1864 yılında James Clerk Maxwell uzayda elektromanyetik dalgaların var olma ihtimalini öngördü. Bu açıklamayı, elektrik ve manyetizma ile ilgili o dönemde bilinen tüm deneysel verilerin analizinden ortaya çıkan sonuçlara dayanarak ortaya attı.
Maxwell, elektrik ve manyetik olayları birbirine bağlayarak elektrodinamik yasalarını matematiksel olarak birleştirdi ve böylece zamanla değişen elektrik ve manyetik alanların birbirini ürettiği sonucuna vardı.
Başlangıçta, manyetik ve elektriksel olaylar arasındaki ilişkinin simetrik olmadığı gerçeğine odaklandı ve Faraday tarafından keşfedilen elektromanyetik indüksiyon olgusuna ilişkin gerçekten yeni bir açıklama sunarak "girdap elektrik alanı" terimini tanıttı: "manyetik alandaki her değişiklik" alan, kapalı kuvvet çizgilerine sahip bir girdap elektrik alanının çevredeki uzayının ortaya çıkmasına neden olur.
Maxwell'e göre bunun tersi de doğruydu: "Değişen bir elektrik alanı, çevredeki uzayda bir manyetik alanın oluşmasına neden olur" ancak bu ifade başlangıçta yalnızca bir hipotez olarak kaldı.
Maxwell, manyetik ve elektrik alanların karşılıklı dönüşüm yasalarını tutarlı bir şekilde tanımlayan bir matematiksel denklem sistemi yazdı; bu denklemler daha sonra elektrodinamiğin temel denklemleri haline geldi ve onları yazan büyük bilim adamının onuruna “Maxwell denklemleri” olarak adlandırılmaya başlandı. aşağı. Maxwell'in yazılı denklemlere dayanan hipotezinin bilim ve teknoloji açısından aşağıda verilen son derece önemli birkaç sonucu vardı.
Elektromanyetik dalgalar gerçekten var
Uzayda zamanla yayılan enine elektromanyetik dalgalar mevcut olabilir. Dalgaların enine olduğu gerçeği, manyetik indüksiyon B ve elektrik alan kuvveti E vektörlerinin karşılıklı olarak dik olması ve her ikisinin de elektromanyetik dalganın yayılma yönüne dik bir düzlemde yer almasıyla gösterilir.
Elektromanyetik dalgaların bir maddede yayılma hızı sonludur ve bu hız, dalganın yayıldığı maddenin elektriksel ve manyetik özellikleri tarafından belirlenir. Sinüzoidal dalganın uzunluğu λ, belirli bir kesin oran olan λ = υ / f ile hız υ ile ilişkilidir ve alan salınımlarının frekansına f bağlıdır. Elektromanyetik dalganın boşluktaki hızı c, temel fiziksel sabitlerden biridir; ışığın boşluktaki hızı.
Maxwell bir elektromanyetik dalganın sonlu yayılma hızını ilan ettiğinden, bu onun hipotezi ile o dönemde kabul edilen, dalgaların yayılma hızının sonsuz olması gerektiğini ileri süren uzun menzilli eylem teorisi arasında bir çelişki yarattı. Bu nedenle Maxwell'in teorisine kısa mesafeli eylem teorisi adı verildi.
Bir elektromanyetik dalgada, elektrik ve manyetik alanların birbirine dönüşümü aynı anda meydana gelir, dolayısıyla manyetik enerjinin ve elektrik enerjisinin hacimsel yoğunlukları birbirine eşittir. Bu nedenle, elektrik alan kuvveti ve manyetik alan indüksiyon modüllerinin uzayın her noktasında aşağıdaki ilişkiyle birbiriyle ilişkili olduğu doğrudur:
Yayılma sürecinde bir elektromanyetik dalga, bir elektromanyetik enerji akışı yaratır ve dalganın yayılma yönüne dik bir düzlemdeki alanı düşünürsek, kısa sürede belirli bir miktarda elektromanyetik enerji hareket edecektir. içinden. Elektromanyetik enerji akısı yoğunluğu, bir elektromanyetik dalganın birim zamanda birim alanın yüzeyinden aktardığı enerji miktarıdır. Hızın yanı sıra manyetik ve elektrik enerjisi değerlerini de değiştirerek akı yoğunluğu için E ve B değerleri cinsinden bir ifade elde edebiliriz.
Dalga enerjisinin yayılma yönü, dalga yayılma hızının yönü ile çakıştığı için, bir elektromanyetik dalgada yayılan enerjinin akışı, dalga yayılma hızıyla aynı şekilde yönlendirilmiş bir vektör kullanılarak belirlenebilir. Bu vektöre, 1884 yılında elektromanyetik alan enerji akışının yayılma teorisini geliştiren İngiliz fizikçi Henry Poynting'in onuruna “Poynting vektörü” adı verildi. Dalga enerjisi akı yoğunluğu W/m2 cinsinden ölçülür.
Bir elektrik alanı bir maddeye etki ettiğinde, içinde elektrik yüklü parçacıkların düzenli hareketini temsil eden küçük akımlar ortaya çıkar. Bir elektromanyetik dalganın manyetik alanındaki bu akımlar, maddenin derinliklerine yönlendirilen Amper kuvvetinin etkisine tabidir. Amper kuvveti sonuçta basınç üretir.
