Tehnoloogilisel arengul on ka varjukülg. Erinevate elektritoitel seadmete ülemaailmne kasutamine on põhjustanud reostust, millele on antud nimi elektromagnetiline müra. Selles artiklis vaatleme selle nähtuse olemust, selle mõju inimkehale ja kaitsemeetmeid.
Mis see on ja kiirgusallikad
Elektromagnetkiirgus on elektromagnetlained, mis tekivad magnet- või elektrivälja häirimisel. Kaasaegne füüsika tõlgendab seda protsessi laine-osakeste duaalsuse teooria raames. See tähendab, et elektromagnetkiirguse minimaalne osa on kvant, kuid samal ajal on sellel sageduslaine omadused, mis määravad selle peamised omadused.
Elektromagnetvälja kiirguse sageduste spekter võimaldab meil liigitada selle järgmistesse tüüpidesse:
- raadiosagedus (sealhulgas raadiolained);
- termiline (infrapuna);
- optiline (st silmaga nähtav);
- kiirgus ultraviolettspektris ja kõva (ioniseeritud).
Spektrivahemiku (elektromagnetilise kiirguse skaala) üksikasjalik illustratsioon on näha alloleval joonisel.
Kiirgusallikate olemus
Sõltuvalt nende päritolust liigitatakse elektromagnetlainete kiirgusallikad maailmapraktikas tavaliselt kahte tüüpi, nimelt:
- kunstliku päritoluga elektromagnetvälja häired;
- looduslikest allikatest pärinev kiirgus.
Maad ümbritsevast magnetväljast lähtuv kiirgus, elektrilised protsessid meie planeedi atmosfääris, tuumasüntees päikese sügavustes – need kõik on looduslikku päritolu.
Mis puutub kunstlikesse allikatesse, siis need on erinevate elektriliste mehhanismide ja seadmete tööst põhjustatud kõrvalmõju.
Neist lähtuv kiirgus võib olla madala ja kõrge tasemega. Elektromagnetvälja kiirguse intensiivsus sõltub täielikult allikate võimsustasemetest.
Kõrge EMR-i tasemega allikate näited on järgmised:
- Elektriliinid on tavaliselt kõrgepingelised;
- kõik elektritranspordi liigid, samuti sellega kaasnev infrastruktuur;
- tele- ja raadiotornid, samuti mobiil- ja mobiilsidejaamad;
- paigaldised elektrivõrgu pinge muundamiseks (eelkõige trafost või jaotusalajaamast lähtuvad lained);
- liftid ja muud tüüpi tõsteseadmed, mis kasutavad elektromehaanilist elektrijaama.
Tüüpiliste madala tasemega kiirgust kiirgavate allikate hulka kuuluvad järgmised elektriseadmed:
- peaaegu kõik CRT-ekraaniga seadmed (näiteks: makseterminal või arvuti);
- erinevat tüüpi kodumasinad, triikraudadest kliimaseadmeteni;
- insenerisüsteemid, mis tagavad erinevate objektide elektrivarustuse (see hõlmab mitte ainult toitekaableid, vaid ka nendega seotud seadmeid, nagu pistikupesad ja elektriarvestid).
Eraldi tasub esile tõsta spetsiaalset meditsiinis kasutatavat kõvakiirgust kiirgavat aparatuuri (röntgeniseadmed, MRI jne).
Mõju inimestele
Arvukate uuringute käigus on radiobioloogid jõudnud pettumust valmistavale järeldusele - elektromagnetlainete pikaajaline kiirgus võib põhjustada haiguste "plahvatuse", see tähendab, et see põhjustab inimkehas patoloogiliste protsesside kiiret arengut. Pealegi põhjustavad paljud neist häireid geneetilisel tasandil.
Video: kuidas elektromagnetkiirgus inimesi mõjutab.
https://www.youtube.com/watch?v=FYWgXyHW93Q
See on tingitud asjaolust, et elektromagnetväljal on kõrge bioloogiline aktiivsus, mis mõjutab elusorganisme negatiivselt. Mõjutegur sõltub järgmistest komponentidest:
- toodetud kiirguse olemus;
- kui kaua ja millise intensiivsusega see jätkub.
Elektromagnetilise iseloomuga kiirguse mõju inimeste tervisele sõltub otseselt asukohast. See võib olla kas kohalik või üldine. Viimasel juhul toimub ulatuslik kokkupuude, näiteks elektriliinide tekitatud kiirgus.
Vastavalt sellele viitab kohalik kiiritamine kokkupuutele teatud kehapiirkondadega. Elektromagnetilised lained, mis lähtuvad elektroonilisest kellast või mobiiltelefonist, on ere näide kohalikust mõjust.
