Czym są fale elektromagnetyczne?

Fale elektromagnetyczne, zgodnie z fizyką, należą do najbardziej tajemniczych. W nich energia faktycznie znika w nikąd, pojawia się znikąd. Żaden inny taki obiekt nie istnieje w całej nauce. Jak zachodzą wszystkie te wspaniałe interkonwersje?

Elektrodynamika Maxwella

Wszystko zaczęło się od tego, że naukowiec Maxwell w odległym 1865 roku, czerpiąc z pracy Faradaya, wyprowadził równanie pola elektromagnetycznego. Sam Maxwell uważał, że jego równania opisują skręcanie i napięcie fal w powietrzu. Dwadzieścia trzy lata później Hertz eksperymentalnie wytworzył takie zakłócenia w ośrodku i możliwe było nie tylko skoordynowanie ich z równaniami elektrodynamicznymi, ale także uzyskanie praw rządzących propagacją tych zaburzeń. Była dziwna skłonność do zadeklarowania jakichkolwiek zaburzeń o charakterze elektromagnetycznym, fal Hertza. Jednak te promienie nie są jedynym sposobem przekazywania energii.

Komunikacja bezprzewodowa

Do tej pory możliwe opcje realizacji takiej komunikacji bezprzewodowej obejmują:

- sprzężenie elektrostatyczne, zwane również sprzężeniem pojemnościowym;

- indukcja;

- obecny;

- sprzężenie Tesli, tj. Sprzężenie fal o gęstości elektronowej na powierzchniach przewodzących;

- najszerszy zakres najpopularniejszych nośników, które nazywane są falami elektromagnetycznymi - od ultra niskich częstotliwości do promieniowania gamma.

Warto bardziej szczegółowo rozważyć te rodzaje komunikacji.

Łączenie elektrostatyczne

Dwa dipole są połączone siłami elektrycznymi w przestrzeni, co jest konsekwencją prawa Coulomba. Ten rodzaj połączenia różni się od fal elektromagnetycznych możliwością połączenia dipoli, gdy znajdują się one w jednej linii. Wraz ze wzrostem odległości siła sprzęgająca wymiera, a także występuje silny wpływ różnych zakłóceń.

Sprzężenie indukcyjne

Oparty na polach rozproszenia indukcyjności magnetycznej. Obserwowane pomiędzy obiektami o indukcyjności. Jego stosowanie jest raczej ograniczone z powodu działań o krótkim zasięgu.

Bieżąca komunikacja

Ze względu na rozprzestrzeniające się prądy w środowisku przewodzącym może wystąpić pewna interakcja. Jeżeli prądy przepływają przez zaciski (parę styków), to te same prądy mogą być wykryte w znacznej odległości od styków. To się nazywa efekt rozprzestrzeniania się prądów.

Połączenie Tesli

Słynny fizyk Nikola Tesla wynalazł połączenie za pomocą fal na przewodzącej powierzchni. Jeśli w pewnym miejscu płaszczyzny zostanie zakłócona gęstość nośnika ładunku, wówczas te nośniki zaczną się poruszać, co będzie miało tendencję do przywracania równowagi. Ponieważ nosiciele mają charakter bezwładnościowy, przywrócenie ma charakter falowy.

Sprzężenie elektromagnetyczne

Emisja fal elektromagnetycznych jest bardzo długa, ponieważ ich amplituda jest odwrotnie proporcjonalna do odległości od źródła. Właśnie ta metoda komunikacji bezprzewodowej stała się najbardziej rozpowszechniona. Ale czym są fale elektromagnetyczne? Najpierw musisz zrobić małą dygresję w historii swojego odkrycia.

Jak pojawiły się "fale elektromagnetyczne"?

