James Clerk Maxwell je 1864. godine predvidio mogućnost postojanja elektromagnetnih valova u svemiru. On je ovu tvrdnju iznio na osnovu zaključaka proizašlih iz analize svih tada poznatih eksperimentalnih podataka o elektricitetu i magnetizmu.
Maxwell je matematički objedinio zakone elektrodinamike, povezujući električne i magnetske fenomene, i tako došao do zaključka da električno i magnetsko polje koje se mijenjaju tokom vremena stvaraju jedno drugo.
U početku se fokusirao na činjenicu da odnos između magnetnih i električnih fenomena nije simetričan, te je uveo pojam „vrtložno električno polje“, nudeći svoje zaista novo objašnjenje fenomena elektromagnetne indukcije koju je otkrio Faraday: „svaka promjena u magnetskom polje dovodi do pojave okolnog prostora vrtložnog električnog polja sa zatvorenim linijama sile.”
Prema Maxwellu, bila je istinita i suprotna tvrdnja: „promjenjivo električno polje stvara magnetsko polje u okolnom prostoru“, ali je ova izjava u početku ostala samo hipoteza.
Maxwell je napisao sistem matematičkih jednadžbi koje su dosljedno opisivale zakone međusobne transformacije magnetskog i električnog polja; ove jednadžbe su kasnije postale osnovne jednačine elektrodinamike i počele su se nazivati "Maxwellove jednačine" u čast velikog naučnika koji ih je napisao dolje. Maxwellova hipoteza, zasnovana na napisanim jednačinama, imala je nekoliko izuzetno važnih zaključaka za nauku i tehnologiju, koji su dati u nastavku.
Elektromagnetski talasi zaista postoje
U svemiru mogu postojati poprečni elektromagnetski talasi, koji se šire tokom vremena. Na činjenicu da su valovi poprečni ukazuje činjenica da su vektori magnetske indukcije B i jakosti električnog polja E međusobno okomiti i oba leže u ravni koja je okomita na smjer širenja elektromagnetnog vala.
Brzina širenja elektromagnetnih valova u tvari je konačna, a određena je električnim i magnetskim svojstvima tvari kroz koju se val širi. Dužina sinusoidnog talasa λ povezana je sa brzinom υ određenim tačnim odnosom λ = υ / f, a zavisi od frekvencije f oscilacija polja. Brzina c elektromagnetnog talasa u vakuumu je jedna od osnovnih fizičkih konstanti - brzina svetlosti u vakuumu.
Budući da je Maxwell proglasio konačnu brzinu širenja elektromagnetnog vala, to je stvorilo kontradikciju između njegove hipoteze i tada prihvaćene teorije dugog dometa prema kojoj bi brzina širenja valova trebala biti beskonačna. Maxwellova teorija je stoga nazvana teorijom djelovanja kratkog dometa.
U elektromagnetskom valu istovremeno se događa transformacija električnog i magnetskog polja jedno u drugo, pa su zapreminske gustoće magnetske energije i električne energije jednake jedna drugoj. Stoga je tačno da su moduli jakosti električnog polja i indukcije magnetskog polja međusobno povezani u svakoj tački prostora sljedećim odnosom:
Elektromagnetski val u procesu svog širenja stvara tok elektromagnetne energije, a ako posmatramo područje u ravni okomitoj na smjer širenja vala, tada će se za kratko vrijeme kretati određena količina elektromagnetne energije kroz to. Gustoća toka elektromagnetne energije je količina energije koju elektromagnetski talas prenosi kroz površinu jedinice površine u jedinici vremena. Zamjenom vrijednosti brzine, kao i magnetske i električne energije, možemo dobiti izraz za gustinu fluksa u smislu vrijednosti E i B.
Budući da se smjer širenja energije valova poklapa sa smjerom brzine širenja valova, tok energije koja se širi u elektromagnetnom valu može se odrediti pomoću vektora usmjerenog na isti način kao i brzina širenja valova. Ovaj vektor je nazvan "Poyntingov vektor" - u čast britanskog fizičara Henryja Poyntinga, koji je 1884. razvio teoriju širenja toka energije elektromagnetnog polja. Gustoća toka energije talasa se mjeri u W/m2.
Kada električno polje djeluje na supstancu, u njoj se pojavljuju male struje, koje predstavljaju uređeno kretanje električno nabijenih čestica. Ove struje u magnetskom polju elektromagnetnog vala podložne su djelovanju Amperove sile koja je usmjerena duboko u tvar. Amperova sila na kraju stvara pritisak.