Eraldi on vaja märkida kõrgsagedusliku elektromagnetkiirguse termiline mõju elusainele. Väljaenergia muundatakse soojusenergiaks (molekulide vibratsiooni tõttu on see efekt erinevate ainete soojendamiseks kasutatavate tööstuslike mikrolainekiirguse emitterite töö aluseks). Erinevalt selle eelistest tootmisprotsessides võib termiline mõju inimkehale olla kahjulik. Radiobioloogilisest seisukohast ei ole soovitatav viibida “soojade” elektriseadmete läheduses.
Tuleb arvestada, et igapäevaelus puutume regulaarselt kokku kiirgusega ja seda mitte ainult tööl, vaid ka kodus või linnas liikudes. Aja jooksul bioloogiline mõju koguneb ja tugevneb. Elektromagnetilise müra suurenedes suureneb aju või närvisüsteemi iseloomulike haiguste arv. Pange tähele, et radiobioloogia on üsna noor teadus, seega pole elektromagnetkiirguse poolt elusorganismidele tekitatavat kahju põhjalikult uuritud.
Joonisel on kujutatud tavapäraste kodumasinate tekitatud elektromagnetlainete taset.
Pange tähele, et väljatugevuse tase väheneb kaugusega oluliselt. See tähendab, et selle mõju vähendamiseks piisab, kui liikuda allikast teatud kaugusele.
Elektromagnetvälja kiirguse normi (standardiseerimise) arvutamise valem on täpsustatud asjakohastes GOST-ides ja SanPiN-ides.
Kiirguskaitse
Tootmises kasutatakse kiirguse eest kaitsmiseks aktiivselt neelavaid (kaitse)ekraane. Kahjuks ei ole selliste seadmetega kodus võimalik end elektromagnetvälja kiirguse eest kaitsta, kuna see pole selleks mõeldud.
- elektromagnetvälja kiirguse mõju vähendamiseks peaaegu nullini tuleks eemalduda elektriliinidest, raadio- ja teletornidest vähemalt 25 meetri kaugusele (arvestada tuleb allika võimsust);
- kineskoopkuvarite ja telerite puhul on see kaugus palju väiksem - umbes 30 cm;
- Elektroonilisi kellasid ei tohiks asetada padja lähedale, nende optimaalne kaugus on üle 5 cm;
- Mis puutub raadiotesse ja mobiiltelefonidesse, siis ei ole soovitatav neid lähemale kui 2,5 sentimeetrit tuua.
Pange tähele, et paljud teavad, kui ohtlik on kõrgepingeliinide kõrval seista, kuid enamik inimesi ei omista tavalisi kodumasinaid oluliseks. Kuigi piisab, kui asetada süsteemiüksus põrandale või viia see kaugemale, ja kaitsete ennast ja oma lähedasi. Soovitame teil seda teha ja seejärel mõõta tausta arvutist elektromagnetvälja kiirgusdetektori abil, et selgelt kontrollida selle vähenemist.
See nõuanne kehtib ka külmiku paigutamise kohta, mis on praktiline, kuid ebaturvaline.
Ükski tabel ei näita täpset ohutut kaugust konkreetsest elektriseadmest, kuna kiirgus võib olenevalt seadme mudelist ja tootjariigist erineda. Hetkel ei ole ühtset rahvusvahelist standardit, seega võivad eri riikide standardid oluliselt erineda.
Kiirguse intensiivsust saab täpselt määrata spetsiaalse seadme - fluxmeter - abil. Venemaal vastuvõetud standardite kohaselt ei tohiks maksimaalne lubatud doos ületada 0,2 µT. Mõõtmisi soovitame teha korteris, kasutades ülalmainitud elektromagnetvälja kiirguse astme mõõtmise seadet.
Fluxmeter - seade elektromagnetvälja kiirgusastme mõõtmiseks Püüdke vähendada kiirgusega kokkupuute aega, st ärge viibige pikka aega töötavate elektriseadmete läheduses. Näiteks pole üldse vaja toidu valmistamise ajal pidevalt elektripliidi või mikrolaineahju juures seista. Elektriseadmete osas võite märgata, et soe ei tähenda alati ohutut.
Lülitage elektriseadmed alati välja, kui neid ei kasutata. Inimesed jätavad sageli erinevad seadmed sisse lülitamata, arvestamata sellega, et sel ajal tuleb elektriseadmetest elektromagnetkiirgust. Lülitage oma sülearvuti, printer või muud seadmed välja, ärge laske end uuesti kiirgusega kokku puutuda;
Elektromagnetlained (mille tabel on toodud allpool) on ruumis jaotatud magnet- ja elektriväljade häired. Neid on mitut tüüpi. Füüsika uurib neid häireid. Elektromagnetlained tekivad tänu sellele, et vahelduv elektriväli tekitab magnetvälja, mis omakorda tekitab elektrilise.
