Quella che in fisica viene chiamata un'onda elettromagnetica. Cosa sono le onde elettromagnetiche?

Un'onda elettromagnetica è un disturbo di un campo elettromagnetico che viene trasmesso nello spazio. La sua velocità è la stessa della velocità della luce

2. Descrivi l'esperienza di Hertz nel rilevamento delle onde elettromagnetiche

Nell'esperimento di Hertz, la fonte del disturbo elettromagnetico erano le oscillazioni elettromagnetiche che si verificavano nel vibratore (un conduttore con un'intercapedine d'aria nel mezzo). A questo spazio è stata applicata un'alta tensione, che ha causato una scarica di scintille. Un attimo dopo, è apparsa una scarica di scintille nel risonatore (un vibratore simile). La scintilla più intensa si è verificata nel risonatore, che era parallelo al vibratore.

3. Spiegare i risultati dell'esperimento di Hertz usando la teoria di Maxwell. Perché l'onda elettromagnetica è trasversale?

La corrente attraverso lo spazio di scarica crea un'induzione attorno a sé, il flusso magnetico aumenta e si verifica una corrente di spostamento induttiva. La tensione nel punto 1 (Fig. 155, b del libro di testo) è diretta in senso antiorario nel piano del disegno, nel punto 2 la corrente è diretta verso l'alto e provoca induzione nel punto 3, la tensione è diretta verso l'alto. Se l'entità della tensione è sufficiente per la rottura elettrica dell'aria nello spazio vuoto, si verifica una scintilla e una corrente scorre nel risonatore.

Perché le direzioni dei vettori dell'induzione del campo magnetico e dell'intensità del campo elettrico sono perpendicolari tra loro e alla direzione dell'onda.

4. Perché la radiazione delle onde elettromagnetiche si verifica durante il movimento accelerato delle cariche elettriche? In che modo l'intensità del campo elettrico in un'onda elettromagnetica irradiata dipende dall'accelerazione di una particella carica irradiante?

La forza della corrente è proporzionale alla velocità di movimento delle particelle cariche, quindi un'onda elettromagnetica si verifica solo se la velocità di movimento di queste particelle dipende dal tempo. L'intensità in un'onda elettromagnetica irradiata è direttamente proporzionale all'accelerazione della particella carica irradiante.

5. In che modo la densità di energia del campo elettromagnetico dipende dall'intensità del campo elettrico?

La densità di energia del campo elettromagnetico è direttamente proporzionale al quadrato dell'intensità del campo elettrico.

Capitolo 1

PARAMETRI DI BASE DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE

È facile immaginare cosa sia un'onda elettromagnetica nell'esempio seguente. Se lanci un sassolino sulla superficie dell'acqua, sulla superficie si formano onde che divergono in cerchi. Si muovono dalla fonte della loro origine (disturbo) con una certa velocità di propagazione. Per le onde elettromagnetiche, i disturbi sono campi elettrici e magnetici che si muovono nello spazio. Un campo elettromagnetico variabile nel tempo provoca necessariamente la comparsa di un campo magnetico alternato e viceversa. Questi campi sono correlati tra loro.

La principale fonte dello spettro delle onde elettromagnetiche è la stella Sole. Parte dello spettro delle onde elettromagnetiche è visibile all'occhio umano. Questo spettro è compreso tra 380 ... 780 nm (Fig. 1.1). Nello spettro visibile, l'occhio percepisce la luce in modi diversi. Le vibrazioni elettromagnetiche con diverse lunghezze d'onda producono la sensazione di luce con colori diversi.

Una parte dello spettro delle onde elettromagnetiche viene utilizzata per la sospensione radiotelevisiva e per scopi di comunicazione. La sorgente delle onde elettromagnetiche è un filo (antenna) in cui oscillano le cariche elettriche. Il processo di formazione dei campi, iniziato vicino al filo, gradualmente, punto per punto, cattura l'intero spazio. Maggiore è la frequenza della corrente alternata che attraversa il filo e genera un campo elettrico o magnetico, più intense sono le onde radio di una data lunghezza generate dal filo.