Bu fenomen daha sonra 1900'de Rus fizikçi Pyotr Nikolaevich Lebedev tarafından incelendi ve deneysel olarak doğrulandı. Lebedev'in deneysel çalışması Maxwell'in elektromanyetizma teorisinin doğrulanması ve gelecekte kabul edilmesi ve onaylanması açısından çok önemliydi.
Bir elektromanyetik dalganın basınç uygulaması gerçeği, elektromanyetik alanın, elektromanyetik enerjinin hacimsel yoğunluğu ve dalganın boşlukta yayılma hızı aracılığıyla birim hacim için ifade edilebilen mekanik bir darbeye sahip olduğuna karar verilmesine olanak tanır:
Momentum kütlenin hareketiyle ilişkili olduğundan, elektromanyetik kütle gibi bir kavramı ortaya koymak mümkündür ve daha sonra birim hacim için bu ilişki (STR'ye uygun olarak) evrensel bir doğa yasası karakterini alacak ve maddenin biçimine bakılmaksızın her türlü maddi cisim için geçerli olacaktır. Ve elektromanyetik alan bu durumda maddi bir cisme benzer; enerjisi W, kütlesi m, momentumu p ve son yayılma hızı v'dir. Yani elektromanyetik alan, aslında doğada var olan madde formlarından biridir.
İlk kez 1888'de Heinrich Hertz, Maxwell'in elektromanyetik teorisini deneysel olarak doğruladı. Elektromanyetik dalgaların gerçekliğini deneysel olarak kanıtladı ve çeşitli ortamlarda kırılma ve soğurma gibi özelliklerini ve ayrıca dalgaların metal yüzeylerden yansımasını inceledi.
Hertz dalga boyunu ölçtü ve elektromanyetik dalganın yayılma hızının ışık hızına eşit olduğunu gösterdi. Hertz'in deneysel çalışması, Maxwell'in elektromanyetik teorisinin tanınmasına yönelik son adımdı. Yedi yıl sonra, 1895'te Rus fizikçi Alexander Stepanovich Popov, kablosuz iletişim oluşturmak için elektromanyetik dalgaları kullandı.
Doğru akım devrelerinde yükler sabit bir hızla hareket eder ve bu durumda elektromanyetik dalgalar uzaya yayılmaz. Radyasyonun gerçekleşebilmesi için, alternatif akımların yani yönü hızla değişen akımların uyarıldığı bir antenin kullanılması gerekir.
En basit haliyle, dipol momenti zamanla hızla değişen küçük boyutlu bir elektrik dipolü, elektromanyetik dalgalar yaymaya uygundur. Bugün "Hertz dipolü" olarak adlandırılan, boyutu yaydığı dalga boyundan birkaç kat daha küçük olan tam da bu tür bir dipoldür.
Bir Hertz dipolü tarafından yayıldığında, maksimum elektromanyetik enerji akışı, dipol eksenine dik bir düzleme düşer. Dipol ekseni boyunca elektromanyetik enerji radyasyonu yoktur. Hertz'in en önemli deneylerinde, elektromanyetik dalgaları hem yaymak hem de almak için temel dipoller kullanılmış ve elektromanyetik dalgaların varlığı kanıtlanmıştır.
Elektromanyetik dalgalar hakkında genel kavramlar
Bugünkü dersimizde elektromanyetik dalgalar gibi gerekli bir konuyu ele alacağız. Ve bu konu önemlidir, çünkü tüm modern yaşamımız televizyon, radyo yayıncılığı ve mobil iletişimle bağlantılıdır. Dolayısıyla tüm bunların elektromanyetik dalgalar sayesinde gerçekleştiğini vurgulamakta fayda var.
Şimdi elektromanyetik dalgalarla ilgili konuyu daha detaylı ele alalım ve öncelikle bu tür dalgaların tanımını dile getirelim.
Bildiğiniz gibi dalga, uzayda yayılan bir rahatsızlıktır, yani bir yerde bir rahatsızlık meydana gelmişse ve her yöne yayılıyorsa, o zaman bu rahatsızlığın yayılmasının bir dalga olayından başka bir şey olmadığını söyleyebiliriz.
Elektromanyetik dalgalar, ortamın özelliklerine bağlı olarak uzayda sonlu bir hızla yayılan elektromanyetik salınımlardır. Başka bir deyişle elektromanyetik dalganın uzayda yayılan bir elektromanyetik alan veya elektromanyetik bozulma olduğunu söyleyebiliriz.
Tartışmamıza elektromanyetik alanın elektromanyetik dalgaları teorisinin ilk olarak İngiliz bilim adamı James Maxwell tarafından yaratıldığı gerçeğiyle başlayalım. Bu çalışmanın en ilginç ve merak edilen yanı, bildiğiniz gibi elektrik ve manyetik alanların bir arada var olduğu kanıtlandığı için ortaya çıkmasıdır. Ancak herhangi bir maddenin yokluğunda da tamamen var olabilecekleri ortaya çıktı. Bu çok önemli sonuca James Clerk Maxwell'in çalışmalarında ulaşılmıştır.
