).

Скорость распространения излучения с, приблизительно равная 3,00-10 ° см сек в вакууме и несколько меньщая в других прозрачных средах. [c.12]

    При рассмотрении сил возникающих в системе адгезив — субстрат, необходимо учитывать, что во взаимодействии участвуют не изолированные атомы или молекулы, а конденсированные фазы. Это обстоятельство коренным образом изменяет зависимость сил взаимодействия от расстояния.

Первые попытки рассмотрения сил взаимодействия конденсированных фаз были предприняты Де Буром и Гамакером [16, 17]. Рассматривая взаимодействие двух шаров, шара с плоскостью, двух плоскостей, Гамакер подсчитал.

энергию взаимодействия как интеграл парных молекулярных взаимодействий по элементам объема этих тел, учитывая важнейшее свойство дисперсионных сил — их аддитивность. Оказалось, что в первом и во втором случае сила взаимодействия пропорциональна второй степени расстояния между объектами, а в третьем случае (плоскость — плоскость) — третьей степени.

Однако при расчете дисперсионных сил на бо.яьших расстояниях необходимо учитывать эффект электромагнитного запаздывания, связанный со скоростью распространения электромагнитных волн [18]. С учетом этого эффекта показатель степени при г в расчетах Гамакера должен быть повышен на порядок [19].

Однако расчеты Гамакера и Кройта, основанные на суммировании энергии парных взаимодействий, недостаточно обоснованы теоре-сО тически и, строго говоря, применимы только для рассмотрения систем, состоящих из изолированных частиц, т. е. идеализирован-ного случая [20]. [c.17]

Источник: https://www.chem21.info/info/827172/

Спектры шкалы электромагнитных излучений

Шкала электромагнитных волн

Шкала электромагнитных волн или излучений представляет собой ряд диапазонов электромагнитных волн, которые распределяются в соответствии с частотой. Распространяющиеся в пространстве периодически изменяющиеся вихревые электрическое и магнитное поля представляют собой электромагнитные колебания.

Общее понятие

Свойства электромагнитных колебаний открыты в начале XIX века английским ученым Д. К. Максвеллом. Физик считал, что электромагнитные волны перпендикулярны направлению распространения волны, ее скорости.

Но электромагнитное поле существует отдельно от указанных выше двух.

Магнитное и электрическое поля, взаимодействуя друг с другом, действуют на заряженные частицы поверхности волнового фронта, создают поле, существующее независимо, обладающее собственными свойствами.

Электромагнитные волны могут распространяться в разных средах, в том числе и в вакууме. Само поле — материя, которая распространяется в среде. Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме равна скорости света, т. е. 3*10 в 8 степени м/с. Значение не затухает, проходя через пространство, постоянно.

Шкала электромагнитных излучений показывает, как один качественный вид излучений переходит в другой по мере того, как изменяются взаимосвязанные количественные показатели частоты, длины волны. Один из видов диапазонов излучений — видимый свет.

Дополнительные цвета спектра

Спектр видимого света содержит как основные, так и дополнительные цвета. Каким образом можно получить дополнительные цвета? Их получение основано на опыте И. Ньютона, который в 1671 году, используя призму, разложил белый луч солнечного света на спектр: последовательно расположенные красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый цвета.

Дополнительные цвета спектра получаются разными способами:

Дополнительные цвета спектра

  1. Если разделить спектр на две части (красно-оранжево-желтую и зелено-сине-фиолетовую), две смеси из трех первых и трех вторых дадут два цвета. Особенность последних такова, что если собрать их вместе линзой, снова получается белый.
  2. Если физически закрыть в спектре один цвет, затем собрать линзой оставшиеся цвета, полученный цвет будет дополнительным по отношению к закрытому. Например, если закрыть зеленый, соберется красный, закрывая желтый — фиолетовый. Красный цвет будет дополнительным к зеленому, а фиолетовый — к желтому.