Le onde elettromagnetiche hanno le seguenti caratteristiche principali.

1. Lunghezza d'onda lв, è la distanza più breve tra due punti nello spazio, alla quale la fase di un'onda elettromagnetica armonica cambia di 360°. Una fase è uno stato (fase) di un processo periodico (Fig. 1.2).

Nella sospensione della televisione terrestre, vengono utilizzate le onde metriche (MB) e decimetriche (UHF), nelle onde satellitari - centimetriche (CM). Quando l'intervallo di frequenza del CM è pieno, l'intervallo di onde millimetriche (banda Ka) sarà padroneggiato.

2. Periodo di oscillazione dell'onda T- il tempo durante il quale si verifica una variazione completa dell'intensità di campo, cioè il tempo durante il quale un punto di un'onda radio, che ha una fase fissa, percorre un percorso pari alla lunghezza d'onda lw.

3. La frequenza delle oscillazioni del campo elettromagnetico F(il numero di oscillazioni di campo al secondo) è determinato dalla formula

L'unità di misura della frequenza è l'hertz (Hz), la frequenza alla quale si verifica un'oscillazione al secondo. Nella trasmissione satellitare si ha a che fare con frequenze molto alte delle onde elettromagnetiche, misurate in gigahertz.

Per la trasmissione televisiva diretta via satellite (STTV) sulla linea Cosmos-Earth, vengono utilizzate la gamma bassa della banda C e parte della gamma Ku (10,7 ... 12,75 GGi). La parte superiore di questi intervalli viene utilizzata per trasmettere informazioni sulla linea Terra-Spazio (Tabella 1.1).

4. Velocità di propagazione dell'onda INSIEME A - la velocità di propagazione sequenziale di un'onda da una fonte di energia (antenna).

La velocità di propagazione delle onde radio nello spazio libero (vuoto) è costante e pari alla velocità della luce C = 300.000 km/s. Nonostante una velocità così elevata, un'onda elettromagnetica lungo la linea Terra - Spazio - Terra spazia in 0,24 s. A terra, le trasmissioni radiofoniche e televisive possono essere ricevute quasi istantaneamente ovunque. Quando si propaga nello spazio reale, ad esempio nell'aria, la velocità dell'onda radio dipende dalle proprietà del mezzo, di solito è inferiore INSIEME A dal valore dell'indice di rifrazione del mezzo.

La frequenza delle onde elettromagnetiche F, la velocità della loro propagazione C e la lunghezza d'onda l sono legate dalla relazione

lv = C / F, e poiché F = 1 / T, allora lv = C * T.

Sostituendo nell'ultima formula il valore della velocità С = 300.000 km/s, si ottiene

lv (m) = 3 * 10 ^ 8 / F (m / s * 1 / Hz)

Per grandi valori di frequenze, la lunghezza d'onda dell'oscillazione elettromagnetica può essere determinata dalla formula lw (m) = 300 / F (MHz) Conoscendo la lunghezza d'onda della vibrazione elettromagnetica, la frequenza è determinata dalla formula F (MHz) = 300 / lw (m)

5. Polarizzazione delle onde radio. Le componenti elettrica e magnetica del campo elettromagnetico sono rispettivamente caratterizzate da vettori E e H, che mostrano il valore delle intensità di campo e la loro direzione. La polarizzazione è l'orientamento del vettore del campo elettrico E onde relative alla superficie terrestre (Fig. 1.2).

Il tipo di polarizzazione delle onde radio è determinato dall'orientamento (posizione) dell'antenna trasmittente rispetto alla superficie terrestre. Sia la televisione terrestre che quella satellitare utilizzano la polarizzazione lineare, ovvero orizzontale h e verticale V (fig. 1.3).

Le onde radio con un vettore di campo elettrico orizzontale sono chiamate polarizzate orizzontalmente e quelle con un vettore verticale sono chiamate polarizzate verticalmente. Il piano di polarizzazione per le ultime onde è verticale e il vettore h(vedi Fig. 1.2) è sul piano orizzontale.