Uurimise ajalugu
Esimesed teooriad, mida võib pidada elektromagnetlaineid puudutavate hüpoteeside vanimateks versioonideks, pärinevad vähemalt Huygensi ajast. Selle perioodi jooksul saavutasid eeldused märkimisväärse kvantitatiivse arengu. Huygens avaldas 1678. aastal teooria "visandi" - "Traktaat valgusest". 1690. aastal avaldas ta veel ühe tähelepanuväärse teose. Selles kirjeldati kvalitatiivset peegelduse ja murdumise teooriat sellisel kujul, nagu see on tänapäevani kooliõpikutes (“Elektromagnetlained”, 9. klass).
Samal ajal sõnastati Huygensi põhimõte. Tema abiga sai võimalikuks uurida lainefrondi liikumist. See põhimõte leidis hiljem oma arengu Fresneli töödes. Huygensi-Fresneli printsiip oli difraktsiooniteoorias ja valguse laineteoorias eriti oluline.
1660.–1670. aastatel andsid Hooke ja Newton suure eksperimentaalse ja teoreetilise panuse uurimistöösse. Kes avastas elektromagnetlained? Kes korraldas katsed nende olemasolu tõestamiseks? Mis tüüpi elektromagnetlaineid on olemas? Sellest lähemalt hiljem.
Maxwelli põhjendus
Enne kui rääkida sellest, kes avastas elektromagnetlained, tuleks öelda, et esimene teadlane, kes üldiselt ennustas nende olemasolu, oli Faraday. Oma hüpoteesi esitas ta 1832. aastal. Seejärel töötas Maxwell teooria ülesehitamise kallal. 1865. aastaks lõpetas ta selle töö. Selle tulemusena sõnastas Maxwell teooria rangelt matemaatiliselt, põhjendades vaadeldavate nähtuste olemasolu. Ta määras ka elektromagnetlainete levimiskiiruse, mis langes kokku tollal kasutatud valguse kiiruse väärtusega. See omakorda võimaldas tal põhjendada hüpoteesi, et valgus on üks vaadeldavatest kiirgusliikidest.
Eksperimentaalne tuvastamine
Maxwelli teooria leidis kinnitust Hertzi katsetes 1888. aastal. Siinkohal olgu öeldud, et saksa füüsik tegi oma katsed teooria ümberlükkamiseks, hoolimata selle matemaatilisest põhjendusest. Tänu oma katsetele avastas Hertz aga esimesena praktiliselt elektromagnetlaineid. Lisaks tegi teadlane oma katsete käigus kindlaks kiirguse omadused ja omadused.
Hertz saavutas elektromagnetilised võnkumised ja lained, ergutades vibraatoris kõrgepingeallika abil kiiresti muutuva vooluga impulsside seeriat. Kõrgsageduslikke voolusid saab tuvastada vooluringi abil. Mida suurem on mahtuvus ja induktiivsus, seda suurem on võnkesagedus. Kuid samal ajal ei taga kõrge sagedus intensiivset voolu. Oma katsete läbiviimiseks kasutas Hertz üsna lihtsat seadet, mida tänapäeval nimetatakse "Hertzi vibraatoriks". Seade on avatud tüüpi võnkeahel.
Hertzi katse skeem
Kiirguse registreerimine viidi läbi vastuvõtva vibraatori abil. Sellel seadmel oli sama disain kui kiirgaval seadmel. Elektrilise vahelduvvälja elektromagnetlaine mõjul ergutati vastuvõtvas seadmes voolu võnkumine. Kui selles seadmes langesid selle loomulik sagedus ja voolu sagedus kokku, ilmnes resonants. Selle tulemusena tekkisid vastuvõtvas seadmes häired suurema amplituudiga. Teadlane avastas need, jälgides sädemeid juhtide vahel väikeses vahes.
Nii avastas Hertz esimesena elektromagnetlained ja tõestas nende võimet juhtidelt hästi peegelduda. Ta praktiliselt põhjendas seisva kiirguse teket. Lisaks määras Hertz elektromagnetlainete levimiskiiruse õhus.
Omaduste uuring
Elektromagnetlained levivad peaaegu kõigis keskkondades. Ainega täidetud ruumis võib kiirgus mõnel juhul üsna hästi jaotuda. Kuid samal ajal muudavad nad mõnevõrra oma käitumist.
Elektromagnetlained vaakumis tuvastatakse ilma sumbumiseta. Need on jaotatud mis tahes, ükskõik kui suure vahemaa peale. Lainete peamised omadused hõlmavad polarisatsiooni, sagedust ja pikkust. Omadusi kirjeldatakse elektrodünaamika raames. Spetsiifilisemad füüsikaharud tegelevad aga kiirguse omadustega spektri teatud piirkondades. Nende hulka kuuluvad näiteks optika.
