Поняття електромагнітних хвиль
Утворення електромагнітних хвиль
Види електромагнітних випромінювань їх властивості та застосування
Природа електромагнітної хвилі
Електромагнітна хвиля є поширенням у просторі з часом змінних (вихрових) електричних і магнітних полів.
Освіта ЕМВ хвилі
Електромагнітні хвилі вивчаються зарядами, що коливаються, при цьому істотно, що швидкість руху таких зарядів змінюється з часом, тобто. вони рухаються із прискоренням.
Електромагнітне поле випромінюється помітним чином не тільки при коливанні заряду, але і за будь-якої швидкої зміни його швидкості. Причому інтенсивність випромінювання хвилі тим більше, що більше прискорення, з яким рухається заряд.
Вектори Е і В електромагнітної хвилі перпендикулярні один одному п перпендикулярні напрямку поширення хвилі.
Електромагнітна хвиля є поперечною
Історична довідка
Максвелл був глибоко переконаний у реальності електромагнітних хвиль, але не дожив до їхнього експериментального виявлення.
Лише через 10 років після смерті електромагнітні хвилі експериментально отримані Герцем.
У 1895 році А.С. Попов продемонстрував практичне застосування ЕМВ для радіозв'язку.
Зараз ми знаємо, що весь простір навколо нас буквально пронизаний електромагнітними хвилями різних частот.
Електромагнітні хвилі різних частот відрізняються одна від одної.
В даний час всі електромагнітні хвилі розділені за довжинами хвиль (і, відповідно, частотами) на шість основних діапазонів: радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, видиме випромінювання, ультрафіолетове випромінювання, рентгенівські промені, γ-випромінювання
Радіохвилі
Виходять за допомогою коливальних контурів та макроскопічних вібраторів.
Властивості:
радіохвилі різних частот і з різними довжинами хвиль по-різному поглинаються та відбиваються середовищами.
виявляють властивості дифракції та інтерференції.
Застосування: Радіозв'язок, телебачення, радіолокація.
Інфрачервоне випромінювання (теплове)
Випромінюється атомами чи молекулами речовини. Інфрачервоне випромінювання дають усі тіла за будь-якої температури.
Властивості :
проходить через деякі непрозорі тіла, а також крізь дощ, серпанок, сніг, туман;
виробляє хімічну дію (фотогластинки);
поглинаючись речовиною, нагріває її;
невидимо;
здатне до явищ інтерференції та дифракції;
реєструється тепловими методами.
Застосування : Прилад нічного бачення, криміналістика, фізіотерапія, у промисловості для сушіння виробів, деревини, фруктів.
Видиме випромінювання
Частина електромагнітного випромінювання сприймається оком.
Властивості:
відображення,
заломлення,
впливає на око,
здатне до явища дисперсії,
інтерференції,
дифракції.
Ультрафіолетове випромінювання
Джерела: газорозрядні лампи з кварцовими трубками. Випромінюється всіма твердими тілами, у яких t0> 1 ТОВ°С, а також парами ртуті, що світяться.
Властивості: Висока хімічна активність, невидимо, велика проникаюча здатність, вбиває мікроорганізми, у невеликих дозах сприятливо впливає на організм людини (загар), але у великих дозах негативно впливає, змінює розвиток клітин, обмін речовин.
Застосування: у медицині, у промисловості.
Рентгенівське проміння
Випромінюються при великих прискореннях електронів.
Властивості: інтерференція, дифракція рентгенівських променів на кристалічній решітці, велика здатність, що проникає. Опромінення у великих дозах викликає променеву хворобу.
Застосування: у медицині з метою діагностики захворювань внутрішніх органів; у промисловості контролю внутрішньої структури різних виробів.
γ-випромінювання
Джерела: атомне ядро (ядерні реакції).
Властивості: Має величезну проникаючу здатність, має сильний біологічний вплив.
Застосування: У медицині, виробництві (γ-дефектоскопія).
електромагнітне випромінювання частотою 50 Гц, яке створюється проводами мережі змінного струму, при тривалому впливі викликає сонливість, ознаки втоми, головний біль.
Щоб не посилювати дію побутових електромагнітних випромінювань, фахівці рекомендують не розташовувати електроприлади, що близько один до одного працюють в наших квартирах - мікрохвильову піч, електроплиту, телевізор, пральну машину, холодильник, праску, електричний чайник. Відстань між ними має бути не менше 1,5-2 м. На таку ж відстань слід видаляти від телевізора або холодильника ваші ліжка.