Se l'antenna trasmittente è montata orizzontalmente sopra la superficie terrestre, anche le linee del campo elettrico del campo saranno posizionate orizzontalmente. In questo caso, il campo indurrà la massima forza elettromotrice (EMF) nel fuoco

Figura 1.4. Polarizzazione circolare delle onde radio:

LZ- sinistra; RZ- Giusto

un'antenna ricevente ombelicale. Pertanto, per h polarizzazione delle onde radio, l'antenna ricevente deve essere orientata orizzontalmente. In questo caso, teoricamente non ci sarà ricezione di onde radio su un'antenna posizionata verticalmente, poiché l'EMF indotto nell'antenna è zero. E viceversa, con la posizione verticale dell'antenna trasmittente, anche l'antenna ricevente deve essere posizionata verticalmente, il che consentirà di ottenere l'EMF più alto in essa.

Nelle trasmissioni televisive da satelliti artificiali della terra (AES), oltre alle polarizzazioni lineari, è ampiamente utilizzata la polarizzazione circolare. Stranamente, ciò è dovuto alla tenuta dell'aria, poiché ci sono un gran numero di satelliti di comunicazione e satelliti di trasmissione televisiva diretta (diretta) in orbita.

Spesso nelle tabelle dei parametri satellitari danno un'abbreviazione per il tipo di polarizzazione circolare - L e R. La polarizzazione circolare delle onde radio è creata, ad esempio, da una spirale conica sull'alimentazione di un'antenna trasmittente. A seconda della direzione di avvolgimento della spirale, la polarizzazione circolare risulta essere sinistra o destra (Fig. 1.4).

Di conseguenza, nell'alimentazione dell'antenna televisiva satellitare terrestre deve essere installato un polarizzatore, che risponde alla polarizzazione circolare delle onde radio emesse dall'antenna trasmittente del satellite.

Consideriamo le problematiche della modulazione delle oscillazioni ad alta frequenza e del loro spettro durante la trasmissione dal satellite. È consigliabile farlo rispetto ai sistemi di trasmissione terrestre.

La separazione tra le frequenze dell'immagine e della portante audio è 6,5 MHz, il resto della banda laterale inferiore (a sinistra della portante immagine) è 1,25 MHz e la larghezza del canale audio è 0,5 MHz.

(fig. 1.5). Tenendo conto di ciò, si presume che la larghezza totale del canale televisivo sia 8,0 MHz (secondo gli standard D e K adottati nei paesi della CSI).

La stazione televisiva trasmittente dispone di due trasmettitori. Uno di questi trasmette segnali elettrici di immagine e l'altro trasmette il suono, rispettivamente, a diverse frequenze portanti. La variazione di alcuni parametri dell'oscillazione ad alta frequenza portante (potenza, frequenza, fase, ecc.) Sotto l'influenza delle oscillazioni a bassa frequenza è chiamata modulazione. Esistono due tipi principali di modulazione utilizzati: ampiezza (AM) e frequenza (FM). In televisione, i segnali delle immagini vengono trasmessi da AM e i segnali audio vengono trasmessi da FM. Dopo la modulazione, le vibrazioni elettriche vengono amplificate in potenza, quindi entrano nell'antenna trasmittente e la irradiano nello spazio (etere) sotto forma di onde radio.

8 trasmissione televisiva terrestre, per una serie di motivi, è impossibile applicare FM per trasmettere segnali di immagine. C'è molto più spazio aereo sulla SM e tale opportunità esiste. Di conseguenza, il canale satellitare (transponder) occupa una banda di frequenza di 27 MHz.

Vantaggi della modulazione di frequenza del segnale sottoportante:

minore sensibilità alle interferenze e al rumore rispetto all'AM, bassa sensibilità alla non linearità delle caratteristiche dinamiche dei canali di trasmissione del segnale, nonché stabilità di trasmissione su lunghe distanze. Queste caratteristiche sono spiegate dalla costanza del livello del segnale nei canali di trasmissione, dalla possibilità di correzione della frequenza della predistorsione, che influenza favorevolmente il rapporto segnale-rumore, grazie al quale l'FM può ridurre significativamente la potenza del trasmettitore durante la trasmissione delle informazioni sulla stessa distanza. Ad esempio, i sistemi di trasmissione terrestre utilizzano trasmettitori 5 volte più potenti per trasmettere segnali di immagine alla stessa stazione televisiva rispetto a trasmettere segnali audio.

