Електромагнетско зрачење

Из Википедије, слободне енциклопедије
Електромагнетни таласи од којих се састоји електромагнетна радијација се могу приказати као самопропагирајући трансверзално осцилирајући талас електричног и магнетног поља. Овај дијаграм приказује раван линеарности полиризованог ЕМР таласа који се пропагира са лева на десно. Електрично поље је у вертикалној равни а магнетно поље у хоризонталној равни. Електрично и магнетно поље у ЕМР таласима су увек у фази и стоје на 90 степени једно наспрам другог.

Електромагнетско зрачење је комбинација осцилујућег електричног и магнетског поља која заједно путују кроз простор у облику међусобно управних таласа. Ово зрачење је носилац електромагнетске интеракције (силе) и може се интерпретирати као талас или као честица, у зависности од случаја. Честице које квантификују електромагнетско зрачење су фотони.[1][2]

Електромагнетске таласе је теоријски предвидео Џејмс Максвел 1863. покушавајући да објасни ефекте индукције електричне струје у магнетским пољима и обрнуто. Касније је Хајнрих Рудолф Херц потврдио ову теорију произвевши радио-таласе које је детектовао са другог краја своје лабораторије једноставном осцилацијом електричне струје кроз проводник (тиме демонстриравши примитиван облик антене).

Свако наелектрисање променом брзине кретања генерише електромагнетско поље. Ова информација се простире кроз простор брзином светлости и особине одговарајућег електромагнетског таласа су директно везане за динамику промене кретања наелектрисања. Ако имамо проводник у коме наелектрисање осцилује, генерисани електромагнетски талас ће имати исту фреквенцију осциловања. Алтернативно, ако електромагнетско зрачење гледамо као емисију честица (фотона), енергија коју оне носе је директно везана за таласну дужину, односно учестаност таласа. Што је већа учестаност то је већа енергија фотона. Тачан однос је описан Планковом релацијом E = hν где је Е енергија фотона h је Планкова константа, a ν је фреквенција таласа.

Као што осцилујућа електрична струја у проводнику може да произведе електромагнетски талас, такав талас такође може да у неком проводнику индукује електричну струју исте осцилације, на тај начин омогућавајући трансфер информације од емитора ка пријемнику, што је основ свих бежичних комуникација.

Особине електромагнетског зрачења зависе од његове таласне дужине и као такве се деле на електричне, радио и микроталасе, затим на инфрацрвену, видљиву и ултраљубичасту светлост, X-зраке и гама зраке. Цео опсег таласних дужина електромагнетског зрачења се зове електромагнетски спектар.

У вакууму се електромагнетски таласи простиру брзином светлости, док се при проласку кроз гасове или течности делови спектра могу апсорбовати, односно расипати при хаотичном кретању честица услед ефекта ексцитације атома, при чему талас престаје да се креће праволинијски па је перцепција да се креће спорије од брзине светлости.

Електромагнетни таласи[уреди]

Средином 19. века велики изазов су представљали светлост, магнетизам и електрицитет. Претходног века Томас Јанг је измерио таласну дужину светлости, Вилијам Гилберт је открио поларност магнета[3] и бројни истраживачи су експериментисали с новим открићем – електрицитетом. Максвел је 1865. теоретски описао електромагнетске таласе, али се није било познато како настају, иако је према Максвелу до тога требало да долази треперењем електричне струје.[4][5][6]

Пре је већ била одређена фреквенција светлости. Према Максвеловој теорији, светлост би се морала видети када би фреквенција ЕМ (електромагнетних) таласа коју би производило осцилаторно коло, била једнака фреквенцији светлости. То је било тачно, међутим довољно квалитетна опрему која би могла произвести таласе фреквенције веће од 1 GHz није била доступна. Тек је двадесет година касније Хајнрих Херц је успио да експериментално покаже повезаност електромагнетних таласа и светлости.[7][8] Тај експеримент је у знатној мери помогао разумевању електромагнетног спектра, и пружио је доказ да се таласи могу створити и ширити кроз простор.[9]

Електрично поље[уреди]

Електрично поље је простор око наелектрисаног тела у којем се манифестује деловање на друга наелектрисана тела.[10] Јачина електричног поља:

E = F/q

Магнетско поље[уреди]

Магнетско поље је простор у којем се опажа деловање једног магнета на друге магнете. Јачина магнетског поља је:

H = B/μ

Када се у отвореном осцилаторном колу изазову електромагнетске осцилације у простору око њега настаје електромагнетско поље. Електрично и магнетско поље нису више одвојени већ чине једну целину. Теорију електромагнетског поља поставио је Максвел. Та теорија се темељи на следећим поставкама:

  • Свака промена магнетског поља доводи у околном простору до индуковања вртложног електричног поља. Свака промјена електричног поља доводи до индуковања вртложног магнетског поља у околном простору.
  • Електромагнетско зрачење је комбинација осцилујућег електричног и магнетског поља таласа. Максвелова теорија је предвидела постојање електромагентских таласа, као и то да су светлосни таласи само један облик електромагнетских таласа. Свако наелектрисање промјеном брзине кретања генерише електромагнетско поље. Ова информација се простире кроз простор брзином светлости и особине одговарајућег електромагнетског таласа су директно везане за динамику промене кретања наелектрисања.