Kõva elektromagnetilise kiirguse uurimist lühilaine spektriotsas teostab suure energiaga sektsioon. Võttes arvesse kaasaegseid ideid, lakkab dünaamika olemast iseseisev distsipliin ja ühendatakse ühe teooriaga.
Omaduste uurimisel kasutatavad teooriad
Tänapäeval on erinevaid meetodeid, mis hõlbustavad võnkumiste ilmingute ja omaduste modelleerimist ja uurimist. Kvantelektrodünaamikat peetakse testitud ja lõpetatud teooriatest kõige fundamentaalsemaks. Sellest on teatud lihtsustustega võimalik saada allpool loetletud meetodeid, mida kasutatakse laialdaselt erinevates valdkondades.
Suhteliselt madala sagedusega kiirguse kirjeldamine makroskoopilises keskkonnas toimub klassikalise elektrodünaamika abil. See põhineb Maxwelli võrranditel. Rakendustes on aga lihtsustusi. Optiline uuring kasutab optikat. Laineteooriat kasutatakse juhtudel, kui mõned optilise süsteemi osad on lainepikkustele lähedased. Kvantoptikat kasutatakse siis, kui footonite hajumise ja neeldumise protsessid on olulised.
Geomeetriline optiline teooria on piirav juhtum, mille puhul võib lainepikkust ignoreerida. Samuti on mitu rakenduslikku ja põhilist osa. Nende hulka kuuluvad näiteks astrofüüsika, visuaalse taju ja fotosünteesi bioloogia ning fotokeemia. Kuidas elektromagnetlaineid klassifitseeritakse? Allpool on esitatud tabel, mis näitab selgelt jaotust rühmadesse.
Klassifikatsioon
On olemas elektromagnetlainete sagedusvahemikud. Nende vahel pole teravaid üleminekuid, mõnikord kattuvad need üksteisega. Piirid nende vahel on üsna meelevaldsed. Tänu sellele, et vool jaotub pidevalt, on sagedus rangelt seotud pikkusega. Allpool on toodud elektromagnetlainete vahemikud.
Ultralühike kiirgus jaguneb tavaliselt mikromeetriks (submillimeetriks), millimeetriks, sentimeetriks, detsimeetriks, meetriks. Kui elektromagnetkiirgus on alla meetri, nimetatakse seda tavaliselt ülikõrgsageduslikuks võnkumiseks (mikrolaine).
Elektromagnetlainete tüübid
Ülal on elektromagnetlainete vahemikud. Mis tüüpi vooge on olemas? Rühma kuuluvad gamma- ja röntgenikiirgus. Olgu öeldud, et nii ultraviolettkiirgus kui ka nähtav valgus on võimelised aatomeid ioniseerima. Piirid, mille sees gamma- ja röntgenikiirgus asuvad, määratakse väga tinglikult. Üldjuhisena on aktsepteeritavad piirid 20 eV - 0,1 MeV. Gamma voogusid kitsas tähenduses kiirgab tuum, röntgenikiirguse vooge elektronide aatomi kest madalal asuvatelt orbiitidelt elektronide väljalöömise käigus. Kuid see klassifikatsioon ei kehti kõva kiirguse suhtes, mis tekib ilma tuumade ja aatomite osaluseta.
Röntgenikiirguse vood tekivad laetud kiirete osakeste (prootonid, elektronid jt) aeglustumisel ja aatomi elektronkestade sees toimuvate protsesside tulemusena. Gamma võnkumised tekivad aatomite tuumades toimuvate protsesside tulemusena ja elementaarosakeste muundumisel.
Raadio vood
Pikkuste suure väärtuse tõttu saab neid laineid käsitleda ilma keskkonna atomistlikku struktuuri arvesse võtmata. Erandina toimivad ainult kõige lühemad vood, mis külgnevad spektri infrapunapiirkonnaga. Raadioulatuses ilmnevad vibratsioonide kvantomadused üsna nõrgalt. Sellegipoolest tuleb neid arvesse võtta näiteks molekulaarsete aja- ja sagedusstandardite analüüsimisel seadmete jahutamisel mitme kelvini temperatuurini.
Kvantomadusi võetakse arvesse ka generaatorite ja võimendite kirjeldamisel millimeetri- ja sentimeetrivahemikus. Raadiovoog tekib vahelduvvoolu liikumisel läbi vastava sagedusega juhtide. Ja kosmoses mööduv elektromagnetlaine ergastab vastava laine. Seda omadust kasutatakse raadiotehnika antennide projekteerimisel.
