Шкала электромагнитных волн

Колебания электрических зарядов порождает распространяющиеся электромагнитные волны. Свойства этих волн существенно зависят от частоты колебаний. Рассмотрим особенности этой зависимости.

Длина электромагнитной волны

Колеблющийся электрический заряд порождает вокруг себя колебания вихревого магнитного поля. Это поле порождает колебания вихревого электрического поля, которое, в свою очередь опять порождает колеблющееся вихревое магнитное поле. Структура распространяющихся взаимно порождаемых колебаний электрических и магнитных полей – называется электромагнитной волной.

Распространяющаяся электромагнитная волна вектора B и H

Рис. 1. Распространяющаяся электромагнитная волна вектора B и H.

Электромагнитная волна распространяется с постоянной скоростью, равной примерно $3×10^8$ м/с. Учитывая частоту колебаний волны $\nu$ можно найти расстояние между двумя одинаковыми значениями вектора индукции поля, длину волны $\lambda$:

$$\lambda = {3×10^8 \over \nu}$$

Длина электромагнитной волны

Рис. 2. Длина электромагнитной волны.

Шкала электромагнитных волн

Электромагнитные волны различных частот существенно различаются по своим свойствам. Поэтому их можно условно разделить на виды, построив шкалу электромагнитных волн.

Низкочастотные (сверхдлинные) волны ($10^4$ Гц и менее)

Электромагнитные волны такой частоты имеют большую длину волны (порядка километров), они способны огибать препятствия больших размеров, способны проникать в толщу воды и грунта. Но, их сложно генерировать и принимать. Кроме того, низкая частота обуславливает малую информационную емкость таких волн. Поэтому, хотя электрические колебания низких частот находят очень широкое применение в народном хозяйстве, электромагнитные волны этого диапазона используются в основном лишь в научных исследованиях Земли.

Радиоволны (^4$ Гц – ^{11}$ Гц)

Электромагнитные волны этого диапазона имеют длину от сантиметров до километра, достаточно легко генерируются и принимаются. При этом, радиоволны частотой менее 3 МГц достаточно хорошо огибают кривизну Земли, способны проходить сквозь не слишком толстые непроводящие преграды и распространяются на несколько сотен километров, а радиоволны частотой до 30МГц – дополнительно способны отражаться от верхних слоев атмосферы, и полностью огибать Землю. Поэтому радиоволны этих диапазонов очень широко используются для связи.

Радиоволны частотами свыше 1 ГГц очень слабо проходят сквозь препятствия, отражаясь от них. Поэтому радиоволны такой частоты используются в радиолокации.

Световое излучение ($10^{11}$ Гц – $10^{18}$ Гц)

Электромагнитные волны данного диапазона имеют длину волны от единиц до тысяч нанометров и включают себя инфракрасное излучение нагретых тел, видимый свет и ультрафиолетовое излучение. Такие волны генерируются нагретыми предметами, чем больше температура – тем больше частота излучения.

Видимый свет в этом диапазоне занимает узкую полосу $3.5×10^{14}$ Гц – $7.5×10^{14}$ Гц. Прозрачность атмосферы Земли для данного диапазона обуславливает огромное значение зрения для живых существ.

Рентгеновское излучение ($10^{18}$ Гц – $10^{20}$ Гц)

Для генерации излучения таких частот необходимы либо очень высокие температуры, либо возбуждение атомов вещества потоком частиц (так происходит в катодных трубках), поскольку длина волны сравнима с размерами атомов. Это излучение обладает высокой проникающей способностью сквозь непроводящие вещества, что дает возможность широкого использования его в медицине и дефектоскопии.

Гамма-излучение ($10^{20}$ Гц и выше)

Излучение таких высоких частот генерируют ядра атомов при ядерных реакциях, длина волны здесь сравнима с размером атомных ядер. Также гамма-излучение является основной составляющей космических лучей, в которых оно имеет наиболее высокие частоты (и наиболее высокие энергии). Поэтому гамма-излучение играет большую роль при космических исследованиях. Кроме того, поскольку гамма-лучи оказывают разрушительное влияние на живую ткань, они находят применение в лечении онкологических заболеваний.

Резюмируя все сказанное, можно построить таблицу шкалы электромагнитных волн:

Рис. 3. Таблица шкалы электромагнитных волн.

Что мы узнали?

Весь диапазон электромагнитных волн можно условно разбить на поддиапазоны, в которых свойства волн достаточно отличаются друг от друга, составив своеобразную шкалу. В нее войдут свехдлинные волны, радиоволны, световое, рентгеновское и гамма-излучение.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

    Электромагнитная волна распространяется со скоростью …

Начать тест(новая вкладка)
Доска почёта
Чтобы попасть сюда - пройдите тест.
    Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.2. Всего получено оценок: 290.

Предметы