Вплив електромагнітних випромінювань на живі організми
Радіохвилі
Інфрачервоне
Ультрафіолетове
Рентгенівське
γ-випромінювання
Запитання на закріплення
Що називають електромагнітною хвилею?
Що джерелом електромагнітної хвилі?
Як орієнтовані вектори Е і по відношенню один до одного в електромагнітній хвилі?
Яка швидкість розповсюдження електромагнітних хвиль у повітрі?
Запитання на закріплення
5. Які висновки щодо електромагнітних хвиль випливали з теорії Максвелла?
6. Які фізичні величини періодично змінюються у електромагнітній хвилі?
7. Які відносини між довжиною хвилі, її швидкістю, періодом та частотою коливань справедливі для електромагнітних хвиль?
8. За якої хвиля буде достатньо інтенсивною для того, щоб її можна було зареєструвати?
Запитання на закріплення
9. Коли та ким були вперше отримані електромагнітні хвилі?
10. Наведіть приклади застосування електромагнітних хвиль.
11. Розташуйте у порядку зростання довжини хвилі електромагнітні хвилі різної природи: 1) інфрачервоне випромінювання; 2) рентгенівське випромінювання; 3) радіохвилі; 4) γ-хвилі.
«Електромагнітні хвилі та його властивості» - Короткі хвилі. Електромагнітні хвилі. Радіохвилі. Здійснює хімічну дію на фотопластинки. У 1901 році Рентген першим із фізиків отримав Нобелівську премію. Поняття пружного ефіру призвело до нерозв'язних протиріч. Електромагнітні хвилі - електромагнітні коливання, що поширюються у просторі з кінцевою швидкістю.
"Фізика електромагнітні хвилі" - Майкл Фарадей. 1. Що таке електромагнітне поле? =. Урок з фізики в 11 класі - Хатеновська О.В. МОУ ЗОШ №2 с.Червоне. Так з'являється електромагнітне поле. . Змінне магнітне поле створює змінне електричне поле і навпаки. Максвел висловив закони електро магнітного поляяк системи 4 диференціальних рівнянь.
«Трансформатор» - На уроці застосовуються цифрові освітні ресурсиз http://school-collection.edu.ru. Від чого і як залежить ЕРС індукції у котушці із провідника. 9. 5. Який прилад потрібно підключити між джерелом змінного струму та лампочкою? Чи можна підвищуючий трансформатор зробити знижуючим? ІІ. 13. Запиши важливе У трансформаторі застосовується явище електромагнітної індукції.
«Електромагнітні хвилі» - Закінчив Берлінський університет (1880) і був асистентом у Г. Гельмгольца. 4.3 Експериментальне дослідженняЕМВ. Якщо оптична різниця ходу. Інтерференційним членом. 4.1 Генерація ЕМВ. Де. Доповнив відомий принцип. Головний максимум, що відповідає. Малюнок 7.7.
"Електромагнітне поле" - Властивості електромагнітних хвиль: Швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі позначається латинською літерою з: с? 300000 км/с. Що таке електромагнітна хвиля? Існування електромагнітних хвиль було передбачено Дж. Виникне обурення електромагнітного поля. 9 клас Вчитель фізики МОУ «ЗОШ с. Рефлектор» Ліснова Н.П.
«Хвилі електромагнітні» - Радіохвилі. Радіохвилі Інфрачервоне ультрафіолетове Рентгенівське?-випромінювання. Як орієнтовані вектори Е і по відношенню один до одного в електромагнітній хвилі? Виходять за допомогою коливальних контурів та макроскопічних вібраторів. Рентгенівське проміння. Частина електромагнітного випромінювання сприймається оком.
Всього у темі 14 презентацій
Зі створеної Максвеллом теорії можна дійти невтішного висновку у тому, що швидкозмінне електромагнітне поле має поширюватися у просторі як поперечних хвиль. Причому ці хвилі можуть існувати у речовині, а й у вакуумі. Маючи виключно теоретичні висновки, Максвелл визначив також, що електромагнітні хвилі повинні поширюватися у вакуумі зі швидкістю 300 000 км/с, т. е. зі швидкістю світла (швидкість світла, як відомо, була виміряна задовго до цього).
Ви вже знаєте, що в механічних хвилях, наприклад, у звукових, енергія передається від одних частинок середовища до інших. При цьому частки приходять у коливальний рух, тобто їх зміщення від положення рівноваги періодично змінюється. Для передачі звуку обов'язково потрібне речове середовище.