Maddenin olmadığı yerde bile elektromanyetik alanın var olabileceği ortaya çıktı. Ses dalgalarının ancak ortamın olduğu yerde bulunduğunu söylemiştik. Yani parçacıklarla meydana gelen titreşimler ancak bu rahatsızlığı iletme yeteneğine sahip parçacıkların olduğu yerde iletilme özelliğine sahiptir.
Ancak elektromanyetik alan, maddenin olmadığı, parçacıkların olmadığı yerde de var olabilir. Ve böylece, elektromanyetik alan bir boşlukta mevcuttur; bu, eğer belirli koşullar yaratırsak ve uzayda genel bir elektromanyetik rahatsızlık yaratabilirsek, o zaman bu rahatsızlığın buna göre her yöne yayılma kabiliyetine sahip olduğu anlamına gelir. Ve bu tam olarak bir elektromanyetik dalgaya sahip olacağımız şey.
Elektromanyetik dalga yaymayı ve elektromanyetik dalga almayı başaran ilk kişi Alman bilim adamı Heinrich Hertz'di. Elektromanyetik dalgaların radyasyonu ve alımı için böyle bir kurulum yaratan ilk kişi oydu.
Burada söylememiz gereken ilk şey, bir elektromanyetik dalga yaymak için elbette oldukça hızlı hareket eden bir elektrik yüküne ihtiyacımız olduğudur. Çok hızlı hareket eden veya ivmeli hareket eden bir elektrik yükünün olacağı bir cihaz yaratmalıyız.
Heinrich Hertz, deneylerinin yardımıyla, güçlü ve oldukça dikkat çekici bir elektromanyetik dalga elde etmek için, hareketli bir elektrik yükünün çok yüksek bir frekansta, yani onbinlerce hertz düzeyinde salınması gerektiğini kanıtladı. Ayrıca şunu da vurgulamak gerekir ki, yükte böyle bir salınım meydana gelirse çevresinde alternatif bir elektromanyetik alan oluşturulacak ve her yöne yayılacaktır. Yani bu bir elektromanyetik dalga olacaktır.
Elektromanyetik dalgaların özellikleri
Ayrıca elektromanyetik dalganın elbette belirli özelliklere sahip olduğunu ve bu özelliklerin Maxwell'in çalışmalarında kesin olarak belirtildiğini de belirtmek gerekir.
Elektromanyetik dalgaların özelliklerinin belirli farklılıklara sahip olduğu ve büyük ölçüde uzunluğuna bağlı olduğu da unutulmamalıdır. Özelliklerine ve dalga boylarına bağlı olarak elektromanyetik dalgalar aralıklara ayrılır. Bitişik aralıklar birbiriyle örtüşme eğiliminde olduğundan oldukça keyfi bir ölçeğe sahiptirler.
Bazı alanların ortak özelliklere sahip olduğunu bilmek de faydalıdır. Bu özellikler şunları içerir:
Penetrasyon yeteneği;
maddede yüksek yayılma hızı;
insan vücudu üzerindeki hem olumlu hem de olumsuz etki vb.
Elektromanyetik dalga türleri arasında radyo dalgaları, ultraviyole ve kızılötesi aralıklar, görünür ışık, ayrıca X ışınları, gama radyasyonu ve diğerleri bulunur.
Şimdi aşağıdaki tabloya dikkatlice bakalım ve elektromanyetik dalgaların nasıl sınıflandırılabileceğini, ne tür radyasyonların bulunduğunu, radyasyon kaynaklarını ve bunların frekanslarını daha ayrıntılı olarak inceleyelim:
Elektromanyetik dalgalar hakkında ilginç gerçekler
Bizi çevreleyen alanın elektromanyetik radyasyonla dolu olduğu muhtemelen hiç kimse için bir sır olmayacaktır. Bu radyasyon sadece telefon ve radyo antenleriyle değil aynı zamanda etrafımızdaki cisimlerle, Dünya'yla, Güneş'le ve yıldızlarla da ilişkilidir. Salınım frekansına bağlı olarak elektromanyetik dalgalar farklı isimler alabilir ancak özleri benzerdir. Bu tür elektromanyetik dalgalar, radyo dalgalarını, kızılötesi radyasyonu, görünür ışığı, X ışınlarını ve ayrıca biyoalan ışınlarını içerir.
Elektromanyetik alan gibi sınırsız bir enerji kaynağı, atom ve moleküllerin elektrik yüklerinde dalgalanmalara neden olur. Bundan, salınım sırasında yükün ivmeyle hareket ettiği ve aynı zamanda elektromanyetik dalgalar yaydığı sonucu çıkar.
Elektromanyetik dalgaların insan sağlığına etkisi
Uzun yıllardır bilim adamları, elektromanyetik alanların insan, hayvan ve bitki sağlığı üzerindeki etkisi sorunuyla ilgileniyorlar ve bu nedenle bu sorunu araştırmak ve incelemek için çok zaman ayırıyorlar.
Muhtemelen her biriniz diskolara gitmişsinizdir ve ultraviyole lambaların etkisi altında açık renkli kıyafetlerin parlamaya başladığını fark etmişsinizdir. Bu tür radyasyon canlı organizmalar için tehlike oluşturmaz.
Ancak solaryumu ziyaret ederken veya tıbbi amaçlarla ultraviyole lambalar kullanırken, bu tür maruz kalmalar kısa süreli görme kaybına neden olabileceğinden göz koruması kullanmak gerekir.
