Шкала электромагнитных волн (низкочастотные излучения и радиоволны вплоть до инфракрасного излучения). Общие свойства волн

 Шкала электромагнитных волн

Элек­тро­маг­нит­ная волна об­ла­да­ет всеми ха­рак­те­ри­сти­ка­ми волн, то есть длина волны и ча­сто­та. Для обыч­ных ме­ха­ни­че­ских волн су­ще­ству­ет вза­и­мо­связь между ско­ро­стью волны, дли­ной волны и ча­сто­той. Такая же связь на­блю­да­ет­ся и у элек­тро­маг­нит­ных волн. Рас­смот­рим урав­не­ние для ме­ха­ни­че­ской волны:

υ = λ · ν

Ско­рость волны равна длине волны, умно­жен­ной на ча­сто­ту. Для элек­тро­маг­нит­ных волн ско­рость рас­про­стра­не­ния – ве­ли­чи­на по­сто­ян­ная и рав­ная c = 3·10⁸ м/с, то есть

c = λ · ν

Для элек­тро­маг­нит­ных волн про­из­ве­де­ние длины волны и ча­сто­ты все­гда оста­ет­ся ве­ли­чи­ной по­сто­ян­ной.

Рис. 1. Шкала элек­тро­маг­нит­ных волн

Возь­мем шкалу (рис. 1) и от­ме­тим на ней ча­сто­ту, по на­прав­ле­нию шкалы про­ис­хо­дит воз­рас­та­ние ча­сто­ты, вто­рая шкала со­от­вет­ству­ет длине волны, и на ней мы видим

умень­ше­ние длины волны. Для одной и той же элек­тро­маг­нит­ной волны про­из­ве­де­ние ча­сто­ты на длину волны все­гда будет оста­вать­ся ве­ли­чи­ной по­сто­ян­ной.

λ₁ · ν₁ = С

λ₂ · ν₂  = С

Для всех элек­тро­маг­нит­ных волн ско­рость будет оста­вать­ся по­сто­ян­ной: 3·10⁸ м/с.

Такое рас­пре­де­ле­ние поз­во­ля­ет со­здать шкалу, по ко­то­рой мы можем раз­ло­жить все элек­тро­маг­нит­ные ко­ле­ба­ния по их ча­сто­те или длине волны и об­су­дить их свой­ства. По такой шкале очень удоб­но об­суж­дать во­прос про­ис­хож­де­ния элек­тро­маг­нит­ных волн, то есть как эти элек­тро­маг­нит­ные волны по­яв­ля­ют­ся и, со­от­вет­ствен­но, что яв­ля­ет­ся ис­точ­ни­ком этих элек­тро­маг­нит­ных волн.

Элек­тро­маг­нит­ную шкалу можно раз­де­лить на две части: низ­ко­ча­стот­ные ко­ле­ба­ния и ра­дио­вол­ны. К низ­ко­ча­стот­ным ко­ле­ба­ни­ям от­но­сят­ся те, ко­то­рые про­из­во­дят­ся при по­мо­щи ге­не­ра­то­ра, самым ярким пред­ста­ви­те­лем яв­ля­ет­ся пе­ре­мен­ный ток, и, со­от­вет­ствен­но, эти ко­ле­ба­ния рас­про­стра­ня­ют­ся в ос­нов­ном по про­во­дам, а те элек­тро­маг­нит­ные волны, ко­то­рые со­зда­ют­ся та­ки­ми ко­ле­ба­ни­я­ми, на боль­шие рас­сто­я­ния не рас­про­стра­ня­ют­ся, они очень быст­ро по­гло­ща­ют­ся окру­жа­ю­щей сре­дой.

Вто­рая часть – ра­дио­вол­ны – может быть раз­де­ле­на на боль­шое ко­ли­че­ство под­диа­па­зо­нов.

Это, в первую оче­редь, длин­ные волны, сред­ние, ко­рот­кие и уль­тра­ко­рот­кие волны. Каж­дый из этих диа­па­зо­нов ис­поль­зу­ет­ся по сво­е­му на­зна­че­нию. На­при­мер, длин­ные волны очень хо­ро­шо по­гло­ща­ют­ся окру­жа­ю­щей сре­дой, ионо­сфе­рой и по­верх­но­стью Земли, и по­это­му на боль­шие рас­сто­я­ния они рас­про­стра­нять­ся не могут. При мощ­ных пе­ре­дат­чи­ках длин­ные волны ис­поль­зу­ют для ра­дио­ве­ща­ния. Для ве­ща­ния на весь мир ис­поль­зу­ют­ся ко­рот­кие волны, в ре­зуль­та­те мно­го­крат­но­го от­ра­же­ния они от­ра­жа­ют­ся от зем­ной по­верх­но­сти и ионо­сфе­ры и рас­про­стра­ня­ют­ся по всему зем­но­му шару. Уль­тра­ко­рот­кие волны рас­про­стра­ня­ют­ся в пре­де­лах пря­мой ви­ди­мо­сти, они до­ста­точ­но плохо от­ра­жа­ют­ся, но хо­ро­шо пре­лом­ля­ют­ся и ис­поль­зу­ют­ся для связи с кос­ми­че­ски­ми ап­па­ра­та­ми или для те­ле­ви­де­ния.