У зв'язку з тим, що електромагнітні хвилі поширюються в речовині та у вакуумі, виникає питання: що робить коливання в електромагнітній хвилі, тобто які фізичні величиниперіодично змінюються у ній?
- Електромагнітна хвиля є системою змінних електричного і магнітного полів, що породжують один одного і поширюються в просторі.
Нагадаємо, що кількісною характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції.
Основною кількісною характеристикою електричного поляслужить векторна величина, звана напруженістю електричного поля, яка позначається символом Е. Напруженість Е електричного поля в будь-якій його точці дорівнює відношенню сили F, з якою поле діє на точковий позитивний заряд, поміщений в цю точку, до значення цього заряду q.
Коли говорять, що магнітне та електричне поля змінюються, це означає, що змінюються відповідно вектор індукції магнітного поля В і вектор напруженості електричного поля Е.
В електромагнітній хвилі саме вектори і Е періодично змінюються по модулю і за напрямом, тобто коливаються.
Мал. 135. Модель електромагнітної хвилі: Е – напруженість електричного поля, В – індукція магнітного поля; с - швидкість хвилі
На малюнку 135 зображені вектор напруженості електричного поля Е і вектор індукції магнітного поля електромагнітної хвилі в один і той же момент часу. Це як би «моментальний знімок» хвилі, що розповсюджується в напрямку осі Z. Площина, проведена через вектори В і Е в будь-якій точці, перпендикулярна до напряму поширення хвилі, що говорить про поперечність хвилі.
За час, що дорівнює періоду коливань, хвиля переміститься вздовж осі Z на відстань, що дорівнює довжині хвилі. Для електромагнітних хвиль справедливі ті ж співвідношення між довжиною хвилі λ, її швидкістю з, періодом Т і частотою коливань, що і для механічних хвиль:
Максвелл не тільки науково обґрунтував можливість існування електромагнітних хвиль, але й зазначив, що для створення інтенсивної електромагнітної хвилі, яку можна було б зареєструвати приладами на деякій відстані від джерела, необхідно, щоб коливання векторів Е та В відбувалися з досить високою частотою (близько 100 000) коливань на секунду та більше).
Генріх Герц (1857-1894)
Німецький фізик, один із основоположників електродинаміки. Експериментально довів існування електромагнітних хвиль
У 1888 р. німецькому вченому Генріху Герцу вдалося отримати та зареєструвати електромагнітні хвилі. В результаті дослідів Герца були виявлені всі властивості електромагнітних хвиль, теоретично передбачені Максвеллом.
Весь навколишній простір буквально пронизаний електромагнітними хвилями різних частот. В даний час всі електромагнітні хвилі поділені за довжинами хвиль (і відповідно за частотами) на шість основних діапазонів, які представлені на малюнку 136.
Мал. 136. Шкала електромагнітних хвиль
Межі діапазонів дуже умовні, тому, як видно з малюнка, здебільшого сусідні діапазони дещо перекривають одне одного.
Електромагнітні хвилі різних частот відрізняються один від одного проникною здатністю, швидкістю поширення в речовині, видимістю, кольоровістю та деякими іншими властивостями.
Вони можуть як позитивний, і негативний вплив на живі організми. Наприклад, інфрачервоне, тобто теплове, випромінювання відіграє визначальну роль у підтримці життя на Землі, оскільки люди, тварини та рослини можуть існувати і нормально функціонувати лише за певних температур.
Очевидне світло дає нам інформацію про навколишній світ і можливість орієнтуватися в просторі. Він необхідний для протікання процесу фотосинтезу в рослинах, у результаті виділяється кисень, необхідний дихання живих організмів.
Вплив на людину ультрафіолетового випромінювання (що викликає засмагу) великою мірою визначається інтенсивністю та тривалістю опромінення. У допустимих дозах воно підвищує опірність організму людини до різних захворювань, зокрема інфекційних. Перевищення допустимої дози може спричинити опіки шкіри, розвиток онкологічних захворювань, ослаблення імунітету, ушкодження сітківки очей. Очі можна захистити за допомогою скляних окулярів (як темних, так і прозорих, але не пластикових), оскільки скло поглинає значну частину ультрафіолетових променів.
Ви знайомі і з рентгенівським випромінюванням, зокрема з його широким застосуванням у медицині – флюорографічне обстеження чи рентгенівський знімок напевно робили кожному з вас. Але надто великі дози або часті обстеження за допомогою рентгенівських променівможуть спричинити серйозні захворювання.