Anche il progresso tecnologico ha un rovescio della medaglia. L'uso globale di varie tecnologie elettriche ha portato all'inquinamento, a cui è stato dato il nome: rumore elettromagnetico. In questo articolo considereremo la natura di questo fenomeno, il grado del suo impatto sul corpo umano e le misure di protezione.

Che cos'è e fonti di radiazioni

Le radiazioni elettromagnetiche sono onde elettromagnetiche che si verificano quando un campo magnetico o elettrico viene disturbato. La fisica moderna interpreta questo processo nell'ambito della teoria del dualismo particella-onda. Cioè, la porzione minima della radiazione elettromagnetica è un quanto, ma allo stesso tempo ha proprietà di onda di frequenza che ne determinano le caratteristiche principali.

Lo spettro delle frequenze di radiazione di un campo elettromagnetico permette di classificarlo nelle seguenti tipologie:

• radiofrequenza (queste includono le onde radio);
• termico (infrarosso);
• ottico (cioè visibile ad occhio nudo);
• radiazione nello spettro ultravioletto e duro (ionizzato).

Un'illustrazione dettagliata della gamma spettrale (scala della radiazione elettromagnetica) può essere vista nella figura sottostante.

La natura delle sorgenti di radiazioni

A seconda dell'origine, le sorgenti di radiazione delle onde elettromagnetiche nella pratica mondiale sono generalmente classificate in due tipi, vale a dire:

• disturbi del campo elettromagnetico di origine artificiale;
• radiazioni da sorgenti naturali.

Radiazioni emanate dal campo magnetico del campo intorno alla Terra, processi elettrici nell'atmosfera del nostro pianeta, fusione nucleare nelle viscere del sole: tutti sono di origine naturale.

Per quanto riguarda le sorgenti artificiali, sono un effetto collaterale causato dal funzionamento di vari meccanismi e dispositivi elettrici.

La radiazione che emana da loro può essere di basso livello e di alto livello. Il grado di intensità della radiazione del campo elettromagnetico dipende interamente dai livelli di potenza delle sorgenti.

Esempi di fonti con un alto livello di EMR includono:

• Le linee elettriche sono generalmente ad alta tensione;
• tutti i tipi di trasporto elettrico, nonché l'infrastruttura di accompagnamento;
• Torri TV e radio, nonché stazioni di comunicazione mobili e mobili;
• impianti per la conversione della tensione della rete elettrica (in particolare onde provenienti da un trasformatore o da una sottostazione di distribuzione);
• ascensori e altri tipi di attrezzature di sollevamento in cui viene utilizzata una centrale elettromeccanica.

Le tipiche sorgenti di radiazioni a basso livello includono le seguenti apparecchiature elettriche:

• quasi tutti i dispositivi con display CRT (ad esempio: un terminale di pagamento o un computer);
• vari tipi di elettrodomestici, che vanno dai ferri da stiro ai sistemi climatici;
• sistemi di ingegneria che forniscono elettricità a vari oggetti (questo significa non solo il cavo di alimentazione, ma le relative apparecchiature, come prese e contatori elettrici).

Separatamente, vale la pena evidenziare le attrezzature speciali utilizzate in medicina, che emettono radiazioni dure (macchine a raggi X, risonanza magnetica, ecc.).

Influenza su una persona

Nel corso di numerosi studi, i radiobiologi sono giunti a una conclusione deludente: la radiazione a lungo termine delle onde elettromagnetiche può causare un'"esplosione" di malattie, cioè provoca il rapido sviluppo di processi patologici nel corpo umano. Inoltre, molti di loro introducono violazioni a livello genetico.

Video: in che modo le radiazioni elettromagnetiche influenzano le persone.
https://www.youtube.com/watch?v=FYWgXyHW93Q

Ciò è dovuto al fatto che il campo elettromagnetico ha un alto livello di attività biologica, che si riflette negativamente negli organismi viventi. Il fattore di influenza dipende dai seguenti componenti:

• la natura della radiazione prodotta;
• quanto tempo e con quale intensità dura.