Ayrıca tesisleri dezenfekte etmek için kullanılan ultraviyole bakteri yok edici lambaları kullanırken son derece dikkatli olmalı ve bunları kullanırken hem insan cildini hem de bitkileri olumsuz etkileyerek yaprak yanıklarına neden olduğundan odadan çıkmalısınız.
Ancak etrafımızdaki radyasyon kaynakları ve çeşitli cihazların yanı sıra insan vücudunun da kendine ait elektrik ve manyetik alanları vardır. Ancak şunu da bilmelisiniz ki insan vücudunda yaşamı boyunca elektromanyetik alanlar sürekli değişme eğilimindedir.
Bir kişinin elektromanyetik alanını belirlemek için ensefalograf gibi hassas bir cihaz kullanılır. Bu cihazı kullanarak bir kişinin elektromanyetik alanını doğru bir şekilde ölçebilir ve serebral korteksteki aktivitesini belirleyebilirsiniz. Ensefalograf gibi bir cihazın ortaya çıkması sayesinde çeşitli hastalıkların erken aşamada teşhis edilmesi mümkün hale geldi.
Elektromanyetik radyasyon tam olarak Evrenimiz yaşadığı sürece mevcuttur. Dünyadaki yaşamın evriminde önemli bir rol oynadı. Aslında bu rahatsızlık, uzayda dağılmış bir elektromanyetik alanın durumudur.
Elektromanyetik radyasyonun özellikleri
Herhangi bir elektromanyetik dalga üç özellik kullanılarak tanımlanır.
1. Frekans.
2. Polarizasyon.
Polarizasyon– ana dalga özelliklerinden biri. Elektromanyetik dalgaların enine anizotropisini açıklar. Tüm dalga salınımları aynı düzlemde meydana geldiğinde radyasyonun polarize olduğu kabul edilir.
Bu fenomen pratikte aktif olarak kullanılmaktadır. Örneğin sinemalarda 3D filmler gösterilirken.
Polarizasyon kullanarak IMAX gözlükleri, farklı gözlere yönelik görüntüyü ayırır. 
Sıklık– bir saniyede gözlemcinin (bu durumda dedektörün) yanından geçen dalga tepelerinin sayısı. Hertz cinsinden ölçülür.
Dalgaboyu- salınımları aynı fazda meydana gelen elektromanyetik radyasyonun en yakın noktaları arasındaki belirli bir mesafe.
Elektromanyetik radyasyon yoğun maddeden boşluğa kadar hemen hemen her ortamda yayılabilir.
Boşlukta yayılma hızı saniyede 300 bin km'dir.
EM dalgalarının doğası ve özellikleri hakkında ilginç bir video için aşağıdaki videoyu izleyin:
Elektromanyetik dalga türleri
Tüm elektromanyetik radyasyon frekansa bölünür. 
1. Radyo dalgaları. Kısa, ultra kısa, ekstra uzun, uzun ve orta boylar vardır.
Radyo dalgalarının uzunluğu 10 km ila 1 mm, 30 kHz ila 300 GHz arasında değişmektedir.
Kaynakları hem insan faaliyeti hem de çeşitli doğal atmosferik olaylar olabilir.
2. . Dalga boyu 1 mm ila 780 nm arasında değişir ve 429 THz'e kadar ulaşabilir. Kızılötesi radyasyona termal radyasyon da denir. Gezegenimizdeki tüm yaşamın temeli.
3. Görünür ışık. Uzunluk 400 - 760/780 nm. Buna göre 790-385 THz arasında dalgalanıyor. Bu, insan gözünün görebileceği tüm radyasyon spektrumunu içerir.
4. . Dalga boyu kızılötesi radyasyondan daha kısadır.
10 nm'ye kadar ulaşabilir. bu tür dalgalar çok büyüktür - yaklaşık 3x10^16 Hz.
5. Röntgenler. dalgalar 6x10^19 Hz'dir ve uzunlukları yaklaşık 10 nm - 17:00 arasındadır.
6. Gama dalgaları. Bu, X ışınlarından daha büyük olan ve uzunluğu daha kısa olan her türlü radyasyonu içerir. Bu tür elektromanyetik dalgaların kaynağı kozmik, nükleer süreçlerdir.
Uygulama kapsamı
19. yüzyılın sonlarından bu yana, insanlığın tüm ilerlemesi elektromanyetik dalgaların pratik kullanımıyla ilişkilendirildi.
Bahsetmeye değer ilk şey radyo iletişimidir. İnsanlara birbirlerinden uzakta olsalar bile iletişim kurma fırsatı verdi.
Uydu yayıncılığı ve telekomünikasyon, ilkel radyo iletişiminin daha da geliştirilmesidir.
Modern toplumun bilgi imajını şekillendiren bu teknolojilerdir.
Elektromanyetik radyasyon kaynakları hem büyük endüstriyel tesisler hem de çeşitli elektrik hatları olarak değerlendirilmelidir.
Elektromanyetik dalgalar askeri işlerde (radarlar, karmaşık elektrikli cihazlar) aktif olarak kullanılmaktadır. Ayrıca tıp, kullanılmadan yapamazdı. Kızılötesi radyasyon birçok hastalığın tedavisinde kullanılabilir.