Настанак електромагнетских таласа[уреди]

Електромагнетски таласи

Ако се у некој тачки простора створи промјенљиво магнетско поље оно ће у суседној тачки индуковати вртложно електрично поље које је такође промјенљиво. Оно ће индуковати вртложно магнетско поље, а ово вртложно електрично поље, итд. На тај начин настаје електромагнетски талас. Процес ширења промјенљиво електромагентског поља кроз простор назива се електромагентски талас.

Као што осцилујућа електрична струја у проводнику може да произведе електромагнетски талас, такав талас такође може да у неком проводнику индукује електричну струју исте осцилације, на тај начин омогућавајући трансфер информације од емитора ка пријемнику, што је основ свих бежичних комуникација. У вакууму се електромагнетски таласи простиру брзином светлости, док се при проласку кроз гасове или течности делови спектра могу апсорбовати, односно расипати при хаотичном кретању честица услед ефекта ексцитације атома, при чему талас престаје да се креће праволиниски па је перцепција да се креће спорије од брзине светлости.

Брзина електромагнетских таласа у вакууму је c = 3 * 10^8 m/s, а то је брзина светлости у вакууму.

Таласна дужина[уреди]

Таласна дужина, симбол λ, је најмања удаљеност две тачака исте фазе покрета једног таласа. При томе две тачке су у фази када се на исти начин у временском размаку покривају и њихова амплитуда има исти смер покрета. Таласна дужина електромагнетског талас је једнака:

Види још[уреди]

Референце[уреди]

  1. Hecht, Eugene (2001). Optics (4th изд.). Pearson Education. ISBN 0-8053-8566-5. 
  2. Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers (6th изд.). Brooks Cole. ISBN 0-534-40842-7. 
  3. Heathcote, Niels H. de V. (1967). „The early meaning of electricity: Some Pseudodoxia Epidemica – I”. Annals of Science. 23 (4): 261. doi:10.1080/00033796700203316. 
  4. „Topology and Scottish mathematical physics”. University of St Andrews. Приступљено 9. 9. 2013. 
  5. Nahin, P.J. (1992). „Maxwell's grand unification”. Spectrum, IEEE. 29 (3): 45. doi:10.1109/6.123329. 
  6. Maxwell, James Clerk (1865). „A dynamical theory of the electromagnetic field” (PDF). Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 155: 459—512. Bibcode:1865RSPT..155..459C. doi:10.1098/rstl.1865.0008. 
  7. Hertz, H.R (1893). Electric waves: being researches on the propagation of electric action with finite velocity through space. Ithaca, New York: Cornell University Library. ISBN 978-1-4297-4036-4. 
  8. Hertz, H. R.(1899) The Principles of Mechanics Presented in a New Form, London, Macmillan, with an introduction by Hermann von Helmholtz (English translation of Die Prinzipien der Mechanik in neuem Zusammenhange dargestellt, Leipzig, posthumously published in 1894).
  9. Bodanis, David (2006). Electric Universe: How Electricity Switched on the Modern World. New York: Three Rivers Press. ISBN 978-0-307-33598-2. 
  10. Richard Feynman (1970). The Feynman Lectures on Physics Vol II. Addison Wesley Longman. ISBN 978-0-201-02115-8. 

Литература[уреди]

  • Tipler, Paul (2004). Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics (5th изд.). W. H. Freeman. ISBN 0-7167-0810-8. 
  • John Reitz; Milford, Frederick; Christy, Robert (1992). Foundations of Electromagnetic Theory (4th изд.). Addison Wesley. ISBN 0-201-52624-7. 
  • John David Jackson; J. D. Jackson (1999). Classical Electrodynamics (3rd изд.). John Wiley & Sons. ISBN 0-471-30932-X. 
  • Allen Taflove & Susan C. Hagness (2005). Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method, 3rd ed. Artech House Publishers. ISBN 1-58053-832-0. 
  • Iskander, Magdy F. Electromagnetic Fields & Waves. 
  • H. J. Pain (1971). The Physics of Vibrations and Waves. John Wiley & Sons. ISBN 0-471-65761-1. 

Спољашње везе[уреди]