Замкнув последовательность цветов спектра в круг, получим схему, называемую спектральным кругом.

Первичные дополнительные цвета:

  • красный и зеленый;
  • желтый и фиолетовый;
  • синий и оранжевый.

Таблица 1. Дополнительные цвета.

Выделенная часть Красная Оранжевая Желтая Желто-зеленая Зеленая Голубовато-зеленая
Цвет смеси оставшихся лучей Голубовато-зеленый Голубой Синий Фиолетовый Пурпурный Красный

При смешении дополнительных цветов, что доказано опытным путем, чистый цвет получить уже невозможно — любая примесь дополнительного цвета к основному снижает насыщенность.

Спектр солнечного излучения

Солнце — источник жизни на планете, источник излучения, солнечного света, несущего энергию.

Спектр солнечного излучения

В электромагнитный спектр солнечного света включаются три разных вида волн:

  • ультрафиолетовое излучение;
  • видимый свет;
  • инфракрасное излучение.

Первый последовательный вид обладает наиболее низкими частотами и относительно длинной волной, последний — высокими частотами и короткой волной.

Видимая часть спектра

Д. К. Максвелл сделал вывод, что видимый свет — один из видов электромагнитных излучений, спектр видимого солнечного света состоит из семи цветов. Человек может увидеть, как в призме, преломляясь, свет распадается на семь цветов, может любоваться преломленным в каплях дождя светом, глядя на радугу.

Цвета распределены на шкале в соответствии с частотой и на шкале занимают маленький отрезок, умещаются в сравнительно небольшом диапазоне, но это все, что можно увидеть глазами. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, с меньшими и большими значениями, уже недоступны человеческому зрению.

В радуге один цвет постепенно переходит в другой согласно определенной последовательности, отображающей распределение цветов при разделении луча видимого света белого цвета. Свойства цвета (красного, синего, желтого) определяются свойствами длины соответствующих волн.

Видимая часть солнечного спектра — часть спектра, которая при воздействии на орган зрения вызывает зрительные ощущения.

Наиболее сильные отзывы в человеческом глазу вызывает желто-зеленый луч, остальные менее чувствительны. Лучи, видимые глазу, обладают длиной волны в пределах 400–760 нм.

Глазу доступны некоторые более длинноволновые и более коротковолновые лучи при их достаточной интенсивности.

Свет важен для человека. Раздражая орган зрения, свет активизирует обмен веществ, улучшает самочувствие, вдохновляет, способствует повышению работоспособности. Можно заметить, что недостаточное освещение приводит к снижению активности, на предприятиях приводит к ошибкам, производственным травмам.

Шкала электромагнитных излучений

Отличаясь друг от друга количественно, электромагнитные волны определенным образом могут быть получены с использованием приборов. Существуют естественные и искусственные источники явления. Помимо приборов и источников волн на Земле, электромагнитные волны излучаются и космическими объектами.

Низкочастотные волны, радиоволны, инфракрасное световое излучение, оптическое излучение, рентгеновские спектры, невидимые излучения гамма — различные участки условной шкалы, показывающей области λ — области длин волн.