Ovu pojavu je kasnije, 1900. godine, proučavao i eksperimentalno potvrdio ruski fizičar Pjotr Nikolajevič Lebedev, čiji je eksperimentalni rad bio veoma važan za potvrdu Maksvelove teorije elektromagnetizma i njeno prihvatanje i odobravanje u budućnosti.
Činjenica da elektromagnetski talas vrši pritisak omogućava da se proceni da elektromagnetno polje ima mehanički impuls, koji se za jediničnu zapreminu može izraziti kroz zapreminsku gustinu elektromagnetne energije i brzinu širenja talasa u vakuumu:
Budući da je zamah povezan s kretanjem mase, moguće je uvesti takav koncept kao što je elektromagnetna masa, a zatim će za jediničnu zapreminu ovaj odnos (u skladu sa STR) poprimiti karakter univerzalnog zakona prirode i važi za sva materijalna tela, bez obzira na oblik materije. A elektromagnetno polje je tada slično materijalnom tijelu - ono ima energiju W, masu m, impuls p i konačnu brzinu prostiranja v. Odnosno, elektromagnetno polje je jedan od oblika materije koji stvarno postoji u prirodi.
Po prvi put 1888. godine, Heinrich Hertz je eksperimentalno potvrdio Maxwellovu elektromagnetnu teoriju. Eksperimentalno je dokazao realnost elektromagnetnih talasa i proučavao njihova svojstva kao što su prelamanje i apsorpcija u različitim medijima, kao i refleksija talasa od metalnih površina.
Hertz je izmjerio valnu dužinu i pokazao da je brzina prostiranja elektromagnetnog talasa jednaka brzini svjetlosti. Hertzov eksperimentalni rad bio je posljednji korak ka priznavanju Maxwellove elektromagnetne teorije. Sedam godina kasnije, 1895. godine, ruski fizičar Aleksandar Stepanovič Popov koristio je elektromagnetne talase za stvaranje bežičnih komunikacija.
U strujnim krugovima naelektrisanja se kreću konstantnom brzinom i u tom slučaju se elektromagnetski valovi ne emituju u svemir. Da bi došlo do zračenja, potrebno je koristiti antenu u kojoj se pobuđuju naizmjenične struje, odnosno struje koje brzo mijenjaju svoj smjer.
U svom najjednostavnijem obliku, električni dipol male veličine, čiji bi se dipolni moment brzo mijenjao s vremenom, pogodan je za emitiranje elektromagnetnih valova. Upravo se ova vrsta dipola danas naziva "Hertz dipol", čija je veličina nekoliko puta manja od valne dužine koju emituje.
Kada zrači Hertzian dipol, maksimalni tok elektromagnetne energije pada na ravan okomitu na os dipola. Ne postoji zračenje elektromagnetne energije duž ose dipola. U Hertzovim najvažnijim eksperimentima, elementarni dipoli su korišteni i za emitiranje i za primanje elektromagnetnih valova, a postojanje elektromagnetnih valova je dokazano.
Opći pojmovi o elektromagnetnim valovima
U današnjoj lekciji razmotrit ćemo tako potrebnu temu kao što su elektromagnetski valovi. A ova tema je važna, makar samo zato što je cijeli naš moderni život povezan s televizijom, radio i mobilnim komunikacijama. Stoga je vrijedno naglasiti da se sve to provodi zahvaljujući elektromagnetnim valovima.
Pređimo sada na detaljnije razmatranje pitanja u vezi sa elektromagnetnim talasima i, pre svega, daćemo definiciju takvih talasa.
Kao što već znate, val je poremećaj koji se širi u prostoru, odnosno ako se neki poremećaj negdje dogodio i širi se u svim smjerovima, onda možemo reći da širenje ovog poremećaja nije ništa drugo do talasni fenomen.
Elektromagnetski valovi su elektromagnetske oscilacije koje se šire u prostoru konačnom brzinom koja ovisi o svojstvima medija. Drugim riječima, možemo reći da je elektromagnetski val elektromagnetno polje ili elektromagnetski poremećaj koji se širi u prostoru.
Počnimo našu raspravu s činjenicom da je teoriju elektromagnetnih valova elektromagnetnog polja prvi stvorio engleski naučnik James Maxwell. Najzanimljivija i najzanimljivija stvar u vezi sa ovim radom je da se ispostavilo da električno i magnetno polje, kao što znate, i otkad je dokazano da postoje zajedno. Ali ispostavilo se da oni mogu postojati u potpunosti u odsustvu bilo koje supstance. Ovaj vrlo važan zaključak donesen je u radovima Jamesa Clerka Maxwella.