X ışınları, kişinin iç dokularındaki hasarın belirlenmesine yardımcı olur.
Lazerler, kesin hassasiyet gerektiren bir dizi işlemi gerçekleştirmek için kullanılır. 
Elektromanyetik radyasyonun insan pratik yaşamındaki önemini abartmak zordur.
Elektromanyetik alanla ilgili Sovyet videosu:
İnsanlar üzerinde olası olumsuz etkiler
Yararlı olmasına rağmen güçlü elektromanyetik radyasyon kaynakları aşağıdaki gibi belirtilere neden olabilir:
Tükenmişlik;
Baş ağrısı;
Mide bulantısı.
Belirli dalga türlerine aşırı maruz kalmak iç organlara, merkezi sinir sistemine ve beyne zarar verir. İnsan ruhunda değişiklikler mümkündür.
EM dalgalarının insanlar üzerindeki etkisine dair ilginç bir video:
Bu tür sonuçlardan kaçınmak için dünyadaki hemen hemen tüm ülkelerin elektromanyetik güvenliği düzenleyen standartları vardır. Her radyasyon türünün kendi düzenleyici belgeleri vardır (hijyenik standartlar, radyasyon güvenliği standartları). Elektromanyetik dalgaların insanlar üzerindeki etkisi tam olarak araştırılmamıştır, bu nedenle DSÖ, bunlara maruz kalmanın en aza indirilmesini önermektedir.
Elektromanyetik dalgalar (tablosu aşağıda verilecektir) uzayda dağıtılan manyetik ve elektrik alanların bozukluklarıdır. Bunların birkaç türü vardır. Fizik bu bozuklukları inceler. Elektromanyetik dalgalar, alternatif bir elektrik alanının bir manyetik alan oluşturması ve bunun da bir elektrik alanı üretmesi nedeniyle oluşur.
Araştırmanın tarihi
Elektromanyetik dalgalarla ilgili hipotezlerin en eski versiyonları sayılabilecek ilk teoriler, en azından Huygens zamanına kadar uzanıyor. Bu dönemde, varsayımlar belirgin bir niceliksel gelişmeye ulaştı. Huygens, 1678'de teorinin bir tür "taslağını" yayınladı - "Işık Üzerine İnceleme". 1690'da dikkat çekici bir eser daha yayınladı. Niteliksel yansıma ve kırılma teorisinin ana hatlarını bugün hala okul ders kitaplarında sunulduğu haliyle özetledi (“Elektromanyetik Dalgalar,” 9. sınıf).
Aynı zamanda Huygens ilkesi de formüle edildi. Onun yardımıyla dalga cephesinin hareketini incelemek mümkün hale geldi. Bu prensip daha sonra Fresnel'in çalışmalarında gelişimini buldu. Huygens-Fresnel ilkesi, kırınım teorisinde ve ışığın dalga teorisinde özel bir öneme sahipti.
1660-1670'lerde Hooke ve Newton araştırmaya büyük deneysel ve teorik katkılarda bulundular. Elektromanyetik dalgaları kim keşfetti? Varlığını kanıtlamak için deneyleri kim yaptı? Ne tür elektromanyetik dalgalar vardır? Bu konuda daha sonra daha fazla bilgi vereceğiz.
Maxwell'in mantığı
Elektromanyetik dalgaları kimin keşfettiği hakkında konuşmadan önce, bunların varlığını genel olarak tahmin eden ilk bilim adamının Faraday olduğunu söylemek gerekir. 1832'de hipotezini ortaya attı. Maxwell daha sonra teorinin inşası üzerinde çalıştı. 1865'te bu işi tamamladı. Sonuç olarak Maxwell, söz konusu fenomenin varlığını gerekçelendirerek teoriyi matematiksel olarak katı bir şekilde formüle etti. Ayrıca, o zamanlar kullanılan ışık hızının değeriyle örtüşen elektromanyetik dalgaların yayılma hızını da belirledi. Bu da ışığın incelenen radyasyon türlerinden biri olduğu hipotezini kanıtlamasına olanak sağladı.
Deneysel tespit
Maxwell'in teorisi Hertz'in 1888'deki deneyleriyle doğrulandı. Burada Alman fizikçinin, matematiksel gerekçesine rağmen deneylerini teoriyi çürütmek için yaptığını söylemek gerekir. Ancak deneyleri sayesinde Hertz, elektromanyetik dalgaları pratik olarak keşfeden ilk kişi oldu. Ayrıca bilim adamı deneyleri sırasında radyasyonun özelliklerini ve özelliklerini belirledi.
Hertz, yüksek voltaj kaynağı kullanan bir vibratörde hızla değişen bir akışa ait bir dizi darbeyi uyararak elektromanyetik salınımlar ve dalgalar elde etti. Yüksek frekanslı akımlar bir devre kullanılarak tespit edilebilir. Kapasitans ve endüktans ne kadar yüksek olursa salınım frekansı da o kadar yüksek olur. Ancak aynı zamanda yüksek frekans yoğun bir akışı garanti etmez. Hertz, deneylerini gerçekleştirmek için bugün "Hertz vibratörü" olarak adlandırılan oldukça basit bir cihaz kullandı. Cihaz açık tip bir salınım devresidir.