Таблица спектра электромагнитных излучений

Название Частота Длина волн Источники, Космические источники
Низкочастотные излучения более 10000м 0-30 кГц Генератор переменного тока, домашняя и офисная электротехника, ЛЭП и др. Магнитное поле Земли
Радиоволны 1мм-10000м 30кГц-300ГГц Переменный ток в колебательном контуре, полупроводниковые приборы Солнце, планеты и малые тела Солнечной системы, облака межзвездного газа, реликтовое излучение на ранней стадии расширения Вселенной, квазары
Инфракрасное световое излучение 1мм-780нм 300ГГц-429ТГц Тепловые источники, лазер, ртутно-кварцевая лампа Солнце, межзвездная и околозвездная пыль, реликтовое излучение на ранней стадии расширения Вселенной, планеты, малые тела Солнечной системы
Видимое излучение световое 780-380нм 429-750ТГц Лампа накаливания, пламя, молния, лазер Солнце, другие звезды (с температурой 10-100 тысяч градусов)
Ультрафиолетовое излучение 380-10нм 7,5*1000000000000000-3*100000000000000000Гц Углеродная дуга Солнце, горячие Звезды, высокотемпературная плазма
Рентгеновское излучение 10-5*10в-3 степени нм 3*100000000000000000-6*100000000000000000000Гц Рентгеновская трубка Солнце, нейтронные звезды и, возможно, черные дыры, шаровые звездные скопления, к внегалактическим источникам – квазары, отдаленные галактики и их скопления.
Гамма-излучение менее 5*10 в 3 степени нм более 6*100000000000000000000 Гц Атомные ядра, Кобальт-60 Солнце, фоновое Космическое излучение, некоторые пульсары (нейтронные звезды), сверхновые звезды, Млечный Путь, области галактического центра, многих галактик и квазаров

Чувствительность человеческого глаза
Одно из главных свойств электромагнитных волн является степень их поглощения веществом. Различие можно обнаружить между длинноволновыми и коротковолновыми излучениями. Первые поглощаются с гораздо большей интенсивностью, чем коротковолновые, однако обладают дополнительным свойством: при поглощении обнаруживают свойства частиц.

Спектральная чувствительность глаза

Преобразуя энергию, идущую от источника видимого светового диапазона, в зрительной системе человек получает сигналы из окружающей среды.

Свет попадает на сетчатку глаза, возбуждает фоторецепторы, от которых сигнал передается в нейронные связи коры головного мозга, находящиеся в затылочной доле коры больших полушарий.

В головном мозге в результате подобных преобразований формируется зрительный образ.

Развиваясь эволюционно, человеческий глаз сформировался наилучшим образом для восприятия солнечного света. В результате зрительный орган современного человека улавливает электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 400–750 нм (видимое излучение). От более низковолновых излучений (ультрафиолета) глаз защищен областью хрусталика с низкой прозрачностью.

Определение спектральных границ чувствительности глаза

Зная законы преломления света, можно опытным путем определить спектральную чувствительность глаза. Основной инструмент — дифракционная решетка с определенным периодом.

Луч света, проходя через решетку, попадает на сетчатку. Глаз играет роль линзы, собирающей лучи в пучок, результат зависит от угла луча. Опыт доказывает, что чувствительность человеческого глаза совпадает с диапазоном видимого света по шкале.

Электромагнитная природа света

На заре изучения природы света до открытия электромагнитных световых волн существовали различные мнения. Так, история открытия гласит, что из рассуждений И.

Ньютона развилась теория о свете как о потоке частиц, квантов, об электрических колебаниях, а из рассуждений Х. Гюйгенса — волновая теория света.

Согласно квантовой теории, от источников энергии атомов последняя передается веществу, то же происходит и с энергией квантов. Волны светового спектра излучений обладают квантовыми свойствами.

Электромагнитная природа света была доказана и описана при помощи формул Д. К. Максвеллом.

Теоретическое исследование природы электромагнитных излучений принесло несомненную пользу человечеству. Явление стало применяться в медицине, быту, радиовещании и многих других областях.

Врач-пульмонолог, Терапевт, Кардиолог, Врач функциональной диагностики. Врач высшей категории. Опыт работы: 9 лет. Закончила Хабаровский государственный мединститут, клиническая ординатура по специальности «терапия». Занимаюсь диагностикой, лечением и профилактикой заболеваний внутренних органов, также провожу профосмотры. Лечу заболевания органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы.
Беспалова Ирина Леонидовна опубликовала статей: 499

Источник: https://ObOtravlenii.ru/izluchenie/elektromagnitnoe/shkala-elektromagnitnyh-izluchenij.html

Ссылка на основную публикацию