Ispostavilo se da elektromagnetno polje može postojati čak i tamo gdje nema supstance. Rekli smo vam da su zvučni talasi prisutni samo tamo gde postoji medij. Odnosno, vibracije koje se javljaju sa česticama imaju sposobnost da se prenesu samo tamo gde postoje čestice koje imaju sposobnost da prenesu ovu smetnju.
Ali što se tiče elektromagnetnog polja, ono može postojati tamo gdje nema tvari i čestica. Dakle, elektromagnetno polje postoji u vakuumu, što znači da ako stvorimo određene uslove i možemo, takoreći, stvoriti opći elektromagnetski poremećaj u prostoru, onda shodno tome ovaj poremećaj ima sposobnost širenja u svim smjerovima. A to je upravo ono što ćemo imati elektromagnetni talas.
Prva osoba koja je mogla da emituje elektromagnetni talas i primi elektromagnetni talas bio je nemački naučnik Heinrich Hertz. Bio je prvi koji je stvorio takvu instalaciju za zračenje i prijem elektromagnetnih valova.
Prva stvar koju ovdje moramo reći je da nam je za emitiranje elektromagnetnog vala potreban, naravno, prilično brzo kretanje električnog naboja. Moramo stvoriti uređaj u kojem će postojati vrlo brzo kretanje ili ubrzano kretanje električnog naboja.
Heinrich Hertz je uz pomoć svojih eksperimenata dokazao da da bi se dobio snažan i prilično primjetan elektromagnetski val, pokretni električni naboj mora oscilirati na vrlo visokoj frekvenciji, odnosno reda nekoliko desetina hiljada herca. Također treba naglasiti da ako se takva oscilacija dogodi na naboju, tada će se oko njega generirati naizmjenično elektromagnetno polje koje će se širiti u svim smjerovima. Odnosno, ovo će biti elektromagnetski talas.
Osobine elektromagnetnih talasa
Također je potrebno napomenuti činjenicu da elektromagnetski val, naravno, ima određena svojstva, a ta svojstva su precizno naznačena u Maxwellovim radovima.
Također treba napomenuti da svojstva elektromagnetnih valova imaju određene razlike, a također u velikoj mjeri zavise od njegove dužine. U zavisnosti od svojstava i talasne dužine, elektromagnetski talasi se dele na opsege. Imaju prilično proizvoljnu skalu, jer susedni opsezi imaju tendenciju da se preklapaju.
Takođe je korisno znati da neke oblasti imaju zajednička svojstva. Ova svojstva uključuju:
Sposobnost penetracije;
velika brzina širenja u materiji;
uticaj na ljudski organizam, pozitivan i negativan itd.
Vrste elektromagnetnih talasa uključuju radio talase, ultraljubičaste i infracrvene opsege, vidljivu svetlost, kao i rendgenske zrake, gama zračenje i druge.
Sada pažljivo pogledajmo donju tabelu i detaljnije proučimo kako se elektromagnetski valovi mogu klasificirati, koje vrste zračenja postoje, izvori zračenja, kao i njihova frekvencija:
Zanimljive činjenice o elektromagnetnim talasima
Vjerovatno nikome neće biti tajna da je prostor koji nas okružuje prožet elektromagnetnim zračenjem. Takvo zračenje je povezano ne samo sa telefonskim i radio antenama, već i sa tijelima oko nas, Zemljom, Suncem i zvijezdama. Ovisno o frekvenciji oscilacije, elektromagnetski valovi mogu imati različita imena, ali je njihova suština slična. Takvi elektromagnetski talasi uključuju radio talase, infracrveno zračenje, vidljivu svetlost, rendgenske zrake, kao i zrake biopolja.
Takav neograničen izvor energije kao što je elektromagnetno polje uzrokuje fluktuacije električnih naboja atoma i molekula. Iz ovoga slijedi da se pri osciliranju naboj kreće ubrzano i istovremeno emituje elektromagnetne valove.
Utjecaj elektromagnetnih valova na ljudsko zdravlje
Naučnici su dugi niz godina zabrinuti zbog problema uticaja elektromagnetnih polja na zdravlje ljudi, životinja i biljaka i stoga posvećuju dosta vremena istraživanju i proučavanju ovog problema.
Verovatno je svako od vas bio u diskotekama i primetio da je pod uticajem ultraljubičastih lampi svetla odeća počela da svetli. Ova vrsta zračenja ne predstavlja opasnost za žive organizme.
Ali kada posjetite solarij ili koristite ultraljubičaste lampe u medicinske svrhe, potrebno je koristiti zaštitu za oči, jer takvo izlaganje može uzrokovati kratkotrajni gubitak vida.
Takođe, kada koristite ultraljubičaste baktericidne lampe, koje se koriste za dezinfekciju prostorija, morate biti izuzetno oprezni i kada ih koristite morate napustiti prostoriju, jer negativno utiču na ljudsku kožu, ali i biljke, izazivajući opekotine na lišću.