Hertz deneyinin şeması
Radyasyonun kaydı, alıcı bir vibratör kullanılarak gerçekleştirildi. Bu cihaz, yayma cihazıyla aynı tasarıma sahipti. Bir elektrik alternatif alanının elektromanyetik dalgasının etkisi altında, alıcı cihazda bir akım salınımı uyarıldı. Bu cihazda doğal frekansı ile akışın frekansı çakışırsa, rezonans ortaya çıktı. Sonuç olarak, alıcı cihazdaki bozulmalar daha büyük şiddette meydana geldi. Araştırmacı bunları iletkenler arasındaki küçük bir boşluktaki kıvılcımları gözlemleyerek keşfetti.
Böylece Hertz, elektromanyetik dalgaları keşfeden ve iletkenlerden iyi yansıtılma yeteneklerini kanıtlayan ilk kişi oldu. Duran radyasyonun oluşumunu pratik olarak kanıtladı. Ayrıca Hertz, elektromanyetik dalgaların havadaki yayılma hızını da belirledi.
Özellikler Çalışması
Elektromanyetik dalgalar hemen hemen tüm ortamlarda yayılır. Maddeyle dolu bir alanda radyasyon bazı durumlarda oldukça iyi dağıtılabilir. Ancak aynı zamanda davranışlarını da biraz değiştiriyorlar.
Boşluktaki elektromanyetik dalgalar zayıflama olmadan tespit edilir. Ne kadar büyük olursa olsun, herhangi bir mesafeye dağıtılırlar. Dalgaların temel özellikleri arasında polarizasyon, frekans ve uzunluk bulunur. Özellikler elektrodinamik çerçevesinde açıklanmaktadır. Ancak fiziğin daha spesifik dalları, spektrumun belirli bölgelerindeki radyasyonun özellikleriyle ilgilenir. Bunlara örneğin optik dahildir.
Kısa dalga spektral ucundaki sert elektromanyetik radyasyonun incelenmesi, yüksek enerji bölümü tarafından gerçekleştirilir. Modern fikirler dikkate alındığında dinamik bağımsız bir disiplin olmaktan çıkar ve tek bir teoriyle birleştirilir.
Özelliklerin incelenmesinde kullanılan teoriler
Günümüzde salınımların tezahürlerinin ve özelliklerinin modellenmesini ve incelenmesini kolaylaştıran çeşitli yöntemler vardır. Kuantum elektrodinamiği, test edilmiş ve tamamlanmış teorilerin en temeli olarak kabul edilir. Buradan, bazı basitleştirmeler yapılarak, aşağıda sıralanan ve çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılan yöntemlerin elde edilmesi mümkün hale gelmektedir.
Makroskobik bir ortamda nispeten düşük frekanslı radyasyonun tanımı klasik elektrodinamik kullanılarak gerçekleştirilir. Maxwell denklemlerine dayanmaktadır. Ancak uygulamalarda basitleştirmeler var. Optik çalışma optik kullanır. Dalga teorisi, optik sistemin bazı bölümlerinin boyut olarak dalga boylarına yakın olduğu durumlarda kullanılır. Kuantum optiği, fotonların saçılması ve emilmesi süreçleri önemli olduğunda kullanılır.
Geometrik optik teorisi, dalga boyunun göz ardı edilebileceği sınırlayıcı bir durumdur. Ayrıca birkaç uygulamalı ve temel bölüm vardır. Bunlar arasında örneğin astrofizik, görsel algı ve fotosentez biyolojisi ve fotokimya yer alır. Elektromanyetik dalgalar nasıl sınıflandırılır? Gruplara göre dağılımı açıkça gösteren bir tablo aşağıda sunulmaktadır.
sınıflandırma
Elektromanyetik dalgaların frekans aralıkları vardır. Aralarında keskin geçişler yok, bazen üst üste biniyorlar. Aralarındaki sınırlar oldukça keyfidir. Akışın sürekli dağılması nedeniyle frekans uzunlukla sıkı bir şekilde ilişkilidir. Aşağıda elektromanyetik dalgaların aralıkları verilmiştir.
Ultra kısa radyasyon genellikle mikrometre (milimetre altı), milimetre, santimetre, desimetre, metreye ayrılır. Elektromanyetik radyasyon bir metreden azsa buna genellikle ultra yüksek frekanslı salınım (mikrodalga) denir.
Elektromanyetik dalga türleri
Yukarıda elektromanyetik dalga aralıkları verilmiştir. Ne tür akışlar var? Grup gama ve x-ışınlarını içerir. Hem ultraviyole hem de görünür ışığın atomları iyonize edebildiği söylenmelidir. Gama ve X-ışını akılarının bulunduğu sınırlar çok şartlı olarak belirlenir. Genel bir kılavuz olarak 20 eV - 0,1 MeV sınırları kabul edilir. Dar anlamda gama akıları çekirdek tarafından yayılır, X-ışını akıları ise elektronların alçak yörüngelerden dışarı atılması sürecinde elektron atom kabuğu tarafından yayılır. Ancak bu sınıflandırma, çekirdek ve atomların katılımı olmadan üretilen sert radyasyona uygulanamaz.
X-ışını akıları, yüklü hızlı parçacıklar (protonlar, elektronlar ve diğerleri) yavaşladığında ve atomik elektron kabuklarında meydana gelen işlemlerin bir sonucu olarak oluşur. Gama salınımları, atom çekirdeği içindeki süreçlerin bir sonucu olarak ve temel parçacıkların dönüşümü sırasında ortaya çıkar.