Wszystko zaczęło się w 1829 roku, kiedy amerykański fizyk Henry odkrył perturbacje wyładowań elektrycznych w eksperymentach z bankami Leyden. W 1832 roku fizyk Faraday zaproponował istnienie takiego procesu, jak fale elektromagnetyczne. Maxwell w 1865 roku stworzył jego słynne równania elektromagnetyzmu. Pod koniec dziewiętnastego wieku było wiele udanych prób stworzenia łączności bezprzewodowej za pomocą elektrostatyki i indukcja elektromagnetyczna. Sławny wynalazca Edison wynalazł system, który pozwalał pasażerom kolei na wysyłanie i odbieranie telegramów podczas jazdy pociągu. W 1888 roku G. Hertz jednoznacznie udowodnił, że fale elektromagnetyczne pojawiają się za pomocą urządzenia zwanego wibratorem. Hertz zdał sobie sprawę z doświadczenia w przekazywaniu sygnału elektromagnetycznego na odległość. W 1890 roku inżynier i fizyk Branly z Francji wynalazł urządzenie do rejestracji promieniowania elektromagnetycznego. Następnie urządzenie to nazwano "przewodnikiem radiowym" (coherer). W latach 1891-1893 Nikola Tesla opisał podstawowe zasady realizacji transmisji sygnału na duże odległości i opatentował antenę masztową, która była źródłem fal elektromagnetycznych. Dalsze osiągnięcia w badaniu fal i techniczną realizacją ich produkcji i użytkowania należą do tak znanych fizyków i wynalazców jak Popov, Marconi, de Mors, Lodge, Mirhead i wielu innych.

Pojęcie "fali elektromagnetycznej"

Fala elektromagnetyczna to zjawisko, które rozprzestrzenia się w przestrzeni z określoną prędkością końcową i jest naprzemiennym polem elektrycznym i magnetycznym. Ponieważ pola magnetyczne i elektryczne są ze sobą nierozerwalnie połączone, tworzą pole elektromagnetyczne. Można również powiedzieć, że fala elektromagnetyczna jest zaburzeniem pola, a podczas jej propagacji energia, jaką posiada pole magnetyczne, jest przekształcana w energię pola elektrycznego iz powrotem, zgodnie z elektrodynamiką Maxwella. Zewnętrznie jest to podobne do propagacji jakiejkolwiek innej fali w jakimkolwiek innym medium, jednak istnieją znaczne różnice.

Różnica fal elektromagnetycznych od innych?

Energia fal elektromagnetycznych jest rozproszona w raczej niezrozumiałym środowisku. Aby porównać te fale i jakiekolwiek inne, konieczne jest zrozumienie, jakiego rodzaju medium propagacji chodzi. Zakłada się, że przestrzeń wewnątrzatomowa wypełnia eter elektryczny - specyficzny ośrodek, który jest absolutnym dielektrykiem. Wszystkie fale podczas propagacji pokazują przejście energii kinetycznej w potencjał i vice versa. Jednocześnie, dla tych energii, maksymalny czas i przestrzeń są przesunięte względem siebie o jedną czwartą całkowitego okresu falowego. Średnia energia fal w tym samym czasie, będąca sumą potencjału i energia kinetyczna jest stałą. Ale w przypadku fal elektromagnetycznych sytuacja jest inna. Pola energetyczne i magnetyczne i elektryczne osiągają jednocześnie maksymalne wartości.

Jak powstaje fala elektromagnetyczna?

Materią fali elektromagnetycznej jest pole elektryczne (eter). Ruchome pole ma strukturę i składa się z energii jego ruchu i energii elektrycznej samego pola. Dlatego potencjalna energia Fale są połączone kinetycznie i fazowo. Natura fali elektromagnetycznej jest periodycznym polem elektrycznym, które jest w stanie ruch do przodu w przestrzeni i poruszając się z prędkość światła.

Niwelacja prądów

Istnieje inny sposób wyjaśnienia, czym są fale elektromagnetyczne. Zakłada się, że prądy polaryzacji występują w powietrzu podczas ruchu niejednorodnych pól elektrycznych. Powstają, naturalnie, tylko dla stałego zewnętrznego obserwatora. W momencie, gdy taki parametr, jak natężenie pola elektrycznego osiągnie maksimum, prąd polaryzacji w danym punkcie w przestrzeni zostanie zatrzymany. Odpowiednio, przy minimalnym naprężeniu uzyskuje się przeciwny obraz. To podejście wyjaśnia charakter falowy promieniowania elektromagnetycznego, ponieważ energia pola elektrycznego jest przesunięta o jedną czwartą okresu w stosunku do prądów polaryzacji. Następnie możemy powiedzieć, że perturbacja elektryczna, a raczej energia zaburzeń, zostaje przekształcona w energię prądu polaryzującego i powrotnego i rozchodzi się falowo w ośrodku dielektrycznym.