Nähtavad niidid
Ultraviolett- ja infrapunakiirgus moodustavad selle sõna laiemas tähenduses spektri nn optilise osa. Selle ala valiku ei määra mitte ainult vastavate tsoonide lähedus, vaid ka uurimistöös kasutatud ja eelkõige nähtava valguse uurimisel välja töötatud instrumentide sarnasus. Nende hulka kuuluvad eelkõige peeglid ja läätsed kiirguse fokuseerimiseks, difraktsioonivõred, prismad ja muud.
Optiliste lainete sagedused on võrreldavad molekulide ja aatomite sagedustega ning nende pikkused on võrreldavad molekulidevaheliste kauguste ja molekulide suurusega. Seetõttu muutuvad selles valdkonnas oluliseks nähtused, mis on põhjustatud aine aatomistruktuurist. Samal põhjusel on valgusel koos laineomadustega ka kvantomadused.
Optiliste voogude tekkimine
Kõige kuulsam allikas on Päike. Tähe pinna (fotosfääri) temperatuur on 6000° Kelvinit ja see kiirgab eredat valget valgust. Pideva spektri kõrgeim väärtus asub "rohelises" tsoonis - 550 nm. Siin asub ka maksimaalne visuaalne tundlikkus. Kehade kuumutamisel tekivad optilises vahemikus võnkumised. Seetõttu nimetatakse infrapunavoogusid ka soojusvoogudeks.
Mida rohkem keha kuumeneb, seda suurem on sagedus, kus asub spektri maksimum. Teatud temperatuuri tõusuga täheldatakse hõõgumist (hõõgumine nähtavas vahemikus). Sel juhul ilmub kõigepealt punane, seejärel kollane jne. Optiliste voogude loomine ja salvestamine võib toimuda bioloogilistes ja keemilistes reaktsioonides, millest ühte kasutatakse fotograafias. Enamiku Maal elavate olendite jaoks on fotosüntees energiaallikas. See bioloogiline reaktsioon toimub taimedes optilise päikesekiirguse mõjul.
Elektromagnetlainete omadused
Söötme ja allika omadused mõjutavad voogude omadusi. See määrab eelkõige väljade sõltuvuse ajast, mis määrab voolu tüübi. Näiteks kui kaugus vibraatorist muutub (kui see suureneb), muutub kõverusraadius suuremaks. Selle tulemusena moodustub tasapinnaline elektromagnetlaine. Ka koostoime ainega toimub erineval viisil.
Voogude neeldumise ja emissiooni protsesse saab reeglina kirjeldada klassikaliste elektrodünaamiliste suhete abil. Optilise piirkonna lainete ja kõvade kiirte puhul tuleks nende kvantloomust veelgi enam arvesse võtta.
Voogesituse allikad
Vaatamata füüsikalisele erinevusele on kõikjal - radioaktiivses aines, televisioonisaatjas, hõõglambis - elektromagnetlaineid ergastavad elektrilaengud, mis liiguvad kiirendusega. Allikaid on kahte peamist tüüpi: mikroskoopilised ja makroskoopilised. Esimeses toimub laetud osakeste järsk üleminek molekulide või aatomite sees ühelt tasemelt teisele.
Mikroskoopilised allikad kiirgavad röntgen-, gamma-, ultraviolett-, infrapuna-, nähtavat ja mõnel juhul ka pikalainelist kiirgust. Viimase näiteks on vesiniku spektri joon, mis vastab 21 cm lainepikkusele. See nähtus on raadioastronoomias eriti oluline.
Makroskoopilised allikad on emitterid, milles juhtide vabad elektronid teostavad perioodilisi sünkroonseid võnkumisi. Selle kategooria süsteemides genereeritakse voolud millimeetriskaalast kõige pikemani (elektriliinides).
Voolude struktuur ja tugevus
Kiirendatud ja perioodiliselt muutuvad voolud mõjutavad üksteist teatud jõududega. Suund ja nende suurus sõltuvad sellistest teguritest nagu voolude ja laengute piirkonna suurus ja konfiguratsioon, nende suhteline suund ja suurus. Olulist mõju avaldavad ka konkreetse keskkonna elektrilised omadused, samuti muutused laengute kontsentratsioonis ja lähtevoolude jaotuses.
Ülesande püstituse üldise keerukuse tõttu on võimatu esitada jõudude seadust ühe valemi kujul. Struktuur, mida nimetatakse elektromagnetväljaks ja mida peetakse vajaduse korral matemaatiliseks objektiks, määratakse laengute ja voolude jaotusega. See omakorda on loodud antud allika poolt, võttes arvesse piirtingimusi. Tingimused määravad interaktsioonitsooni kuju ja materjali omadused. Kui me räägime piiramatust ruumist, siis need asjaolud lisanduvad. Kiirgusseisund toimib sellistel juhtudel erilise lisatingimusena. Tänu sellele on tagatud välja käitumise “õigsus” lõpmatuses.