Radyo akışları
Uzunlukların büyük değeri nedeniyle bu dalgalar ortamın atomistik yapısı dikkate alınmadan değerlendirilebilir. Bir istisna olarak, yalnızca spektrumun kızılötesi bölgesine bitişik olan en kısa akışlar etki eder. Radyo aralığında titreşimlerin kuantum özellikleri oldukça zayıf görünmektedir. Bununla birlikte, örneğin ekipmanın birkaç kelvin sıcaklığa kadar soğutulması sırasında moleküler zaman ve frekans standartlarını analiz ederken bunların dikkate alınması gerekir.
Milimetre ve santimetre aralıklarında jeneratör ve yükselteçleri tanımlarken kuantum özellikleri de dikkate alınır. Radyo akışı, alternatif akımın karşılık gelen frekanstaki iletkenler boyunca hareketi sırasında oluşur. Ve uzayda geçen bir elektromanyetik dalga, karşılık gelen dalgayı harekete geçirir. Bu özellik radyo mühendisliğinde anten tasarımında kullanılır.
Görünür konular
Ultraviyole ve kızılötesi görünür radyasyon, kelimenin geniş anlamıyla spektrumun optik kısmı olarak adlandırılan kısmı oluşturur. Bu alanın seçimi yalnızca karşılık gelen bölgelerin yakınlığına göre değil, aynı zamanda araştırmada kullanılan ve öncelikle görünür ışık çalışması sırasında geliştirilen cihazların benzerliğine göre de belirlenir. Bunlar özellikle radyasyonu odaklamak için aynaları ve mercekleri, kırınım ızgaralarını, prizmaları ve diğerlerini içerir.
Optik dalgaların frekansları moleküllerin ve atomlarınkiyle, uzunlukları ise moleküller arası uzaklıklar ve molekül boyutlarıyla karşılaştırılabilir. Dolayısıyla maddenin atom yapısından kaynaklanan olaylar bu alanda önem kazanmaktadır. Aynı nedenle ışık, dalga özelliklerinin yanı sıra kuantum özelliklerine de sahiptir.
Optik akışların ortaya çıkışı
En ünlü kaynak Güneş'tir. Yıldızın yüzeyi (fotosfer) 6000° Kelvin sıcaklığa sahiptir ve parlak beyaz ışık yayar. Sürekli spektrumun en yüksek değeri “yeşil” bölgede - 550 nm'de bulunur. Burası aynı zamanda maksimum görsel hassasiyetin bulunduğu yerdir. Optik aralıktaki salınımlar cisimler ısıtıldığında meydana gelir. Kızılötesi akışlara bu nedenle termal akışlar da denir.
Vücut ne kadar ısınırsa, spektrumun maksimumunun bulunduğu frekans da o kadar yüksek olur. Sıcaklıkta belirli bir artışla akkorluk (görünür aralıkta parlama) gözlenir. Bu durumda önce kırmızı, sonra sarı vb. görünür. Optik akışların oluşturulması ve kaydedilmesi, biri fotoğrafçılıkta kullanılan biyolojik ve kimyasal reaksiyonlarda meydana gelebilir. Dünya'da yaşayan çoğu canlı için fotosentez bir enerji kaynağı görevi görür. Bu biyolojik reaksiyon, optik güneş ışınımının etkisi altındaki bitkilerde meydana gelir.
Elektromanyetik dalgaların özellikleri
Ortamın ve kaynağın özellikleri akışların özelliklerini etkiler. Bu, özellikle akış türünü belirleyen alanların zamana bağımlılığını belirler. Örneğin vibratöre olan mesafe değiştiğinde (arttıkça) eğrilik yarıçapı büyür. Sonuç olarak, düzlemsel bir elektromanyetik dalga oluşur. Maddeyle etkileşim de farklı şekillerde gerçekleşir.
Akıların emilimi ve emisyonu süreçleri, kural olarak, klasik elektrodinamik ilişkiler kullanılarak açıklanabilir. Optik bölgedeki dalgalar ve sert ışınlar için bunların kuantum doğası daha da fazla dikkate alınmalıdır.
Akış kaynakları
Fiziksel farklılığa rağmen, her yerde - radyoaktif bir maddede, bir televizyon vericisinde, bir akkor lambada - elektromanyetik dalgalar, ivmeyle hareket eden elektrik yükleri tarafından uyarılır. İki ana kaynak türü vardır: mikroskobik ve makroskobik. Birincisinde, yüklü parçacıkların moleküller veya atomlar içindeki bir seviyeden diğerine ani bir geçişi vardır.
Mikroskobik kaynaklar x-ışını, gama, ultraviyole, kızılötesi, görünür ve bazı durumlarda uzun dalga radyasyonu yayar. İkincisinin bir örneği, 21 cm dalga boyuna karşılık gelen hidrojen spektrumundaki çizgidir Bu fenomen, radyo astronomisinde özellikle önemlidir.
Makroskobik kaynaklar, iletkenlerin serbest elektronlarının periyodik senkron salınımlar gerçekleştirdiği yayıcılardır. Bu kategorideki sistemlerde milimetre ölçeğinden en uzun olana (enerji hatlarında) kadar akışlar üretilir.
