De elektromagnetiska vågor de är tvärgående vågor som motsvarar fält som har sitt ursprung i accelererade elektriska laddningar. 1800-talet var århundradet med stora framsteg inom elektricitet och magnetism, men fram till första hälften av det var forskarna fortfarande inte medvetna om förhållandet mellan båda fenomenen och trodde att de var oberoende av varandra..
Det var den skotska fysikern James Clerk Maxwell (1831-1879) som visade världen att elektricitet och magnetism bara var två sidor av samma mynt. Båda fenomenen är nära besläktade.
Artikelindex
Maxwell förenade teorin om elektricitet och magnetism i fyra eleganta och koncisa ekvationer, vars förutsägelser snart bekräftades:
Vilka bevis hade Maxwell för att utveckla sin elektromagnetiska teori?
Det var redan ett faktum att elektriska strömmar (laddningar i rörelse) producerar magnetfält, och i sin tur kommer ett variabelt magnetfält från elektriska strömmar i ledande kretsar, vilket skulle innebära att ett variabelt magnetfält inducerar ett elektriskt fält..
Kan det omvända fenomenet vara möjligt? Skulle olika elektriska fält kunna generera magnetfält??
Maxwell, en lärjunge av Michael Faraday, var övertygad om att det fanns symmetrier i naturen. Både elektriska och magnetiska fenomen var också tvungna att följa dessa principer.
Enligt denna forskare skulle oscillerande fält generera störningar på samma sätt som en sten som kastas i en damm genererar vågor. Dessa störningar är inget annat än oscillerande elektriska och magnetiska fält, som Maxwell kallade exakt elektromagnetiska vågor..
Maxwells ekvationer förutsade förekomsten av elektromagnetiska vågor med utbredningshastighet lika med ljusets hastighet. Förutsägelsen bekräftades kort därefter av den tyska fysikern Heinrich Hertz (1857 - 1894), som lyckades generera dessa vågor i sitt laboratorium med hjälp av en LC-krets. Detta inträffade strax efter Maxwells död.
För att verifiera teoriens riktighet var Hertz tvungen att bygga en detektoranordning som gjorde det möjligt för honom att hitta våglängden och frekvensen, data från vilken han kunde beräkna hastigheten för elektromagnetiska radiovågor, sammanfallande med ljusets hastighet..
Maxwells arbete hade tagits emot med skepsis av det vetenskapliga samfundet vid den tiden. Kanske berodde det delvis på att Maxwell var en lysande matematiker och hade presenterat sin teori med alla formaliteter i fallet, som många inte förstod..
Men Hertz experiment var lysande och övertygande. Hans resultat mottogs väl och tvivel om riktigheten i Maxwells förutsägelser rensades..
Förflyttningsströmmen är skapandet av Maxwell, som uppstod som ett resultat av en djup analys av Ampers lag, som fastställer att:
Därför är termen till höger i Ampers lag, som involverar strömmen, inte ogiltig och inte heller medlemmen till vänster. Omedelbar slutsats: det finns ett magnetfält.
Det finns emellertid ingen ström som korsar eller korsar den krökta ytan S ', som har samma kontur C, eftersom denna yta omfattar en del av det som finns i utrymmet mellan kondensorns plattor, vilket vi kan anta är luft eller ett annat ämne icke ledande.
I den regionen finns inget ledande material genom vilket någon ström flyter. Man måste komma ihåg att för att en ström ska kunna strömma måste kretsen vara stängd. Eftersom strömmen är noll är integralen till vänster i Ampers lag 0. Det finns inget magnetfält då??
Det finns definitivt en motsägelse. S 'begränsas också av kurvan C och förekomsten av magnetfältet får inte bero på ytan till vilken C begränsar..
Maxwell löste motsägelsen genom att introducera begreppet förskjutningsström iD.
Medan kondensatorn laddas finns ett varierande elektriskt fält mellan plattorna och strömmen strömmar genom ledaren. När kondensatorn laddas upphör strömmen i ledaren och ett konstant elektriskt fält upprättas mellan plattorna..
Då drog Maxwell slutsatsen att det i samband med det variabla elektriska fältet måste finnas en ström som han kallade förskjutningsström iD, en ström som inte inbegriper laddning. För ytan S 'är den giltig:
Elektrisk ström är inte en vektor, även om den har storlek och betydelse. Det är mer lämpligt att relatera fälten till en kvantitet som är vektor: strömtätheten J,vars storlek är kvoten mellan strömmen och det område genom vilken den passerar. Enheterna med strömtäthet i det internationella systemet är ampere / mtvå.
När det gäller denna vektor är deplacementströmtätheten:
På detta sätt, när Ampers lag tillämpas på konturen C och ytan S används, dvsC det är strömmen som går igenom den. IställetC korsar inte S ', men jagD om det gör det.