Ali pored izvora zračenja i raznih uređaja oko nas, ljudsko tijelo ima i svoja električna i magnetska polja. Ali takođe treba da znate da se u ljudskom telu, tokom svog života, elektromagnetna polja stalno menjaju.
Za određivanje elektromagnetnog polja osobe koristi se tako precizan uređaj kao što je encefalograf. Koristeći ovaj uređaj, možete precizno izmjeriti elektromagnetno polje osobe i odrediti njegovu aktivnost u moždanoj kori. Zahvaljujući pojavi takvog uređaja kao što je encefalograf, postalo je moguće dijagnosticirati različite bolesti čak iu ranoj fazi.
Elektromagnetno zračenje postoji tačno onoliko koliko živi naš Univerzum. Imao je ključnu ulogu u evoluciji života na Zemlji. U stvari, ovaj poremećaj je stanje elektromagnetnog polja raspoređenog u prostoru.
Karakteristike elektromagnetnog zračenja
Svaki elektromagnetski talas opisuje se pomoću tri karakteristike.
1. Frekvencija.
2. Polarizacija.
Polarizacija– jedan od glavnih valnih atributa. Opisuje poprečnu anizotropiju elektromagnetnih talasa. Zračenje se smatra polarizovanim kada se sve oscilacije talasa javljaju u istoj ravni.
Ovaj fenomen se aktivno koristi u praksi. Na primjer, u bioskopima kada se prikazuju 3D filmovi.
Koristeći polarizaciju, IMAX naočale razdvajaju sliku koja je namijenjena različitim očima. 
Frekvencija– broj vrhova talasa koji prođu pored posmatrača (u ovom slučaju detektora) u jednoj sekundi. Mjeri se u hercima.
Talasna dužina– određeno rastojanje između najbližih tačaka elektromagnetnog zračenja čije se oscilacije javljaju u istoj fazi.
Elektromagnetno zračenje može se širiti u gotovo svakom mediju: od guste materije do vakuuma.
Brzina širenja u vakuumu je 300 hiljada km u sekundi.
Za zanimljiv video o prirodi i svojstvima EM talasa pogledajte video ispod:
Vrste elektromagnetnih talasa
Svo elektromagnetno zračenje je podijeljeno po frekvenciji. 
1. Radio talasi. Postoje kratke, ultra kratke, ekstra duge, dugačke, srednje.
Dužina radio talasa kreće se od 10 km do 1 mm, te od 30 kHz do 300 GHz.
Njihovi izvori mogu biti i ljudske aktivnosti i razne prirodne atmosferske pojave.
2. . Talasna dužina se kreće od 1 mm do 780 nm, a može doseći i do 429 THz. Infracrveno zračenje se naziva i toplotno zračenje. Osnova čitavog života na našoj planeti.
3. Vidljivo svjetlo. Dužina 400 - 760/780 nm. Shodno tome, fluktuira između 790-385 THz. Ovo uključuje čitav spektar zračenja koje može vidjeti ljudsko oko.
4. . Talasna dužina je kraća od infracrvenog zračenja.
Može doseći do 10 nm. takvi talasi su veoma veliki - oko 3x10^16 Hz.
5. X-zrake. talasi su 6x10^19 Hz, a dužina je oko 10 nm - 5 pm.
6. Gama talasi. Ovo uključuje svako zračenje koje je veće od rendgenskih zraka, a dužina je kraća. Izvor takvih elektromagnetnih talasa su kosmički, nuklearni procesi.
Područje primjene
Negde od kraja 19. veka sav ljudski napredak povezan je sa praktičnom upotrebom elektromagnetnih talasa.
Prva stvar koju treba spomenuti je radio komunikacija. To je ljudima dalo priliku da komuniciraju, čak i ako su bili daleko jedni od drugih.
Satelitski prenos i telekomunikacije su dalji razvoj primitivnih radio komunikacija.
Upravo su te tehnologije oblikovale informacijsku sliku modernog društva.
Izvore elektromagnetnog zračenja treba smatrati i velikim industrijskim objektima i raznim dalekovodima.
Elektromagnetski valovi se aktivno koriste u vojnim poslovima (radari, složeni električni uređaji). Takođe, medicina nije mogla bez njihove upotrebe. Infracrveno zračenje se može koristiti za liječenje mnogih bolesti.
X-zrake pomažu u određivanju oštećenja unutrašnjih tkiva osobe.
Laseri se koriste za izvođenje brojnih operacija koje zahtijevaju izuzetnu preciznost. 