Ис­точ­ни­ка­ми для рас­про­стра­не­ния ра­дио­волн яв­ля­ют­ся ге­не­ра­то­ры вы­со­кой ча­сто­ты, ко­ле­ба­тель­ный кон­тур Томп­со­на, от­кры­тый ко­ле­ба­тель­ный кон­тур Герца и дру­гие из­лу­ча­те­ли вы­со­ко­ча­стот­ных элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ний волн. Дан­ные для элек­тро­маг­нит­ной шкалы све­де­ны в схему, изоб­ра­жен­ную на ри­сун­ке 2.

Рис. 2. Дан­ные элек­тро­маг­нит­ной шкалы

Длина волны рас­по­ла­га­ет­ся по умень­ше­нию, а ча­сто­та по на­рас­та­нию.

 Свойства электромагнитных волн

Все элек­тро­маг­нит­ные волны по­хо­жи друг на друга, все они по­рож­да­ют­ся уско­рен­но дви­жу­щим­ся элек­три­че­ским за­ря­дом и об­на­ру­жи­ва­ют­ся по дей­ствию на дру­гой элек­три­че­ский заряд. Про­яв­ле­ние свойств может быть раз­лич­ным, в за­ви­си­мо­сти от длины волны или от ча­сто­ты волны ведут себя по-раз­но­му. Век­тор маг­нит­ной ин­дук­ции и век­тор на­пря­жен­но­сти вих­ре­во­го элек­три­че­ско­го поля вза­им­но пер­пен­ди­ку­ляр­ны, но, кроме этого, плос­кость, где рас­по­ла­га­ет­ся век­тор ин­дук­ции и век­тор на­пря­жен­но­сти, со­от­вет­ствен­но пер­пен­ди­ку­ляр­на век­то­ру, вдоль ко­то­ро­го на­прав­ле­на ско­рость рас­про­стра­не­ния элек­тро­маг­нит­ной волны. Все это объ­еди­ня­ет элек­тро­маг­нит­ные волны. Но в ре­зуль­та­те за­ви­си­мо­сти от длины волны или ча­сто­ты про­яв­ля­ют­ся сле­ду­ю­щие осо­бен­но­сти: по­гло­ще­ние волн окру­жа­ю­щей сре­дой будет раз­лич­ным. Одни волны по­гло­ща­ют­ся до­ста­точ­но хо­ро­шо, дру­гие, на­о­бо­рот, пре­об­ла­да­ют над по­гло­ще­ни­ем-от­ра­же­ни­ем, по­это­му длин­ные волны не могут рас­про­стра­нять­ся на боль­шие рас­сто­я­ния, а ко­рот­кие до­ста­точ­но хо­ро­шо это де­ла­ют. С дру­гой сто­ро­ны, волны могут су­ще­ство­вать в одном про­стран­стве от раз­ных ис­точ­ни­ков, никак при этом не мешая друг другу. Волны могут от од­но­го и того же ис­точ­ни­ка скла­ды­вать­ся друг с дру­гом и, со­от­вет­ствен­но, оги­бать пре­пят­ствия. Эти воз­мож­но­сти на­зы­ва­ют­ся ин­тер­фе­рен­ция и ди­фрак­ция волн, то есть сло­же­ние волн и оги­ба­ние пре­пят­ствий, ко­то­рые при­во­дят к опре­де­лен­но­му ре­зуль­та­ту.  Ра­дио­ло­ка­ция, на­при­мер, свя­за­на с уль­тра­ко­рот­ки­ми вол­на­ми, по­то­му что она эф­фек­тив­на в том слу­чае, когда раз­ме­ры объ­ек­та много боль­ше, чем длина волны.

Общие свой­ства и ха­рак­те­ри­сти­ки элек­тро­маг­нит­ных волн

Таб­ли­ца со­сто­ит из двух столб­цов, в левом раз­ме­ще­ны свой­ства, а в пра­вом – ха­рак­те­ри­сти­ки. Свой­ства рас­по­ло­же­ны в со­от­вет­ствии ха­рак­те­ри­сти­кам.

 Заключение

Шкала элек­тро­маг­нит­ных волн не огра­ни­чи­ва­ет­ся толь­ко ра­дио­вол­на­ми, она может про­дол­жать­ся и даль­ше, су­ще­ству­ют дру­гие из­лу­че­ния, ко­то­рые также со­от­вет­ству­ют элек­тро­маг­нит­ным вол­нам.