Uuringu kronoloogia
Lomonosov näeb mõnes oma sättes ette elektromagnetvälja teooria üksikuid postulaate: osakeste "pöörd" (pöörlemine) liikumine, valguse "võnkuv" (laine)teooria, selle ühisosa elektri olemusega jne. Infrapuna voolud avastas 1800. aastal Herschel (inglise teadlane) ja järgmisel, 1801. aastal, kirjeldas Ritter ultraviolettkiirgust. Ultraviolettkiirgusest lühema ulatusega kiirguse avastas Roentgen 1895. aastal, 8. novembril. Seejärel sai see nime X-ray.
Elektromagnetlainete mõju on uurinud paljud teadlased. Esimesena uuris voogude võimalusi ja rakendusala aga Narkevitš-Jodko (Valgevene teadlane). Ta uuris voogude omadusi seoses praktilise meditsiiniga. Gammakiirguse avastas Paul Willard 1900. aastal. Samal perioodil viis Planck läbi musta keha omaduste teoreetilisi uuringuid. Õppimise käigus avastas ta protsessi kvantloomuse. Tema töö tähistas arengu algust. Seejärel avaldati mitu Plancki ja Einsteini teost. Nende uurimistöö viis sellise kontseptsiooni nagu footon kujunemiseni. See omakorda pani aluse elektromagnetvoogude kvantteooria loomisele. Selle areng jätkus kahekümnenda sajandi juhtivate teadustegelaste töödes.
Elektromagnetilise kiirguse kvantteooria ja selle vastasmõju ainega edasised uuringud ja töö viisid lõpuks kvantelektrodünaamika kujunemiseni sellisel kujul, nagu see praegu eksisteerib. Seda küsimust uurinud silmapaistvate teadlaste hulgas tuleks lisaks Einsteinile ja Planckile nimetada Bohr, Bose, Dirac, de Broglie, Heisenberg, Tomonaga, Schwinger, Feynman.
Järeldus
Füüsika tähtsus tänapäeva maailmas on üsna suur. Peaaegu kõik, mida tänapäeval inimelus kasutatakse, ilmus tänu suurte teadlaste uuringute praktilisele kasutamisele. Eelkõige elektromagnetlainete avastamine ja nende uurimine viisid tavapäraste ja seejärel mobiiltelefonide raadiosaatjate loomiseni. Selliste teoreetiliste teadmiste praktiline rakendamine on eriti oluline meditsiini, tööstuse ja tehnoloogia valdkonnas.
Selline laialdane kasutamine on tingitud teaduse kvantitatiivsest olemusest. Kõik füüsikalised katsed põhinevad mõõtmistel, uuritavate nähtuste omaduste võrdlemisel olemasolevate standarditega. Just selleks on distsipliini raames välja töötatud mõõteriistade ja ühikute kompleks. Mitmed mustrid on ühised kõikidele olemasolevatele materjalisüsteemidele. Näiteks energia jäävuse seadusi peetakse üldisteks füüsikalisteks seadusteks.
Teadust tervikuna nimetatakse paljudel juhtudel fundamentaalseks. See on tingitud ennekõike sellest, et teised distsipliinid pakuvad kirjeldusi, mis omakorda järgivad füüsikaseadusi. Seega uuritakse keemias aatomeid, neist moodustunud aineid ja muundumisi. Kuid kehade keemilised omadused määravad molekulide ja aatomite füüsikalised omadused. Need omadused kirjeldavad selliseid füüsikaharusid nagu elektromagnetism, termodünaamika jt.
Põhilised esseed FOSI eksamiks valmistumiseks.
Esineb rühma ZI-22 õpilane Sahau Azat.
7) Elektromagnetlained.
Elektromagnetlainete olemasolu ennustas teoreetiliselt Maxwell. Elektromagnetlained avastas ja uuris eksperimentaalselt Hertz.
Elektromagnetlainete peamised omadused on:
imendumine;
hajumine;
murdumine;
peegeldus;
sekkumine;
difraktsioon;
polarisatsioon;
Elektromagnetlained ja nende omadused.
Elektromagnetlaine on muutuvate elektri- ja magnetväljade levimise protsess ruumis.
Elektromagnetlainete olemasolu ennustas inglise füüsik Michael Faraday. 1831. aastal avastas Faraday elektromagnetilise induktsiooni fenomeni – elektrivoolu ergastamise suletud juhtivas ahelas, mis paikneb vahelduvas magnetväljas. Ta on elektromagnetnähtuste doktriini rajaja, milles vaadeldakse elektrilisi ja magnetnähtusi ühest vaatenurgast. Faraday tõestas arvukate katsete abil, et elektrilaengute ja voolude mõju ei sõltu nende valmistamise meetodist.
