Двойственная природа света, ее проявления. Шкала электромагнитных волн

| Категория реферата: Рефераты по физике
| Теги реферата: решебник по 5, курсовая работа по менеджменту
| Добавил(а) на сайт: Вивиана.

Шкала электромагнитных волн

Электромагнитные излучения с различными длинами волн имеют довольно много различий, но все они, от радиоволн и да гамма-излучения, одной физической природы. Все виды электромагнитного излучения в большей или меньшей степени проявляют свойства интерференции, дифракции и поляризации, характерные для волн. Вместе с тем все виды электромагнитного излучения в большей или меньшей мере обнаруживают квантовые свойства.

Общим для всех электромагнитных излучений являются механизмы их возникновения: электромагнитные волны с любой длиной волны могут возникать при ускоренном движении электрических зарядов или при переходах молекул, атомов или атомных ядер из одного квантового состояния в другое.
Гармонические колебания электрических зарядов сопровождаются электромагнитным излучением, имеющим частоту, равную частоте колебаний зарядов.

Радиоволны

Источником электромагнитных волн в действительности может быть любой электрический колебательный контур или проводник, по которому течет переменный электрический ток, так как для возбуждения электромагнитных волн необходимо создать в пространстве переменное электрическое поле (ток смещения) или соответственно переменное магнитное поле. Однако излучающая способность источника определяется его формой, размерами и частотой колебаний. Чтобы излучение играло заметную роль, необходимо увеличить объем пространства, в котором переменное электромагнитное поле создается.
Поэтому для получения электромагнитных волн непригодны закрытые колебательные контуры, так как в них электрическое поле сосредоточено между обкладками конденсатора, а магнитное — внутри катушки индуктивности.

Рисунок 1

Герц в своих опытах, уменьшая число витков катушки и площадь пластин конденсатора, а, также раздвигая их (рис.1 а, б), совершил переход от закрытого колебательного контура к открытому колебательному контуру
(вибратору Герца), представляющему собой два стержня, разделенных искровым промежутком (рис. 1, в). Если в закрытом колебательном контуре переменное электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора (рис. 1, с), то в открытом оно заполняет окружающее контур пространство (рис.1,а), что существенно повышает интенсивность электромагнитного излучения.
Колебания в такой системе поддерживаются за счет источника э. д. с, подключенного к обкладкам конденсатора, а искровой промежуток применяется для того, чтобы увеличить разность потенциалов, до которой первоначально заряжаются обкладки.

Рисунок 2

Для возбуждения электромагнитных волн вибратор Герца В подключался к индуктору (Индуктор – магнит или электромагнит, создающий магнитное поле) И
(рис. 2). Когда напряжение на искровом промежутке достигало пробивного значении, возникала искра, закорачивающая обе половины вибратора, и в нем возникали свободные затухающие колебания. При исчезновении искры контур размыкался и колебания прекращались. Затем индуктор снова заряжал конденсатор, возникала искра и в контуре опять наблюдались колебания и т. д. Для регистрации электромагнитных волн Герц пользовался вторым вибратором, называемым резонатором Р, имеющим такую же частоту собственных колебаний, что и излучающий вибратор , т. е. настроенным в резонанс с вибратором. Когда электромагнитные волны достигали резонатора, то в его зазоре проскакивала электрическая искра.

С помощью описанного вибратора Герц достиг частот порядка 100 МГц и получил волны, длина которых составляла примерно 3 м. П. Н.
Лебедев, применяя миниатюрный вибратор из тонких платиновых стерженьков, получил миллиметровые электромагнитные волны 6-4мм.
Электромагнитные волны - электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды. В вакууме скорость распространения электромагнитной волны 300 000 км/c (скорость света). В однородных изотропных средах направления напряжённостей электрических (Е) и магнитных (Н) полей электромагнитных волн перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны, т. е. электромагнитные волны являются поперечными. В каждой точке пространства колебания Е и Н происходят в одной фазе. С увеличением расстояния R от источника Е и Н убывают как 1/R; такое медленное убывание полей осуществить посредством электромагнитных волн связь на больших расстояниях
(радиосвязь, оптическая связь).
Радиоволны—это электромагнитные волны, служащие для передачи сигналов
(информации) на расстояние без проводов. Радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

В радиоволнах переменные электрическое и магнитное поля тесно взаимосвязаны, образуя электромагнитное поле.

Радиоволны различной длины распространяются по-разному.

Для того чтобы понять это, рассмотрим рис. 3, где показан земной шар и передающая антенна в увеличенном виде. На высоте от 40 до 500 км над
Землей находится ионосфера. Она состоит из очень разреженных воздушных частиц, которые над действием солнечной радиации ионизированы. Степень этой ионизации зависит от многих факторов: день, ночь, лето, зима и т. д., которые влияют на прохождение радиоволн. Например, днем концентрация ионов больше и в ионосфере формируется несколько слоев, а ночью концентрация уменьшается, и эти слои выражены слабее. Главное свойство ионосферы - это возможность, благодаря наличию заряженных частиц, отражать радиоволны определенной длины волны.