1-En cirkulär platt parallell plattkondensator laddas. Plattornas radie är 4 cm och vid ett givet ögonblick leder ledningsströmmen iC = 0,520 A. Det finns luft mellan plattorna. Hitta:
a) Förskjutningsströmtätheten JD i utrymmet mellan plattorna.
b) Den hastighet med vilken det elektriska fältet mellan plattorna förändras.
c) Magnetfältet inducerat mellan plattorna på ett avstånd av 2 cm från den axiella axeln.
d) Samma fråga som i c) men på ett avstånd av 1 cm från den axiella axeln.
För storleken på strömtätheten JD arean på plattorna behövs:
Plattarea: A = πrtvå = π. (4 x 10-två m)två = 0,00503 mtvå.
Det elektriska fältet är jämnt mellan plattorna, strömtätheten är också eftersom de är proportionella. Dessutom iC = iD för kontinuitet, sedan:
Strömtäthet JD = 0,520 A / 0,00503 mtvå = 103,38 A / mtvå.
Förändringshastigheten för det elektriska fältet är (dE / dt). En ekvation behövs för att hitta den, med utgångspunkt från de första principerna: definitionen av ström, definitionen av kapacitans och kapacitansen för en platt parallell plattkondensator.
- Per definition är strömmen derivat av belastningen med avseende på tid iC = dq / dt
- Kondensatorns kapacitans är C = q / v, där q är laddningen och v är potentialskillnaden.
- För sin del är kapaciteten hos den plana parallella plattkondensatorn: C = εellerA / d.
Små bokstäver används för att indikera strömmar och spänningar som varierar över tiden. Genom att kombinera den andra och tredje ekvationen är laddningen som:
q = C.v = (εellerA / d) .v = εellerA (v / d) = εellerAE
Här εeller är permittiviteten för vakuumet vars värde är 8,85 x 10-12 Ctvå/N.mtvå. Därför tar vi detta resultat till den första ekvationen och vi får ett uttryck som innehåller förändringshastigheten för det elektriska fältet:
iC = dq / dt = d (εellerAE) / dt = εellerA (dE / dt)
Åtgärd för dE / dt kvarstår:
(dE / dt) = iC/ (εellerA) = jD/ εeller
Ersätter värden:
dE / dt = (103,38 A / mtvå) / (8,85 x 10-12 Ctvå/N.mtvå ) = 1,17 x 1013 (N / C) / s
Resultatet är ungefär 1 följt av 13 nollor. Det elektriska fältet varierar definitivt mycket snabbt.
För att hitta magnetfältets storlek är det nödvändigt att tillämpa Ampers lag, genom att välja en cirkulär bana med radie r inuti plattorna och koncentriskt för dem, vars radie är R:
Å andra sidan, i integralen är vektorerna B och dl parallella, så att den skalära produkten helt enkelt är Bdl, var dl är en vägdifferential över C. Fältet B är konstant genom hela banan C och ligger utanför integralen:
Utvärdering av ekvationen erhållen i föregående avsnitt, för r = 1 cm = 0,01 m:
Elektromagnetiska vågor är tvärgående vågor där de elektriska och magnetiska fälten är vinkelräta mot varandra och samtidigt mot vågens utbredningsriktning.
Därefter ser vi dess mest anmärkningsvärda egenskaper.
Utbredningshastigheten för elektromagnetiska vågor i vakuum är c .003,00 x108 m / s, oavsett våglängd och frekvensvärden.
Elektromagnetiska vågor sprids både i vakuum och i något materialmedium, till skillnad från mekaniska vågor som kräver ett medium.
Förhållandet mellan hastighet c, våglängden λ och frekvensen F av elektromagnetiska vågor i vakuum är c = λ.f.
Storleken på de elektriska och magnetiska fälten är relaterade till E = cB.
I ett givet medium är det möjligt att visa att hastigheten för elektromagnetiska vågor ges av uttrycket:
I vilka ε och μ är respektive permittivitet och permeabilitet för mediet i fråga.
En elektromagnetisk strålning med energi ELLER har en tillhörande mängd rörelse sid vars storlek är: sid = ELLER/c.
Elektromagnetiska vågor har ett mycket brett spektrum av våglängder och frekvenser. De är grupperade i det som kallas det elektromagnetiska spektrumet, som har delats in i regioner, som namnges nedan, med början med de längsta våglängderna:
De ligger längst ut på den längsta våglängden och den lägsta frekvensen, de sträcker sig från några till en miljard Hertz. De används för att sända en signal med information av olika slag och fångas upp av antennerna. TV, radio, mobiler, planeter, stjärnor och andra himmelska kroppar sänder dem och kan fångas.
Beläget i ultrahöga (UHF), superhöga (SHF) och extremt höga (EHF) frekvenser, de sträcker sig mellan 1 GHz och 300 GHz. Till skillnad från de tidigare som kan mäta upp till en mil (1,6 km), varierar mikrovågor från några centimeter till 33 cm.
Med tanke på deras position i spektrumet, mellan 100 000 och 400 000 nm, används de för att överföra data om frekvenser som inte störs av radiovågor. Av denna anledning används de i radarteknik, mobiltelefoner, köksugnar och datorlösningar..
Dess svängning är produkten av en anordning som kallas magnetron, vilket är ett slags resonanshålighet som har två skivmagneter i ändarna. Det elektromagnetiska fältet genereras av accelerationen av katodens elektroner.
Dessa värmeböljor avges av termiska kroppar, vissa typer av lasrar och lysdioder. Även om de tenderar att överlappa med radiovågor och mikrovågor, är deras intervall mellan 0,7 och 100 mikrometer..
Enheterna producerar oftast värme som kan upptäckas av nattglasögon och huden. De används ofta för fjärrkontroller och speciella kommunikationssystem.
I referensdelningen av spektrumet hittar vi det märkbara ljuset, som har en våglängd mellan 0,4 och 0,8 mikrometer. Vad vi skiljer är regnbågens färger, där den lägsta frekvensen kännetecknas av rött och den högsta av violett..
Dess längdvärden mäts i nanometer och Angstrom, det representerar en mycket liten del av hela spektrumet och detta intervall inkluderar den största mängden strålning som emitteras av solen och stjärnorna. Dessutom är det produkten av accelerationen av elektroner i energitransiter.
Vår uppfattning om saker baseras på synlig strålning som faller på ett föremål och sedan på ögonen. Då tolkar hjärnan de frekvenser som ger upphov till färg och detaljer som finns i saker.
Dessa krusningar ligger i intervallet 4 och 400 nm, de genereras av solen och andra processer som avger stora mängder värme. Långvarig exponering för dessa korta vågor kan orsaka brännskador och vissa typer av cancer i levande saker..
Eftersom de är produkten av elektronhopp i upphetsade molekyler och atomer, är deras energi involverad i kemiska reaktioner och de används i medicin för att sterilisera. De ansvarar för jonosfären eftersom ozonskiktet förhindrar dess skadliga effekter på jorden.
Denna beteckning beror på att de är osynliga elektromagnetiska vågor som kan passera genom ogenomskinliga kroppar och producera fotografiska tryck. Beläget mellan 10 och 0,01 nm (30 till 30 000 PHz) är de resultatet av elektroner som hoppar från banor i tunga atomer.
Dessa strålar kan avges av solens korona, pulsarer, supernovor och svarta hål på grund av deras stora mängd energi. Deras långvariga exponering orsakar cancer och de används inom det medicinska området för att få bilder av benstrukturer..
Beläget längst till vänster i spektrumet är de vågorna med den högsta frekvensen och förekommer vanligtvis i svarta hål, supernovor, pulsarer och neutronstjärnor. De kan också vara resultatet av klyvning, kärnkraftsexplosioner och blixtnedslag.
Eftersom de genereras av stabiliseringsprocesser i atomkärnan efter radioaktiva utsläpp är de dödliga. Deras våglängd är subatomär, så att de kan passera genom atomer. Ändå absorberas de av jordens atmosfär.
Elektromagnetiska vågor har samma reflektions- och reflektionsegenskaper som mekaniska vågor. Och tillsammans med den energi de förökar kan de också bära information.
På grund av detta har olika typer av elektromagnetiska vågor tillämpats på ett stort antal olika uppgifter. Därefter ser vi några av de vanligaste.
Strax efter upptäckten visade Guglielmo Marconi att de kunde vara ett utmärkt kommunikationsverktyg. Sedan Hertz upptäcktes har trådlös kommunikation med radiofrekvenser som AM- och FM-radio, TV, mobiltelefoner och mycket mer blivit alltmer utbredd över hela världen..
De kan användas för att värma mat, eftersom vatten är en dipolmolekyl som kan svara på oscillerande elektriska fält. Mat innehåller vattenmolekyler, som när de utsätts för dessa fält börjar oscillera och kollidera med varandra. Den resulterande effekten är uppvärmning.
De kan också användas i telekommunikation på grund av deras förmåga att resa i atmosfären med mindre störningar än andra vågor med större våglängd..
Den mest karakteristiska användningen av infraröd är mörkerseende. De används också i kommunikation mellan enheter och i spektroskopiska tekniker för studier av stjärnor, interstellära gasmoln och exoplaneter..
Med dem kan du också skapa kroppstemperaturkartor, som används för att identifiera vissa typer av tumörer vars temperatur är högre än den omgivande vävnaden.
Synligt ljus utgör en stor del av det spektrum som sänds ut av solen och som näthinnan svarar på.
Ultravioletta strålar har tillräckligt med energi för att interagera med materia betydligt, så kontinuerlig exponering för denna strålning orsakar för tidigt åldrande och ökar risken för att utveckla hudcancer..
Röntgenstrålar och gammastrålar har ännu mer energi och kan därför tränga igenom mjuka vävnader, därför har de nästan använts för att diagnostisera frakturer och undersöka kroppens inre på jakt efter sjukdomar..
Röntgenstrålar och gammastrålning används inte bara som ett diagnostiskt verktyg utan som ett terapeutiskt verktyg för att förstöra tumörer..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.