L'impatto sulla salute umana delle radiazioni, che hanno una natura elettromagnetica, dipende direttamente dalla posizione. Può essere sia locale che generale. In quest'ultimo caso, si verifica un'irradiazione su larga scala, ad esempio la radiazione prodotta dalle linee elettriche.

Di conseguenza, per esposizione locale si intende l'esposizione ad aree specifiche del corpo. Le onde elettromagnetiche emanate da un orologio elettronico o da un telefono cellulare sono un vivido esempio di impatto locale.

Separatamente, è necessario notare l'effetto termico della radiazione elettromagnetica ad alta frequenza sulla materia vivente. L'energia del campo viene convertita in energia termica (a causa della vibrazione delle molecole), questo effetto è alla base del funzionamento degli emettitori a microonde industriali utilizzati per riscaldare varie sostanze. Contrariamente ai benefici nei processi industriali, gli effetti termici sul corpo umano possono essere dannosi. Dal punto di vista della radiobiologia, non è consigliabile essere vicino a apparecchiature elettriche "calde".

Bisogna tener conto che nella vita di tutti i giorni siamo regolarmente esposti alle radiazioni, e questo accade non solo al lavoro, ma anche a casa o quando ci si sposta in città. Nel tempo, l'effetto biologico si accumula e si intensifica. Con la crescita del rumore elettromagnetico, aumenta il numero di malattie caratteristiche del cervello o del sistema nervoso. Si noti che la radiobiologia è una scienza abbastanza giovane, quindi il danno causato agli organismi viventi dalle radiazioni elettromagnetiche non è stato studiato a fondo.

La figura mostra il livello delle onde elettromagnetiche prodotte dai comuni elettrodomestici.

Notare che il livello di intensità del campo diminuisce significativamente sulla distanza. Cioè, per ridurne l'effetto, è sufficiente allontanarsi dalla sorgente a una certa distanza.

La formula per calcolare la norma (razionamento) della radiazione del campo elettromagnetico è indicata nei corrispondenti GOST e SanPiNah.

Protezione dalle radiazioni

Nella produzione, gli schermi assorbenti (protettivi) vengono utilizzati attivamente come mezzi di protezione dalle radiazioni. Sfortunatamente, non è possibile proteggersi dalle radiazioni di un campo elettromagnetico con l'aiuto di tali apparecchiature a casa, poiché non è progettato per questo.

• per ridurre praticamente a zero l'effetto della radiazione di un campo elettromagnetico, è necessario allontanarsi da linee elettriche, torri radio e televisive ad una distanza di almeno 25 metri (la potenza della sorgente deve essere presa in considerazione);
• per un monitor CRT e una TV, questa distanza è molto inferiore - circa 30 cm;
• l'orologio elettronico non deve essere posizionato vicino al cuscino, la distanza ottimale per loro è superiore a 5 cm;
• per radio e telefoni cellulari, non è consigliabile avvicinarli a meno di 2,5 centimetri.

Nota che molte persone sanno quanto sia pericoloso stare vicino a linee elettriche ad alta tensione, ma la maggior parte delle persone non attribuisce importanza ai normali elettrodomestici. Anche se è sufficiente mettere l'unità di sistema sul pavimento o spostarla via, e proteggerai te stesso e i tuoi cari. Ti consigliamo di farlo, quindi misurare lo sfondo dal computer utilizzando un rilevatore di campo elettromagnetico per assicurarti visivamente che stia diminuendo.

Questo consiglio vale anche per il posizionamento del frigorifero, molti lo posizionano vicino al tavolo della cucina, pratico ma poco sicuro.

Nessuna tabella sarà in grado di indicare l'esatta distanza di sicurezza da una specifica apparecchiatura elettrica, poiché le emissioni possono variare, sia a seconda del modello del dispositivo che del paese di fabbricazione. Al momento non esiste un unico standard internazionale, pertanto le norme possono differire in modo significativo nei diversi paesi.