Elektri- ja magnetväljade vastastikused teisendused
Maxwelli teooria kohaselt tekitab elektrivälja muutus igas ruumipunktis vahelduva keerise magnetvälja, mille magnetilise induktsiooni vektorid B asetsevad elektrivälja tugevusvektoriga E risti oleval tasapinnal. Seda mustrit väljendavat mehaanilist võrrandit nimetatakse Maxwelli esimeseks võrrandiks. Magnetvälja induktsiooni muutumine aja jooksul tekitab vahelduva keerise elektrivälja, mille intensiivsusvektorid E asuvad tasapinnal, mis on risti vektoriga B. Seda mustrit kirjeldavat matemaatilist võrrandit nimetatakse Maxwelli teiseks võrrandiks. Maxwelli võrrandist järeldub, et suvalises punktis tekkiv magnet- (või elektri-) välja ajamuutus liigub ühest punktist teise ja toimuvad nende väljade vastastikused teisendused, s.t. toimub elektromagnetiliste vastastikmõjude levik ruumis.
1865. aastal tõestas J. Maxwell teoreetiliselt, et elektromagnetilised võnked levivad vaakumis lõppkiirusega, mis on võrdne valguse kiirusega: c = 3 * 10^8 m/s.
1888. aastal avastas elektromagnetlained esmakordselt eksperimentaalselt saksa füüsik Heinrich Hertz (1857-1894), mis mängis otsustavat rolli Maxwelli elektromagnetlainete teooria loomisel.
Seega on elektromagnetlained elektromagnetilised võnked, mis levivad ruumis piiratud kiirusega.
Elektromagnetlaine pikkus on kaugus kahe lähima punkti vahel, mille juures toimuvad võnked samades faasides.
kus on lainepikkus; c on valguse kiirus vaakumis; T - võnkeperiood; v - võnkesagedus. Valguse kiirus vaakumis c = 3 * 10^8 m/s.
Kui elektromagnetlained levivad mõnes teises keskkonnas, muutub laine kiirus ja lainepikkus 
, kus u on laine kiirus keskkonnas. Atmosfääris võib praktiliselt eeldada, et kiirus on võrdne valguse kiirusega vaakumis.
Elektromagnetlaine kiirus u keskkonnas määratakse Maxwelli valemiga:
kus e on keskkonna suhteline dielektriline konstant ja keskkonna suhteline magnetiline läbilaskvus.
Elektromagnetlainete levimise kiirus antud keskkonnas langeb kokku valguse kiirusega selles keskkonnas, mis on valguse elektromagnetilise olemuse üks põhjendus.
Elektromagnetlainete peamine omadus on nende võnkesagedus v (ehk periood T). Lainepikkus l muutub ühest keskkonnast teise üleminekul, samas kui sagedus jääb muutumatuks. Elektromagnetlained on ristlained.
Elektromagnetlainete levik on seotud energia ülekandmisega laine elektromagnetväljast, mis kandub edasi laine levimise suunas, s.o. vektori v suunas. Koos energiaga on elektromagnetlainel impulss. Kui laine neeldub, kandub selle hoog üle objektile, mis seda neelab.
Sellest järeldub, et neeldumisel avaldab elektromagnetlaine barjäärile survet.
Elektromagnetilise kiirguse I voo tihedus (elektromagnetlaine intensiivsus) on aja t jooksul kiirtega risti oleva pindala S läbiva elektromagnetilise energia W suhe ala S ja aja t korrutisesse:
kus W on piirkonna S pinna läbinud elektromagnetiline energia aja t jooksul.
Elektromagnetilise kiirguse I intensiivsuse mõõtühik on vatt meetri kohta [W/m].
Kiirgusvoo tihedus (elektromagnetlaine intensiivsus) võrdub elektromagnetilise energia tiheduse ja selle levimiskiiruse korrutisega:
kus on magnetkonstant SI-s.
Elektromagnetlaine intensiivsus on võrdeline elektromagnetvälja vektorite E ja B absoluutväärtuste korrutise keskmise väärtusega, s.o. võrdeline pinge E ruuduga:
Elektromagnetlained on vahelduva elektromagnetvälja levimise protsess ruumis. Teoreetiliselt ennustas elektromagnetlainete olemasolu inglise teadlane Maxwell 1865. aastal ja esimest korda sai need katseliselt Saksa teadlane Hertz 1888. aastal.