Отримання електромагнітних хвиль має величезне наукове та практичне значення. У цьому вся можна переконатися з прикладу лише одного діапазону - радіохвиль, застосовуваних для телевізійної та радіозв'язку, в радіолокації (тобто виявлення об'єктів і виміру відстані до них), в радіоастрономії та інших сферах діяльності.
Запитання
- Які висновки щодо електромагнітних хвиль можна зробити з теорії Максвелла?
- Які фізичні величини періодично змінюються у електромагнітній хвилі?
- Які співвідношення між довжиною хвилі, її швидкістю, періодом та частотою коливань справедливі для електромагнітних хвиль?
- За якої умови хвиля буде достатньо інтенсивною для того, щоб її можна було зареєструвати?
- Коли та ким були вперше отримані електромагнітні хвилі?
- Наведіть приклади застосування різних діапазонів електромагнітних хвиль та їхнього впливу на живі організми.
Вправа
- На якій частоті суду передають сигнал лиха SOS, якщо за міжнародною угодою довжина радіохвилі має бути 600 м?
- Радіосигнал, посланий із Землі на Місяць, може відбитися від поверхні Місяця і повернутися на Землю. Запропонуйте спосіб вимірювання відстані між Землею та Місяцем за допомогою радіосигналу.
Вказівка:Завдання вирішується таким самим методом, яким вимірюється глибина моря за допомогою ехолокації (див. § 30).
- Чи можна виміряти відстань між Землею та Місяцем за допомогою звукової чи ультразвукової хвилі? Відповідь обґрунтуйте.
У цьому роботі було розглянуто такі питання як поняття хвиль, електромагнітних хвиль та його експериментальне виявлення, властивості електромагнітних хвиль, шкала електромагнітних хвиль.
Електромагнітними хвилями називається процес поширення електромагнітного поля у просторі.
Існування електромагнітних хвиль було теоретично передбачено англійським фізиком Дж.К.Максвеллом. Відомо що електричний струмпороджує магнітне поле (досвід Ерстеда), магнітне поле, що змінюється, породжує електричний струм (досвід Фарадея). Маючи на увазі ці експериментальні факти, англійський фізикМаксвелл створив теорію електромагнітних хвиль. На основі своїх рівнянь він дійшов висновку, що у вакуумі та діелектриках довільні обурення електромагнітного поля поширюються у вигляді електромагнітної хвилі.
Таким чином, прискорений рух електричних зарядівпризводить до виникнення електромагнітних хвиль - взаємозалежних змін електричного та магнітного полів. За Максвеллом: змінне магнітне поле породжує вихрове електричне (явище електромагнітної індукції), а змінне електричне поле породжує вихрове магнітне (магнітоелектрична індукція). У результаті сусідніх областях простору виникає єдине електромагнітне поле.
За Максвелом:
Електромагнітна хвиля є поперечною, так як вектори напруженість електричного поля і напруженість магнітного поля перпендикулярні один одному і лежать у площині, перпендикулярній до напряму поширення хвилі, їх швидкість поширення у вакуумі приблизно дорівнює 300 000 км/с, ця хвиля несе енергію;
Електромагнітні хвилі, як інші хвилі, переносять енергію. Ця енергія укладена в електричному і магнітному полях, що поширюються;
Електромагнітна хвиля повинна мати імпульс, а тому чинити тиск на тіла.
Вперше досліди з електромагнітними хвилями було здійснено 1888 р. Р. Герцем. За допомогою іскрового розрядника та аналогічного йому приймача він отримав та зареєстрував електромагнітні хвилі, виявив їх відображення та заломлення. Подальші дослідження електромагнітних хвиль показали, що вони мають здатність відчувати відображення, заломлення, дифракцію, інтерференцію та поляризацію.
Заслуга з практичного використання електромагнітних хвиль радіозв'язку належить російському фізику А.С. Попову.
Значення теорії Максвелла:
1. Максвелл показав, що електромагнітне поле - це сукупність взаємозалежних електричних та магнітних полів.
2. Передбачив існування електромагнітних хвиль, що поширюються від точки до точки з кінцевою швидкістю.
3. Показав, що світлові хвилі є електромагнітними хвилями, і за своєю фізичною природою нічим не відрізняється від інших електромагнітних хвиль – радіохвиль, інфрачервоного, ультрафіолетового, рентгенівського та гамма-випромінювання.
4. Зв'язав воєдино електрику, магнетизм та оптику.