È possibile determinare con precisione l'intensità della radiazione utilizzando un dispositivo speciale: un flussometro. Secondo gli standard adottati in Russia, la dose massima consentita non deve superare 0,2 μT. Si consiglia di effettuare misurazioni nell'appartamento utilizzando il suddetto dispositivo per la misurazione del grado di radiazione del campo elettromagnetico.

Flussometro - un dispositivo per misurare il grado di radiazione di un campo elettromagnetico

Cerca di ridurre il tempo in cui sei esposto alle radiazioni, cioè non stare vicino a dispositivi elettrici funzionanti per molto tempo. Ad esempio, non è affatto necessario stare costantemente davanti a un fornello elettrico oa un forno a microonde durante la cottura. Per quanto riguarda le apparecchiature elettriche, potresti notare che caldo non significa sempre sicuro.

Spegnere sempre gli apparecchi elettrici inutilizzati. Le persone spesso lasciano accesi vari dispositivi, senza tenere conto del fatto che in questo momento le radiazioni elettromagnetiche emanano dall'ingegneria elettrica. Spegni il tuo laptop, stampante o altre apparecchiature, non è necessario essere esposti a radiazioni inutilmente, ricordati della tua sicurezza.

Le onde elettromagnetiche sono la propagazione di campi elettromagnetici nello spazio e nel tempo.

Come notato sopra, l'esistenza delle onde elettromagnetiche fu teoricamente prevista dal grande fisico inglese J. Maxwell nel 1864. Analizzò tutte le leggi dell'elettrodinamica conosciute a quel tempo e tentò di applicarle a campi elettrici e magnetici variabili nel tempo. Introdusse in fisica il concetto di campo elettrico a vortice e propose una nuova interpretazione della legge di induzione elettromagnetica scoperta da Faraday nel 1831: ogni variazione del campo magnetico genera un campo elettrico a vortice nello spazio circostante, le cui linee di forza Sono chiusi.

Ha avanzato un'ipotesi sull'esistenza del processo inverso: un campo elettrico variabile nel tempo genera un campo magnetico nello spazio circostante. Maxwell fu il primo a descrivere la dinamica di una nuova forma di materia - il campo elettromagnetico, e ne derivò un sistema di equazioni (le equazioni di Maxwell), collegando le caratteristiche del campo elettromagnetico con le sue sorgenti - cariche e correnti elettriche. In un'onda elettromagnetica avvengono trasformazioni reciproche dei campi elettrico e magnetico. Le Fig. 2 a, b illustrano la mutua trasformazione dei campi elettrico e magnetico.

Figura 2 - Mutua trasformazione dei campi elettrico e magnetico: a) La legge dell'induzione elettromagnetica nell'interpretazione di Maxwell; b) L'ipotesi di Maxwell. Un campo elettrico variabile genera un campo magnetico

La divisione del campo elettromagnetico in elettrico e magnetico dipende dalla scelta del sistema di riferimento. Infatti, attorno alle cariche che riposano in un sistema di riferimento, c'è solo un campo elettrico; tuttavia, le stesse cariche si muoveranno rispetto ad un altro sistema di riferimento e genereranno in questo sistema di riferimento, oltre all'elettrico, anche un campo magnetico. Così, la teoria di Maxwell collegava i fenomeni elettrici e magnetici.

Se ecciti un campo elettrico o magnetico alternato con l'aiuto di cariche oscillanti, nello spazio circostante sorge una sequenza di trasformazioni reciproche di campi elettrici e magnetici, che si propagano da un punto all'altro. Entrambi questi campi sono vortici e vettori e si trovano in piani reciprocamente perpendicolari. Il processo di propagazione di un campo elettromagnetico è mostrato schematicamente in Fig. 3. Questo processo, periodico nel tempo e nello spazio, è un'onda elettromagnetica.

Figura 3 - Il processo di propagazione di un campo elettromagnetico

Questa ipotesi era solo un'ipotesi teorica che non ha avuto conferma sperimentale, tuttavia, sulla sua base, Maxwell è stato in grado di scrivere un sistema coerente di equazioni che descrive le mutue trasformazioni dei campi elettrico e magnetico, cioè il sistema di equazioni del campo elettromagnetico campo.

Quindi, una serie di importanti conclusioni derivano dalla teoria di Maxwell: le proprietà di base delle onde elettromagnetiche.

Ci sono onde elettromagnetiche, ad es. un campo elettromagnetico che si propaga nello spazio e nel tempo.

In natura, i fenomeni elettrici e magnetici agiscono come due facce di un unico processo.

Le onde elettromagnetiche sono emesse da cariche oscillanti. La presenza di accelerazione è la condizione principale per l'emissione di onde elettromagnetiche, ad es.

• - qualsiasi variazione del campo magnetico crea un campo elettrico a vortice nello spazio circostante (Fig. 2a).
• - qualsiasi variazione del campo elettrico eccita un campo magnetico a vortice nello spazio circostante, le cui linee di induzione si trovano in un piano perpendicolare alle linee di intensità del campo elettrico alternato, e le coprono (Fig. 2b).

Le linee di induzione del campo magnetico emergente formano una "vite destra" con il vettore. Le onde elettromagnetiche sono trasversali - vettori e sono perpendicolari tra loro e giacciono su un piano perpendicolare alla direzione di propagazione delle onde (Fig. 4).

Figura 4 - Onde elettromagnetiche trasversali

Le variazioni periodiche del campo elettrico (vettore di intensità E) generano un campo magnetico variabile (vettore di induzione B), che a sua volta genera un campo elettrico variabile. Le oscillazioni dei vettori E e B avvengono in piani reciprocamente perpendicolari e perpendicolari alla linea di propagazione dell'onda (vettore velocità) e coincidono in fase in qualsiasi punto. Le linee di forza dei campi elettrico e magnetico in un'onda elettromagnetica sono chiuse. Tali campi sono chiamati vortice.

Le onde elettromagnetiche si propagano nella materia con velocità finita, e ciò confermava ancora una volta la validità della teoria dell'azione a corto raggio.

La conclusione di Maxwell sulla velocità finita di propagazione delle onde elettromagnetiche era in contraddizione con la teoria dell'azione a lungo raggio adottata a quel tempo, in cui si supponeva che la velocità di propagazione dei campi elettrici e magnetici fosse infinitamente grande. Pertanto, la teoria di Maxwell è chiamata la teoria dell'azione a corto raggio.

Tali onde possono propagarsi non solo nei gas, liquidi e solidi, ma anche nel vuoto.

La velocità delle onde elettromagnetiche nel vuoto c = 300000 km/s. La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto è una delle costanti fisiche fondamentali.

La propagazione di un'onda elettromagnetica in un dielettrico è un continuo assorbimento e riemissione di energia elettromagnetica da parte di elettroni e ioni della sostanza, che compiono oscillazioni forzate nel campo elettrico alternato dell'onda. In questo caso, la velocità dell'onda diminuisce nel dielettrico.

Le onde elettromagnetiche trasportano energia. Quando le onde si propagano, si verifica un flusso di energia elettromagnetica. Se selezioniamo l'area S (Fig. 4), orientata perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda, allora in breve tempo t l'energia ДWem scorrerà attraverso l'area pari a

Wem = (wэ + wм) хSДt.

Quando si passa da un mezzo all'altro, la frequenza dell'onda non cambia.

Le onde elettromagnetiche possono essere assorbite dalla materia. Ciò è dovuto all'assorbimento risonante di energia da parte di particelle cariche di materia. Se la frequenza naturale delle oscillazioni delle particelle dielettriche differisce notevolmente dalla frequenza dell'onda elettromagnetica, l'assorbimento avviene debolmente e il mezzo diventa trasparente all'onda elettromagnetica.

Arrivando all'interfaccia tra due mezzi, parte dell'onda viene riflessa e parte passa in un altro mezzo, rifrangendosi. Se il secondo mezzo è un metallo, l'onda che è passata nel secondo mezzo decade rapidamente e la maggior parte dell'energia (specialmente per le oscillazioni a bassa frequenza) viene riflessa nel primo mezzo (i metalli sono opachi alle onde elettromagnetiche).

Propagandosi nei media, le onde elettromagnetiche, come qualsiasi altra onda, possono sperimentare rifrazione e riflessione all'interfaccia tra media, dispersione, assorbimento, interferenza; quando si propagano in mezzi disomogenei, si osservano diffrazione delle onde, dispersione delle onde e altri fenomeni.

Segue dalla teoria di Maxwell che le onde elettromagnetiche dovrebbero esercitare una pressione su un corpo assorbente o riflettente. La pressione della radiazione elettromagnetica è spiegata dal fatto che sotto l'azione del campo elettrico dell'onda, nella sostanza sorgono correnti deboli, cioè il movimento ordinato di particelle cariche. Queste correnti sono influenzate dalla forza di Ampere dal lato del campo magnetico dell'onda, diretto nello spessore della sostanza. Questa forza crea la pressione risultante. Di solito la pressione della radiazione elettromagnetica è trascurabile. Quindi, ad esempio, la pressione della radiazione solare che arriva sulla Terra su una superficie assolutamente assorbente è di circa 5 μPa.

I primi esperimenti per determinare la pressione di radiazione sui corpi riflettenti e assorbenti, che hanno confermato la conclusione della teoria di Maxwell, sono stati condotti dall'eccezionale fisico dell'Università di Mosca P.N. Lebedev nel 1900. La scoperta di un effetto così piccolo richiese da lui una straordinaria ingegnosità e abilità nell'impostare e condurre un esperimento. Nel 1900 fu in grado di misurare la leggera pressione sui solidi e nel 1910 sui gas. La parte principale del P.I. Per misurare la pressione della luce, Lebedev ha utilizzato dischi luminosi di 5 mm di diametro sospesi da un filo elastico (Fig. 5) all'interno di un recipiente evacuato.

Figura 5 - Esperimento P.I. Lebedeva

I dischi erano realizzati con una varietà di metalli e potevano essere sostituiti durante gli esperimenti. La luce di un forte arco elettrico veniva diretta sui dischi. Come risultato dell'esposizione alla luce sui dischi, il filamento si è attorcigliato e i dischi sono stati deviati. I risultati degli esperimenti di P.I. Lebedev erano pienamente coerenti con la teoria elettromagnetica di Maxwell ed erano di grande importanza per la sua approvazione.

L'esistenza della pressione delle onde elettromagnetiche ci consente di concludere che un impulso meccanico è inerente al campo elettromagnetico.Questa relazione tra la massa e l'energia del campo elettromagnetico in un'unità di volume è una legge universale della natura. Secondo la teoria della relatività ristretta, è vero per tutti i corpi, indipendentemente dalla loro natura e struttura interna.

Poiché la pressione dell'onda luminosa è molto piccola, non gioca un ruolo significativo nei fenomeni che incontriamo nella vita di tutti i giorni. Ma nello spazio e nei sistemi microscopici di scale opposte, il ruolo di questo effetto aumenta notevolmente. Pertanto, l'attrazione gravitazionale degli strati esterni di materia di ciascuna stella verso il centro è bilanciata da una forza, a cui un contributo significativo è dato dalla pressione della luce proveniente dalle profondità della stella verso l'esterno. Nel microcosmo, la pressione della luce si manifesta, ad esempio, nel fenomeno del rinculo luminoso di un atomo. È sperimentato da un atomo eccitato quando emette luce.

La pressione della luce svolge un ruolo significativo nei fenomeni astrofisici, in particolare nella formazione di code di comete, stelle, ecc. La pressione della luce raggiunge un valore significativo nei punti di focalizzazione della radiazione di potenti generatori di luce quantistica (laser). Pertanto, la pressione della radiazione laser focalizzata sulla superficie di una sottile piastra metallica può portare alla sua rottura, cioè alla comparsa di un foro nella piastra. Pertanto, il campo elettromagnetico ha tutte le caratteristiche dei corpi materiali: energia, velocità finita di propagazione, quantità di moto, massa. Ciò suggerisce che il campo elettromagnetico è una delle forme di esistenza della materia.