Akışların yapısı ve gücü
Hızlanan ve periyodik olarak değişen akımlar birbirlerini belirli kuvvetlerle etkiler. Yönü ve büyüklüğü, akımların ve yüklerin bulunduğu bölgenin boyutu ve konfigürasyonu, bunların göreceli yönü ve büyüklüğü gibi faktörlere bağlıdır. Belirli bir ortamın elektriksel özelliklerinin yanı sıra yüklerin konsantrasyonundaki ve kaynak akımlarının dağılımındaki değişiklikler de önemli bir etkiye sahiptir.
Problem ifadesinin genel karmaşıklığından dolayı kuvvetler yasasını tek bir formül halinde sunmak mümkün değildir. Elektromanyetik alan adı verilen ve gerekirse matematiksel bir nesne olarak kabul edilen yapı, yüklerin ve akımların dağılımı ile belirlenir. Bu da belirli bir kaynak tarafından sınır koşulları dikkate alınarak oluşturulur. Koşullar, etkileşim bölgesinin şekli ve malzemenin özelliklerine göre belirlenir. Sınırsız alandan bahsediyorsak bu koşullar tamamlanır. Radyasyon durumu bu gibi durumlarda özel bir ek koşul görevi görür. Bu sayede alan davranışının sonsuzda “doğruluğu” garanti altına alınır.
Çalışmanın kronolojisi
Lomonosov bazı hükümlerinde elektromanyetik alan teorisinin bireysel varsayımlarını öngörmektedir: parçacıkların “dönme” (dönme) hareketi, ışığın “salınımlı” (dalga) teorisi, elektriğin doğasıyla ortaklığı vb. Kızılötesi Akışlar 1800 yılında Herschel (İngiliz bilim adamı) tarafından keşfedildi ve ertesi yıl 1801'de Ritter ultraviyoleyi tanımladı. Ultraviyoleden daha kısa menzilli radyasyon, 8 Kasım 1895'te Roentgen tarafından keşfedildi. Daha sonra X-ışını adını aldı.
Elektromanyetik dalgaların etkisi birçok bilim adamı tarafından incelenmiştir. Ancak akış olanaklarını ve uygulama kapsamını ilk keşfeden Narkevich-Iodko (Belaruslu bilim adamı) oldu. Pratik tıpla ilgili olarak akışların özelliklerini inceledi. Gama radyasyonu 1900 yılında Paul Willard tarafından keşfedildi. Aynı dönemde Planck, siyah cismin özelliklerine ilişkin teorik çalışmalar yürüttü. Çalışma sürecinde sürecin kuantum doğasını keşfetti. Çalışmaları gelişimin başlangıcı oldu ve daha sonra Planck ve Einstein'ın çeşitli çalışmaları yayımlandı. Araştırmaları foton gibi bir kavramın oluşmasına yol açtı. Bu da elektromanyetik akıların kuantum teorisinin yaratılmasının temelini attı. Gelişimi yirminci yüzyılın önde gelen bilimsel figürlerinin çalışmalarında devam etti.
Elektromanyetik radyasyonun kuantum teorisi ve bunun maddeyle etkileşimi üzerine daha fazla araştırma ve çalışma, sonuçta kuantum elektrodinamiğinin bugünkü haliyle oluşmasına yol açtı. Bu konuyu inceleyen seçkin bilim adamları arasında Einstein ve Planck'ın yanı sıra Bohr, Bose, Dirac, de Broglie, Heisenberg, Tomonaga, Schwinger, Feynman da yer almalıdır.
Çözüm
Modern dünyada fiziğin önemi oldukça büyüktür. Bugün insan yaşamında kullanılan hemen hemen her şey, büyük bilim adamlarının araştırmalarının pratik kullanımı sayesinde ortaya çıktı. Elektromanyetik dalgaların keşfi ve özellikle bunların incelenmesi, geleneksel ve ardından cep telefonları, radyo vericilerinin yaratılmasına yol açtı. Bu tür teorik bilgilerin pratik uygulaması tıp, endüstri ve teknoloji alanlarında özellikle önemlidir.
Bu yaygın kullanım bilimin niceliksel doğasından kaynaklanmaktadır. Tüm fiziksel deneyler ölçümlere, incelenen olgunun özelliklerinin mevcut standartlarla karşılaştırılmasına dayanmaktadır. Bu amaçla disiplin içerisinde bir ölçüm aletleri ve birimleri kompleksi geliştirilmiştir. Mevcut tüm malzeme sistemlerinde bir takım modeller ortaktır. Örneğin, enerjinin korunumu yasaları genel fizik yasaları olarak kabul edilir.
Bir bütün olarak bilim birçok durumda temel olarak adlandırılır. Bunun nedeni, her şeyden önce, diğer disiplinlerin açıklamalar sağlaması ve bunların da fizik yasalarına uymasıdır. Böylece kimyada atomlar, onlardan oluşan maddeler ve dönüşümler incelenir. Ancak cisimlerin kimyasal özellikleri, moleküllerin ve atomların fiziksel özellikleri tarafından belirlenir. Bu özellikler elektromanyetizma, termodinamik ve diğerleri gibi fiziğin dallarını tanımlar.
