Kaj so elektromagnetni valovi?

Elektromagnetni valovi so po fiziki med najbolj skrivnostnimi. V njih energija dejansko izgine v nikamor, zdi se je od nikoder. V celotni znanosti ne obstaja noben drug takšen objekt. Kako se pojavijo vse te čudovite konverzije?

Maxwell elektrodinamika

Vse se je začelo z dejstvom, da je znanstvenik Maxwell v oddaljenem 1865, ki se opira na delo Faradaya, izpeljal enačbo elektromagnetnega polja. Sam Maxwell je verjel, da njegove enačbe opisujejo torzijo in napetost valov v zraku. Triindvajset let kasneje je Hertz eksperimentalno ustvaril takšne motnje v mediju in jih je bilo mogoče ne samo uskladiti z enačbami elektrodinamike, temveč tudi pridobiti zakone, ki urejajo širjenje teh motenj. Prišlo je do nenavadne težnje po razglasitvi vseh motenj, ki so elektromagnetne narave, Hertzovih valov. Vendar ta sevanja niso edino sredstvo za prenos energije.

Brezžična komunikacija

Do danes so možne možnosti za izvajanje takšnih brezžičnih komunikacij:

- elektrostatična sklopka, imenovana tudi kapacitivna sklopka;

- indukcija;

- tok;

- Teslinsko spajanje, tj. Povezovanje valov elektronske gostote preko vodljivih površin;

- najširši obseg najpogostejših nosilcev, ki se imenujejo elektromagnetna valovanja - od ultra nizkih frekvenc do gama sevanja.

Te vrste komunikacije je treba podrobneje obravnavati.

Elektrostatična sklopka

Dipoli sta povezani z električnimi silami v prostoru, kar je posledica Coulombovega zakona. Ta vrsta povezave se razlikuje od elektromagnetnih valov s sposobnostjo povezovanja dipolov, ko se nahajajo na isti liniji. S povečevanjem razdalj sila spenjanja izumre in močno vplivajo tudi različne motnje.

Indukcijska spojka

Na osnovi magnetnih induktivnih polj. Opazovano med predmeti, ki imajo induktivnost. Njegova uporaba je precej omejena zaradi ukrepov kratkega dosega.

Trenutna komunikacija

Zaradi širjenja tokov v prevodnem okolju lahko pride do določene interakcije. Če se tokovi prenašajo preko sponk (par kontaktov), ​​je mogoče te iste tokove zaznati na precejšnji razdalji od kontaktov. To se imenuje učinek širjenja tokov.

Tesla povezava

Slavni fizik Nikola Tesla je izumil povezavo s pomočjo valov na prevodni površini. Če je na nekem mestu ravnine motena gostota nosilca naboja, se bodo ti nosilci začeli premikati, kar bo povzročilo ponovno vzpostavitev ravnovesja. Ker imajo nosilci inertno naravo, je restavriranje valovne narave.

Elektromagnetna sklopka

Emisija elektromagnetnih valov je zelo dolga, saj je njihova amplituda obratno sorazmerna z razdaljo do vira. Ta metoda brezžične komunikacije je postala najbolj razširjena. Toda kaj so elektromagnetni valovi? Najprej morate narediti majhno digresijo v zgodovino njihovega odkritja.

Kako so se pojavili "elektromagnetni valovi"?

Vse se je začelo leta 1829, ko je ameriški fizik Henry odkril motnje električnih razelektritev v poskusih z bankami Leyden. Leta 1832 je fizik Faraday predlagal obstoj takšnega procesa kot elektromagnetna valovanja. Maxwell leta 1865 je ustvaril svoje slavne enačbe elektromagnetizma. Ob koncu devetnajstega stoletja je bilo veliko uspešnih poskusov za ustvarjanje brezžičnih komunikacij z uporabo elektrostatičnih in elektromagnetna indukcija. Slavni izumitelj Edison je izumil sistem, ki je potnikom v železniškem prometu omogočal pošiljanje in sprejemanje telegramov med vožnjo vlaka. Leta 1888 je G. Hertz nedvoumno dokazal, da se elektromagnetni valovi pojavljajo z napravo, imenovano vibrator. Hertz je spoznal izkušnjo prenosa elektromagnetnega signala na daljavo. Leta 1890 je inženir in fizik Branly iz Francije izumil napravo za snemanje elektromagnetnega sevanja. Nato se je ta naprava imenovala "radijski vodnik" (coherer). V letih 1891-1893 je Nikola Tesla opisal osnovna načela izvajanja prenosa signalov na dolge razdalje in patentiral antensko stezo, ki je bila vir elektromagnetnih valov. Nadaljnji dosežki pri proučevanju valov in tehnični realizaciji njihove proizvodnje in uporabe pripadajo znanim fizikom in izumiteljem, kot sta Popov, Marconi, de Mors, Lodge, Mirhead in mnogi drugi.

Koncept "elektromagnetnega vala"

Elektromagnetni val je pojav, ki se širi v prostoru z določeno končno hitrostjo in je izmenično električno in magnetno polje. Ker so magnetna in električna polja neločljivo povezana, tvorijo elektromagnetno polje. Prav tako lahko rečemo, da je elektromagnetni val motnja polja in da se pri njenem širjenju energija, ki jo ima magnetno polje, pretvori v energijo električnega polja in nazaj, v skladu z Maxwellovo elektrodinamiko. Navzven je to podobno širjenju katerega koli drugega vala v katerem koli drugem mediju, vendar obstajajo pomembne razlike.

Razlika elektromagnetnih valov od drugih?

Energija elektromagnetnih valov se porazdeli v dokaj nerazumljivem okolju. Če želite primerjati te valove in vse druge, je treba razumeti, kakšen medij razmnoževanja. Predpostavlja se, da znotraj-atomski prostor zapolni električni eter - specifični medij, ki je absolutni dielektrik. Vsi valovi med širjenjem kažejo prehod kinetične energije v potencial in obratno. Hkrati se pri teh energijah maksimum v času in prostoru premakne med seboj za četrtino celotnega obdobja valovanja. Povprečna energija valov ob istem času je vsota potenciala in kinetična energija je konstanta. Toda z elektromagnetnimi valovi je situacija drugačna. Energetska, magnetna in električna polja dosegajo maksimalne vrednosti hkrati.

Kako nastane elektromagnetni val?

Zadeva elektromagnetnega vala je električno polje (eter). Gibljivo polje je strukturirano in je sestavljeno iz energije gibanja in električne energije samega polja. Zato potencialne energije Valovi so povezani s kinetično in v fazi. Narava elektromagnetnega vala je periodično električno polje, ki je v stanju gibanje naprej v prostoru in se premika s hitrost svetlobe.

Pristranskost tokov

Obstaja še en način, kako razložiti, kaj so elektromagnetni valovi. Predvideva se, da se pri gibanju neenakomernih električnih polj v zraku pojavijo pristranski tokovi. Seveda nastanejo le za fiksnega zunanjega opazovalca. V trenutku, ko takšen parameter, ko električna poljska jakost doseže svoj maksimum, se bo pristranski tok na določeni točki v prostoru ustavil. V skladu s tem se z minimalno napetostjo dobi nasprotna slika. Ta pristop pojasnjuje valovno naravo elektromagnetnega sevanja, ker se energija električnega polja premakne za četrtino obdobja glede na tokove pristranskosti. Potem lahko rečemo, da se električna perturbacija, oziroma bolj energija motenj, pretvori v energijo toka in nazaj pristranskosti in se v valovitem načinu razširja v dielektričnem mediju.