Važnost elektromagnetnog zračenja u ljudskom praktičnom životu teško je precijeniti.
Sovjetski video o elektromagnetnom polju:
Mogući negativni uticaji na ljude
Iako korisni, jaki izvori elektromagnetnog zračenja mogu uzrokovati simptome kao što su:
umor;
Glavobolja;
Mučnina.
Pretjerano izlaganje određenim vrstama valova uzrokuje oštećenje unutrašnjih organa, centralnog nervnog sistema i mozga. Moguće su promjene u ljudskoj psihi.
Zanimljiv video o učinku EM talasa na ljude:
Da bi se izbjegle takve posljedice, gotovo sve zemlje u svijetu imaju standarde koji regulišu elektromagnetnu sigurnost. Svaka vrsta zračenja ima svoje regulatorne dokumente (higijenski standardi, standardi radijacijske sigurnosti). Učinak elektromagnetnih valova na ljude nije u potpunosti proučen, pa SZO preporučuje da se njihova izloženost svede na minimum.
Elektromagnetski talasi (čija tabela će biti data u nastavku) su poremećaji magnetnih i električnih polja raspoređenih u prostoru. Ima ih nekoliko vrsta. Fizika proučava ove poremećaje. Elektromagnetski valovi nastaju zbog činjenice da naizmjenično električno polje stvara magnetsko polje, koje zauzvrat stvara električno.
Istorija istraživanja
Prve teorije, koje se mogu smatrati najstarijom verzijom hipoteza o elektromagnetnim valovima, datiraju barem iz vremena Huygensa. U tom periodu pretpostavke su dostigle izražen kvantitativni razvoj. Huygens je 1678. objavio svojevrsnu "skicu" teorije - "Traktat o svjetlu". Godine 1690. objavio je još jedno značajno djelo. U njemu je predstavljena kvalitativna teorija refleksije i prelamanja u obliku u kojem se i danas predstavlja u školskim udžbenicima („Elektromagnetski talasi“, 9. razred).
Istovremeno je formulisan Hajgensov princip. Uz njegovu pomoć postalo je moguće proučavati kretanje valnog fronta. Ovaj princip je kasnije pronašao svoj razvoj u Fresnelovim djelima. Huygens-Fresnel princip je bio od posebnog značaja u teoriji difrakcije i talasnoj teoriji svjetlosti.
U 1660-1670-im godinama, Hooke i Newton su dali veliki eksperimentalni i teorijski doprinos istraživanju. Ko je otkrio elektromagnetne talase? Ko je izvodio eksperimente kako bi dokazao njihovo postojanje? Koje vrste elektromagnetnih talasa postoje? Više o tome kasnije.
Maxwellovo obrazloženje
Prije nego što govorimo o tome ko je otkrio elektromagnetne valove, treba reći da je prvi naučnik koji je općenito predvidio njihovo postojanje bio Faraday. Svoju hipotezu iznio je 1832. Maxwell je kasnije radio na izgradnji teorije. Do 1865. završio je ovaj posao. Kao rezultat toga, Maxwell je striktno matematički formulirao teoriju, opravdavajući postojanje fenomena koji se razmatraju. Odredio je i brzinu širenja elektromagnetnih talasa, koja se poklapala sa vrednošću brzine svetlosti koja se tada koristila. To mu je zauzvrat omogućilo da potkrijepi hipotezu da je svjetlost jedna od vrsta radijacije koja se razmatra.
Eksperimentalna detekcija
Maxwellova teorija je potvrđena Hertzovim eksperimentima 1888. Ovdje treba reći da je njemački fizičar izvodio svoje eksperimente da opovrgne teoriju, uprkos njenom matematičkom opravdanju. Međutim, zahvaljujući svojim eksperimentima, Hertz je postao prvi koji je praktično otkrio elektromagnetne valove. Osim toga, tokom svojih eksperimenata, naučnik je identifikovao svojstva i karakteristike zračenja.
Hertz je dobio elektromagnetne oscilacije i valove pobuđujući niz impulsa brzo promjenjivog toka u vibratoru koristeći izvor visokog napona. Struje visoke frekvencije se mogu detektovati pomoću kola. Što su kapacitivnost i induktivnost veći, to će biti veća frekvencija oscilovanja. Ali u isto vrijeme, visoka frekvencija ne garantuje intenzivan protok. Za izvođenje svojih eksperimenata, Hertz je koristio prilično jednostavan uređaj, koji se danas naziva "Hertz vibrator". Uređaj je oscilatorni krug otvorenog tipa.
Shema Hertzovog eksperimenta
Registracija zračenja je vršena primenom prijemnog vibratora. Ovaj uređaj je imao isti dizajn kao i uređaj za emitovanje. Pod uticajem elektromagnetnog talasa električnog naizmeničnog polja, u prijemnom uređaju se pobuđuje strujna oscilacija. Ako su se u ovom uređaju njegova prirodna frekvencija i frekvencija toka poklopile, tada se pojavila rezonanca. Kao rezultat toga, poremećaji u prijemnom uređaju su se javljali sa većom amplitudom. Istraživač ih je otkrio posmatrajući varnice između provodnika u malom razmaku.
Tako je Hertz postao prvi koji je otkrio elektromagnetne valove i dokazao njihovu sposobnost da se dobro reflektiraju od vodiča. Praktično je potkrijepio nastanak stojećeg zračenja. Osim toga, Hertz je odredio brzinu širenja elektromagnetnih valova u zraku.
Studija karakteristika
Elektromagnetski talasi se šire u gotovo svim medijima. U prostoru ispunjenom materijom, zračenje se u nekim slučajevima može prilično dobro rasporediti. Ali u isto vrijeme donekle mijenjaju svoje ponašanje.
Elektromagnetski talasi u vakuumu se detektuju bez slabljenja. Distribuiraju se na bilo koju, bez obzira koliko velika, udaljenost. Glavne karakteristike talasa uključuju polarizaciju, frekvenciju i dužinu. Svojstva su opisana u okviru elektrodinamike. Međutim, specifičnije grane fizike bave se karakteristikama zračenja u određenim područjima spektra. To uključuje, na primjer, optiku.
Proučavanje tvrdog elektromagnetnog zračenja na kraju kratkotalasnog spektra provodi visokoenergetska sekcija. Uzimajući u obzir moderne ideje, dinamika prestaje biti samostalna disciplina i spaja se s jednom teorijom.
Teorije koje se koriste u proučavanju svojstava
Danas postoje različite metode koje olakšavaju modeliranje i proučavanje manifestacija i svojstava oscilacija. Kvantna elektrodinamika se smatra najosnovnijom od testiranih i završenih teorija. Od njega, kroz određena pojednostavljenja, postaje moguće dobiti dole navedene metode koje se široko koriste u različitim oblastima.
Opis relativno niskofrekventnog zračenja u makroskopskom okruženju provodi se pomoću klasične elektrodinamike. Zasnovan je na Maxwellovim jednadžbama. Međutim, postoje pojednostavljenja u aplikacijama. Optička studija koristi optiku. Talasna teorija se koristi u slučajevima kada su neki dijelovi optičkog sistema po veličini bliski talasnim dužinama. Kvantna optika se koristi kada su procesi raspršenja i apsorpcije fotona značajni.
Geometrijska optička teorija je granični slučaj u kojem se talasna dužina može zanemariti. Postoji i nekoliko primijenjenih i osnovnih odjeljaka. To uključuje, na primjer, astrofiziku, biologiju vizualne percepcije i fotosinteze i fotohemiju. Kako se klasifikuju elektromagnetski talasi? U nastavku je prikazana tabela koja jasno prikazuje distribuciju u grupe.
Klasifikacija
Postoje frekventni opsezi elektromagnetnih talasa. Između njih nema oštrih prijelaza, ponekad se preklapaju. Granice između njih su prilično proizvoljne. Zbog činjenice da se protok kontinuirano distribuira, frekvencija je striktno povezana s dužinom. Ispod su rasponi elektromagnetnih talasa.
Ultrakratko zračenje se obično dijeli na mikrometar (submilimetar), milimetar, centimetar, decimetar, metar. Ako je elektromagnetno zračenje manje od jednog metra, onda se to obično naziva oscilacija ultravisoke frekvencije (mikrovalna).
Vrste elektromagnetnih talasa
Iznad su opsezi elektromagnetnih talasa. Koje vrste tokova postoje? Grupa uključuje gama i x-zrake. Treba reći da su i ultraljubičasta, pa čak i vidljiva svjetlost sposobne ionizirati atome. Granice unutar kojih se nalaze fluksovi gama i rendgenskih zraka određuju se vrlo uslovno. Kao opšta smjernica, prihvaćene su granice od 20 eV - 0,1 MeV. Gama fluksove u užem smislu emituje jezgro, fluksove rendgenskih zraka emituje atomska ljuska elektrona u procesu izbacivanja elektrona iz nižih orbita. Međutim, ova klasifikacija nije primjenjiva na tvrdo zračenje nastalo bez učešća jezgara i atoma.
Tokovi rendgenskih zraka nastaju kada se nabijene brze čestice (protoni, elektroni i druge) usporavaju i kao rezultat procesa koji se odvijaju unutar atomskih elektronskih ljuski. Gama oscilacije nastaju kao rezultat procesa unutar jezgara atoma i tokom transformacije elementarnih čestica.
Radio streamovi
Zbog velike vrijednosti dužina, ovi valovi se mogu razmatrati bez uzimanja u obzir atomističke strukture medija. Kao izuzetak, djeluju samo najkraći tokovi koji su u blizini infracrvenog područja spektra. U radio opsegu, kvantna svojstva vibracija se javljaju prilično slabo. Ipak, oni se moraju uzeti u obzir, na primjer, kada se analiziraju standardi molekularnog vremena i frekvencije tokom hlađenja opreme na temperaturu od nekoliko kelvina.
Kvantna svojstva se takođe uzimaju u obzir kada se opisuju generatori i pojačala u milimetarskom i centimetarskom opsegu. Radio tok nastaje tokom kretanja naizmjenične struje kroz provodnike odgovarajuće frekvencije. A prolazni elektromagnetski talas u svemiru pobuđuje odgovarajući talas. Ovo svojstvo se koristi u dizajnu antena u radiotehnici.
Vidljive niti
Ultraljubičasto i infracrveno vidljivo zračenje čine, u širem smislu te riječi, takozvani optički dio spektra. Odabir ovog područja određen je ne samo blizinom odgovarajućih zona, već i sličnošću instrumenata koji se koriste u istraživanju i razvijeni prvenstveno tokom proučavanja vidljive svjetlosti. To su, posebno, ogledala i sočiva za fokusiranje zračenja, difrakcijske rešetke, prizme i drugo.
Frekvencije optičkih talasa su uporedive sa frekvencijama molekula i atoma, a njihove dužine su uporedive sa međumolekulskim udaljenostima i veličinama molekula. Stoga u ovoj oblasti postaju značajne pojave koje su uzrokovane atomskom strukturom materije. Iz istog razloga, svjetlost, uz valna svojstva, ima i kvantna svojstva.
Pojava optičkih tokova
Najpoznatiji izvor je Sunce. Površina zvijezde (fotosfera) ima temperaturu od 6000° Kelvina i emituje jarko bijelo svjetlo. Najveća vrijednost kontinuiranog spektra nalazi se u “zelenoj” zoni - 550 nm. Ovo je takođe mesto gde se nalazi maksimalna vizuelna osetljivost. Oscilacije u optičkom opsegu nastaju kada se tijela zagriju. Infracrveni tokovi se stoga nazivaju i toplotnim tokovima.
Što se tijelo više zagrijava, to je veća frekvencija gdje se nalazi maksimum spektra. Uz određeno povećanje temperature, uočava se žarenje (sjaj u vidljivom području). U ovom slučaju, prvo se pojavljuje crvena, zatim žuta i tako dalje. Stvaranje i snimanje optičkih tokova može se dogoditi u biološkim i hemijskim reakcijama, od kojih se jedna koristi u fotografiji. Za većinu stvorenja koja žive na Zemlji, fotosinteza služi kao izvor energije. Ova biološka reakcija se dešava u biljkama pod uticajem optičkog sunčevog zračenja.
Karakteristike elektromagnetnih talasa
Svojstva medija i izvora utiču na karakteristike tokova. Ovo uspostavlja, posebno, vremensku zavisnost polja, što određuje tip toka. Na primjer, kada se udaljenost od vibratora promijeni (kako se povećava), radijus zakrivljenosti postaje veći. Kao rezultat, formira se ravan elektromagnetski val. Interakcija sa supstancom se također odvija na različite načine.
Procesi apsorpcije i emisije fluksova po pravilu se mogu opisati klasičnim elektrodinamičkim relacijama. Za talase u optičkom području i za tvrde zrake, njihovu kvantnu prirodu treba još više uzeti u obzir.
Izvori toka
Unatoč fizičkoj razlici, posvuda - u radioaktivnoj supstanci, televizijskom predajniku, žarulji sa žarnom niti - elektromagnetski valovi se pobuđuju električnim nabojima koji se kreću ubrzano. Postoje dvije glavne vrste izvora: mikroskopski i makroskopski. U prvom, postoji nagli prijelaz nabijenih čestica s jednog na drugi nivo unutar molekula ili atoma.
Mikroskopski izvori emituju rendgensko, gama, ultraljubičasto, infracrveno, vidljivo, au nekim slučajevima i dugovalno zračenje. Primer potonjeg je linija u spektru vodonika, koja odgovara talasnoj dužini od 21 cm Ovaj fenomen je od posebnog značaja u radio astronomiji.
Makroskopski izvori su emiteri u kojima slobodni elektroni provodnika vrše periodične sinhrone oscilacije. U sistemima ove kategorije generišu se tokovi od milimetarske skale do najdužih (u dalekovodima).
Struktura i snaga tokova
Ubrzane i periodično promjenjive struje utječu jedna na drugu određenim silama. Smjer i njihova veličina zavise od faktora kao što su veličina i konfiguracija područja u kojem se nalaze struje i naboji, njihov relativni smjer i veličina. Električne karakteristike određenog medija, kao i promjene koncentracije naelektrisanja i distribucije struja izvora, također imaju značajan utjecaj.
Zbog opšte složenosti formulacije problema, nemoguće je predstaviti zakon sila u obliku jedne formule. Struktura, koja se naziva elektromagnetno polje i smatra se, ako je potrebno, matematičkim objektom, određena je raspodjelom naboja i struja. Nju, pak, stvara dati izvor uzimajući u obzir granične uslove. Uslovi su određeni oblikom zone interakcije i karakteristikama materijala. Ako govorimo o neograničenom prostoru, ove okolnosti se dopunjuju. U takvim slučajevima stanje zračenja djeluje kao poseban dodatni uvjet. Zbog toga je zagarantovana „ispravnost“ ponašanja polja u beskonačnosti.
Hronologija studija
Lomonosov u nekim svojim odredbama anticipira pojedinačne postulate teorije elektromagnetnog polja: „rotaciono“ (rotaciono) kretanje čestica, „oscilujuću“ (talasnu) teoriju svetlosti, njeno zajedništvo sa prirodom elektriciteta, itd. Infracrveno tokove je 1800. godine otkrio Herschel (engleski naučnik), a sljedeće, 1801. godine, Ritter je opisao ultraljubičasto. Zračenje kraćeg dometa od ultraljubičastog otkrio je Roentgen 1895. godine, 8. novembra. Kasnije je dobio naziv X-ray.
Mnogi naučnici su proučavali uticaj elektromagnetnih talasa. Međutim, prvi koji je istražio mogućnosti tokova i opseg njihove primjene bio je Narkevič-Jodko (bjeloruski naučnik). Proučavao je svojstva strujanja u odnosu na praktičnu medicinu. Gama zračenje je otkrio Paul Willard 1900. godine. U istom periodu, Planck je vodio teorijske studije o svojstvima crnog tijela. U procesu proučavanja otkrio je kvantnu prirodu procesa. Njegov rad označio je početak razvoja, a potom je objavljeno nekoliko Planckovih i Ajnštajnovih radova. Njihovo istraživanje dovelo je do formiranja koncepta kao što je foton. To je, zauzvrat, postavilo temelje za stvaranje kvantne teorije elektromagnetnih tokova. Njegov razvoj se nastavio u delima vodećih naučnih ličnosti dvadesetog veka.
Dalja istraživanja i rad na kvantnoj teoriji elektromagnetnog zračenja i njegove interakcije sa materijom u konačnici su doveli do formiranja kvantne elektrodinamike u obliku u kojem postoji danas. Među izvanrednim naučnicima koji su proučavali ovu problematiku treba navesti, pored Einsteina i Plancka, Bora, Bosea, Diraca, de Brogliea, Heisenberga, Tomonagu, Schwingera, Feynmana.
Zaključak
Važnost fizike u savremenom svijetu je prilično velika. Gotovo sve što se danas koristi u ljudskom životu pojavilo se zahvaljujući praktičnoj upotrebi istraživanja velikih naučnika. Otkriće elektromagnetnih valova i njihovo proučavanje, posebno, doveli su do stvaranja konvencionalnih, a potom i mobilnih telefona, radio predajnika. Praktična primjena takvih teorijskih znanja je od posebnog značaja u oblasti medicine, industrije i tehnologije.
Ova široka upotreba je zbog kvantitativne prirode nauke. Svi fizički eksperimenti zasnovani su na mjerenjima, poređenju svojstava proučavanih pojava sa postojećim standardima. U tu svrhu razvijen je kompleks mjernih instrumenata i jedinica u okviru discipline. Brojni obrasci su zajednički za sve postojeće materijalne sisteme. Na primjer, zakoni održanja energije smatraju se općim fizičkim zakonima.
Nauka u cjelini se u mnogim slučajevima naziva fundamentalnom. To je prije svega zbog činjenice da druge discipline daju opise, koji se, zauzvrat, pokoravaju zakonima fizike. Tako se u hemiji proučavaju atomi, tvari nastale od njih i transformacije. Ali hemijska svojstva tijela određena su fizičkim karakteristikama molekula i atoma. Ova svojstva opisuju grane fizike kao što su elektromagnetizam, termodinamika i druge.