Рисунок 3

Длинные волны сильно поглощаются ионосферой и поэтому основное значение имеют приземные волны, которые распространяются, огибая Землю.
Поскольку они распространяются в низких и плотных слоях атмосферы, их интенсивность уменьшается сравнительно быстро по мере удаления от передатчика. Поэтому длинноволновые передатчики должны иметь большую мощность.

Средние волны днем сильно поглощаются ионосферным слоем и район действия определяется только приземной волной. Вечером однако, они хорошо отражаются ионосферой и район действия определяется отраженной волной
(рис:. 3). Поэтому средневолновые передатчики принимаются вечером лучше и дальше, чем днем.

Короткие волны распространяются исключительно посредством отражения ионосферой, поэтому около передатчика существует зона молчания (рис. 3).
Короткие волны могут распространяться на большие расстояния при малой мощности передатчика. Например, в подходящее время суток с помощью любительского коротковолнового передатчика мощностью 50 Вт по телеграфному коду можно установить прочную связь меж Болгарией и Австралией. Добавим еще, что днем лучшее прохождение имеют «наиболее короткие» короткие волны
(например, 21 и 28 Гц), а ночью лучше распространяются «более длинные» короткие волны (например, 3,5 и 7 МГц). По этой причине любительское КВ передатчики, как правило, работают на нескольких диапазонах, т. е. в зависимости от обстоятельств могут работать на различных частотах, определяемых международной конвенцией для радиолюбительской деятельности.

Ультракороткие волны распространяются только по прямой (как свет) и, как правило, не отражаются ионосферой. Поэтому передающие антенны для УКВ монтируются на специальных башнях, построенных на соответствующих высотах.
На УКВ диапазоне работают телевидение, радиотелефоны, пункты скорой помощи, машины такси и пр., имеющие район действия 10+50 км.

|Радиоволны |
|Название |Длина волны в|Частота |Область применения |
|диапазона |свободном | | |
| |пространстве | | |
| |м | | |
| | |Мгц | |
|Сверхдлинные |1*105 – 1*104|3*10-3 – |Радионавигация, |
|волны | |3*10-2 |радиотелеграфная связь, |
| | | |передача метеосводок |
|Длинные волны |1*104 – 1*103|3*10-2 – |Радиотелеграфная |
| | |3*10-1 |и радиотелефонная связь, |
| | | |радиовещание, радионавигация|
|Средние волны |1 000 – 100 |3*10-1 – 3 |Радиотелеграфия и |
| | | |радиотелефонная связь, |
| | | |радиовещание, радионавигация|
|Короткие волны |100 – 10 |3 – 30 |Радиовещание; |
| | | |радиотелеграфия; |
| | | |радиотелефонная и |
| | | |радиолюбительская связь; |
| | | |космическая радиосвязь… |
|Ультракороткие |10 – 1 |30 – 300 |Радиовещание, телевидение, |
|волны (УКВ) | | |радиолокация, космическая |
| | | |радио связь и пр. |
|Дециметровые |1 – 0,1 |300 – 3000 |Телевидение, радиолокация, |
|волны | | |радиорелейная связь, |
| | | |космическая радиосвязь, |
| | | |сотовая телефонная связь |
|Сантиметровые |0,1 – 0,01 |3000 – 3*104 |Радиолокация, радиорелейная |
|волны | | |связь, астрорадионавигация, |
| | | |спутниковое TV |
|Миллиметровые |0,01 – 0,001 |3*104 - 3*105|Радиолокация |
|волны | | | |

|Радиоволны оптического диапазона |
|Инфракрасные волны |1*10-3 |3*105 – 4*108 |Квантовая |
| |-7.5*10-7 | |радиоэлектроника |
|Видимый свет |7,5*10-7-4*10-|4*108-7,5*108 | |
| |7 | | |
|Ультрафиолетовые |4*10-7-20*10-1|7,5*108-15*1010| |
|волны |0 | | |

Инфракрасное излучение

Электромагнитные излучения с длиной волны, меньшей 1- 2мм, но большей 8*10-7 м, т. е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением.

Область спектра за красным его краем впервые экспериментально была исследована в 1800 г. английским астрономом Вильямом Гершелем (1738 –
1822). Гершель поместил термометр с зачерненным шариком за красный край спектра и обнаружил повышение температуры. Шарик термометра нагрелся излучением, невидимым глазом. Это излучение назвали инфракрасным излучением.

Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела. Источниками инфракрасного излучения служат печи, батареи водяного отопления, электрические лампы накаливания.

С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте. Инфракрасное излучение применяется для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины.