Što su elektromagnetski valovi?

Elektromagnetski valovi su, prema fizici, među najtajanstvenijim. U njima energija zapravo nestaje nigdje, ona se pojavljuje niotkuda. Niti jedan drugi takav objekt ne postoji u cijeloj znanosti. Kako se događaju sve ove divne interkonverzije?

Maxwell elektrodinamika

Sve je počelo s činjenicom da je znanstvenik Maxwell u dalekoj 1865. godini, oslanjajući se na Faradejev rad, izveden iz jednadžbe elektromagnetskog polja. Sam Maxwell je vjerovao da njegove jednadžbe opisuju torziju i napetost valova u zraku. Dvadeset i tri godine kasnije Hertz je eksperimentalno stvorio takve poremećaje u mediju, te ih je bilo moguće ne samo uskladiti s jednadžbama elektrodinamike, nego i dobiti zakone koji reguliraju širenje tih poremećaja. Postojala je znatiželjna tendencija da se proglase bilo kakvi poremećaji koji su po prirodi elektromagnetski, Hertzovi valovi. Međutim, ta zračenja nisu jedino sredstvo prijenosa energije.

Bežična komunikacija

Do danas, moguće opcije za implementaciju takvih bežičnih komunikacija uključuju:

- elektrostatičko povezivanje, također poznato kao kapacitivna spojka;

- indukcija;

- struja;

- Teslin spoj, tj. Spajanje valova elektronske gustoće preko provodnih površina;

- najširi raspon najčešćih nosača, koji se nazivaju elektromagnetski valovi - od ultra niskih frekvencija do gama zračenja.

Vrijedi razmotriti ove vrste komunikacije detaljnije.

Elektrostatička spojka

Dvije dipole povezane su električnim silama u prostoru, što je posljedica Coulombovog zakona. Ovaj tip veze razlikuje se od elektromagnetskih valova sposobnošću povezivanja dipola kada su u jednoj liniji. S rastućim udaljenostima, sila spajanja izumire, a postoji i jak utjecaj različitih smetnji.

Indukcijska spojka

Temeljeno na magnetnim induktivnim zalutalim poljima. Promatrano između objekata koji imaju induktivnost. Njegova primjena je prilično ograničena zbog kratkog dometa.

Trenutna komunikacija

Zbog struja rasipanja u vodljivom okruženju može doći do određene interakcije. Ako struje prolaze kroz stezaljke (par kontakata), te iste struje mogu se detektirati na znatnoj udaljenosti od kontakata. To je ono što se naziva efekt širenja struja.

Teslina veza

Poznati fizičar Nikola Tesla izumio je vezu uz pomoć valova na vodljivoj površini. Ako se na nekom mjestu ravnine ometa gustoća nosača naboja, tada će se ti nosači početi kretati, što će vratiti ravnotežu. Budući da nositelji imaju inercijalnu prirodu, restauracija je priroda valova.

Elektromagnetska spojka

Emisija elektromagnetskih valova je vrlo dalekog dometa, jer je njihova amplituda obrnuto proporcionalna udaljenosti do izvora. Upravo je ova metoda bežične komunikacije postala najrasprostranjenija. Ali što su elektromagnetski valovi? Prvo morate napraviti malu digresiju u povijest njihova otkrića.

Kako su se pojavili "elektromagnetski valovi"?

