Что такое электромагнитные волны?
Электромагнитная волна — это вид энергии, который относится к типу волн, так же как механическая волна, гравитационная волна и волна материи (вероятностная волна). Чем выше частота, тем выше частота излучаемой электромагнитной волны и тем короче ее длина. Эта электромагнитная волна называется излучением черного тела. Так же как люди живут в воздухе, но глаза не могут видеть воздух, помимо световых волн, люди не могут видеть другие электромагнитные волны, которые повсеместно присутствуют.
Как возникают электромагнитные волны?
Электромагнитное поле включает в себя два аспекта: электрическое поле и магнитное поле, и его характеристики представлены напряженностью электрического поля E (или электрическим смещением D) и плотностью магнитного потока B (или напряженностью магнитного поля H) соответственно.
Согласно теории электромагнитного поля Максвелла, эти две части тесно связаны между собой. Изменяющееся во времени электрическое поле вызывает магнитное поле, а изменяющееся во времени магнитное поле вызывает электрическое поле.
Когда источник электромагнитного поля изменяется со временем, электрическое поле и магнитное поле возбуждают друг друга, вызывая движение электромагнитного поля и образуя электромагнитные волны. Скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света. В свободном пространстве она составляет c=299792458 м/с≈3×108 м/с. Распространение электромагнитных волн также сопровождается передачей энергии.
Свойства электромагнитных волн
Электромагнитные волны имеют три свойства: амплитуду (интенсивность, яркость света), частоту (длину волны) и форму волны (спектральное распределение). Для видимого света эти три свойства соответствуют, соответственно, яркости, оттенку и цветности света. Что касается электромагнитной волны, то существует также понятие начальной фазы. Ее форма волны представляет собой синусоидальную кривую (косинусоидальную кривую), называемую синусоидальной волной (косинусоидальной волной). Чем ближе форма волны электромагнитной волны к синусоидальной волне, тем чище ее спектр и тем лучше ее монохроматичность. Типичным примером этого являются лазеры.
1. Электромагнитная амплитуда
Максимальное абсолютное значение, которое может достигать напряженность электрического поля (E) и напряженность магнитного поля (H) электромагнитной волны, называется максимальным значением или амплитудой электромагнитной волны. Амплитуда электромагнитных волн делится на амплитуду электрического поля и амплитуду магнитного поля, а единицы измерения соответственно составляют В/м и А/м. Все они могут представлять интенсивность электромагнитных волн, но в практических приложениях напряженность электрического поля чаще используется в качестве метода представления амплитуды электромагнитной волны.
1.1 Напряженность электрического поля
Напряженность электрического поля — это физическая величина, используемая для выражения силы и направления электрического поля, которая часто обозначается буквой «E».
1.11 Формула расчета
В разных случаях метод расчета напряженности электрического поля различается. Следующая формула применима только к точечным зарядам:
E=KQ/r2
«E» — напряженность электрического поля, «K» — постоянная электростатической силы, «Q» — величина заряда источника, «r» — расстояние между зарядом источника и испытуемым зарядом.
1.2 интенсивность магнитного поля
Впервые величина магнитного поля была выведена с точки зрения магнитного заряда. По аналогии с законом Кулона для электрического заряда, считается, что в природе существует два вида магнитных зарядов: положительный и отрицательный, и предлагается закон Кулона для магнитного заряда. Сила, действующая на единицу положительного электромагнитного заряда в магнитном поле, называется величиной магнитного поля (символ H).
1.21 Формула расчета
В среде формула для расчета напряженности магнитного поля выглядит следующим образом:
H=B/μ0-M
«B» — магнитная индукция, «M» — намагниченность, «μ0» — магнитная проницаемость в вакууме, μ0=4π×10-7 Тесла м/А. Единица измерения «H» — А/метр.
2 Электромагнитная частота
Число электромагнитных колебаний в секунду называется электромагнитной частотой.
Формула расчета
Формула для расчета частоты электромагнитных волн:
f(Гц)=c(м/с)/λ(м)
«c»: скорость волны (скорость света является постоянной величиной, равной 299792458 м/с в вакууме, что приблизительно равно 3×108 м/с) единица измерения: м/с;
«f»: частота (единица измерения: Гц, 1 МГц = 1000 кГц = 1×106 Гц);
«λ»: длина волны (единица измерения: м);
3 Электромагнитный спектр
Упорядочение этих электромагнитных волн по длине волны или частоте составляет электромагнитный спектр. Если частоты каждого диапазона упорядочить от низких к высоким, то это будут электромагнитные волны промышленной частоты, радиоволны (подразделяются на длинные, средние, короткие волны и микроволны), инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Радиоволны имеют самую длинную длину волны, а космические лучи (рентгеновские лучи, гамма-лучи и лучи с более короткой длиной волны) — самую короткую.
Таблица электромагнитного спектра
Применение электромагнитных волн
- Радиоволны: для связи и т. д.;
- Микроволны: используются в микроволновых печах, спутниковой связи и т. д.;
- Инфракрасные лучи: используются в пультах дистанционного управления, тепловизионных камерах, ракетах с инфракрасным наведением и т. д.;
- Видимый свет: является основой для восприятия окружающего мира всеми живыми существами;
- Ультрафиолетовый свет: используется для медицинской дезинфекции, проверки подлинности банкнот, измерения расстояний, обнаружения дефектов в инженерии и т. д.;
- Рентгеновские лучи: для компьютерной томографии;
Гамма-лучи: используются для лечения, вызывают прыжки атомов с образованием новых лучей и т. д.