Sve je počelo 1829., kada je američki fizičar Henry otkrio poremećaje električnih pražnjenja u pokusima s Leydenovim bankama. Godine 1832. fizičar Faraday predložio je postojanje takvog procesa kao što su elektromagnetski valovi. Maxwell je 1865. godine stvorio svoje poznate jednadžbe elektromagnetizma. Krajem devetnaestog stoljeća bilo je mnogo uspješnih pokušaja stvaranja bežičnih komunikacija korištenjem elektrostatičkih i elektromagnetska indukcija. Poznati izumitelj Edison izumio je sustav koji je omogućio putnicima u željezničkom prometu da šalju i primaju telegrame dok se vlak kretao. Godine 1888. G. Hertz je nedvosmisleno dokazao da se elektromagnetski valovi pojavljuju pomoću uređaja koji se naziva vibrator. Hertz je shvatio iskustvo prijenosa elektromagnetskog signala na daljinu. Godine 1890. inženjer i fizičar Branly iz Francuske izumio je uređaj za snimanje elektromagnetskog zračenja. Nakon toga je ovaj uređaj nazvan "radio dirigent" (coherer). U godinama 1891-1893 Nikola Tesla je opisao osnovne principe implementacije prijenosa signala na velike udaljenosti i patentirao antenu stupa, koja je bila izvor elektromagnetskih valova. Daljnja postignuća u proučavanju valova i tehničkoj realizaciji njihove proizvodnje i upotrebe pripadaju poznatim fizičarima i izumiteljima kao što su Popov, Marconi, de Mors, Lodge, Mirhead i mnogi drugi.

Pojam "elektromagnetski val"

Elektromagnetski val je fenomen koji se širi u prostoru s određenom konačnom brzinom i predstavlja izmjenično električno i magnetsko polje. Budući da su magnetska i električna polja neraskidivo međusobno povezana, tvore elektromagnetsko polje. Također se može reći da je elektromagnetski val polje perturbacija, a za vrijeme njegovog širenja, energija koju ima magnetsko polje pretvara se u energiju električnog polja i natrag, prema Maxwell-ovoj elektrodinamici. Vanjski je to slično širenju bilo kojeg drugog vala u bilo kojem drugom mediju, međutim, postoje značajne razlike.

Razlika elektromagnetskih valova od drugih?

Energija elektromagnetskih valova distribuira se u prilično nerazumljivom okruženju. Da bi se usporedili ovi valovi i bilo koji drugi, potrebno je razumjeti kakvu vrstu medija razmnožavanja. Pretpostavlja se da unutar-atomski prostor ispunjava električni eter - specifičan medij, koji je apsolutni dielektrik. Svi valovi tijekom propagacije pokazuju prijelaz kinetičke energije u potencijal i obrnuto. U isto vrijeme, za te energije, maksimum u vremenu i prostoru pomaknut je jedan prema drugome za jednu četvrtinu ukupnog razdoblja valova. Prosječna energija valova u isto vrijeme je zbroj potencijala i kinetička energija je konstanta. Ali s elektromagnetskim valovima situacija je drugačija. Energetska i magnetska i električna polja istovremeno dosežu maksimalne vrijednosti.

Kako nastaje elektromagnetski val?

Stvar elektromagnetskog vala je električno polje (eter). Pokretno polje je strukturirano i sastoji se od energije njezina kretanja i električne energije samog polja. stoga potencijalne energije Valovi su povezani kinetičkim i faznim. Priroda elektromagnetskog vala je periodično električno polje koje je u stanju kretanje naprijed u prostoru i kretanju brzinu svjetlosti.

Pristranost struja

Postoji još jedan način da se objasni što su elektromagnetski valovi. Pretpostavlja se da se struje pristranosti pojavljuju u zraku tijekom kretanja neujednačenih električnih polja. Oni nastaju, naravno, samo za fiksnog vanjskog promatrača. U trenutku kada takav parametar kako jakost električnog polja dosegne svoj maksimum, struja pristranosti u određenoj točki prostora će se zaustaviti. Prema tome, uz minimalnu napetost, dobiva se suprotna slika. Ovaj pristup pojašnjava valnu prirodu elektromagnetskog zračenja, budući da se energija električnog polja pomiče za četvrtinu razdoblja u odnosu na struje pristranosti. Tada možemo reći da se električna perturbacija, ili bolje rečeno perturbacijska energija, pretvara u energiju struje pristranosti i nazad i propagira valovito u dielektričnom mediju.