Maxwelli teooriast järgige valemeid, mis kirjeldavad vektorite võnkumisi ja. Tasapinnaline monokromaatiline elektromagnetlaine, mis levib piki telge x, kirjeldatakse võrranditega
Siin E Ja H- hetkväärtused ja E m ja H m - elektri- ja magnetvälja tugevuse amplituudi väärtused, ω - ringsagedus, k- laine number. Vektorid ja võnkuvad sama sageduse ja faasiga, on üksteisega risti ja lisaks risti vektoriga - laine levimise kiirus (joon. 3.7). See tähendab, et elektromagnetlained on risti.
Vaakumis liiguvad elektromagnetlained kiirusega. Dielektrilise konstandiga keskkonnas ε ja magnetiline läbilaskvus µ elektromagnetlaine levimiskiirus on võrdne:
Elektromagnetiliste võnkumiste sagedus ja ka lainepikkus võivad põhimõtteliselt olla kõik. Lainete klassifitseerimist sageduse (või lainepikkuse) järgi nimetatakse elektromagnetlainete skaalaks. Elektromagnetlained jagunevad mitut tüüpi.
Raadiolained mille lainepikkus on 10 3 kuni 10 -4 m.
Kerged lained sisaldab:
Röntgenikiirgus - 
.
Valguslained on elektromagnetlained, mis hõlmavad spektri infrapuna-, nähtavat ja ultraviolettkiirgust. Valguse lainepikkused vaakumis, mis vastavad nähtava spektri põhivärvidele, on toodud allolevas tabelis. Lainepikkus on antud nanomeetrites.
Tabel
Valguslainetel on samad omadused mis elektromagnetlainetel.
1. Valguslained on risti.
2. Vektorid ja võnkuvad valguslaines.
Kogemused näitavad, et kõikvõimalikud mõjud (füsioloogilised, fotokeemilised, fotoelektrilised jne) on põhjustatud elektrivektori võnkumisest. Teda kutsutakse valguse vektor .
Valgusvektori amplituud E m on sageli tähistatud tähega A ja võrrandi (3.30) asemel kasutatakse võrrandit (3.24).
3. Valguse kiirus vaakumis.
Valguslaine kiirus keskkonnas määratakse valemiga (3.29). Kuid läbipaistva kandja (klaas, vesi) puhul on see tavaline.
Valguslainete puhul võetakse kasutusele absoluutse murdumisnäitaja mõiste.
Absoluutne murdumisnäitaja on valguse kiiruse vaakumis ja valguse kiiruse suhe antud keskkonnas
Alates (3.29), võttes arvesse asjaolu, et läbipaistva meedia jaoks saame kirjutada võrdsuse.
Vaakumi jaoks ε = 1 ja n= 1. Iga füüsilise keskkonna jaoks n> 1. Näiteks vee jaoks n= 1,33, klaasi jaoks. Kõrgema murdumisnäitajaga keskkonda nimetatakse optiliselt tihedamaks. Absoluutsete murdumisnäitajate suhet nimetatakse suhteline murdumisnäitaja:
4. Valguslainete sagedus on väga kõrge. Näiteks lainepikkusega punase valguse jaoks.
Kui valgus liigub ühest keskkonnast teise, siis valguse sagedus ei muutu, küll aga muutuvad kiirus ja lainepikkus.
Vaakumi jaoks - ; keskkonna jaoks - , siis
Seega on valguse lainepikkus keskkonnas võrdne vaakumis oleva valguse lainepikkuse ja murdumisnäitaja suhtega
5. Kuna valguslainete sagedus on väga kõrge 
, siis vaatleja silm ei erista üksikuid vibratsioone, vaid tajub keskmisi energiavooge. See tutvustab intensiivsuse mõistet.
Intensiivsus on laine poolt ülekantud keskmise energia suhe ajaperioodi ja laine levimissuunaga risti oleva ala pindala:
Kuna laineenergia on võrdeline amplituudi ruuduga (vt valem (3.25)), on intensiivsus võrdeline amplituudi ruudu keskmise väärtusega
Valguse intensiivsuse tunnus, võttes arvesse selle võimet tekitada visuaalseid aistinguid, on valgusvoog - F .
6. Valguse laineline olemus avaldub näiteks sellistes nähtustes nagu interferents ja difraktsioon.
Iga kord, kui elektrivool muudab oma sagedust või suunda, tekitab see elektromagnetlaineid – elektri- ja magnetjõuväljade võnkumisi ruumis. Üheks näiteks on raadiosaatja antennis muutuv vool, mis tekitab kosmoses levivate raadiolainete rõngaid.
Elektromagnetlaine energia sõltub selle pikkusest - kahe külgneva "tipu" vahelisest kaugusest. Mida lühem on lainepikkus, seda suurem on selle energia. Elektromagnetlained jaotatakse pikkuse järgi kahanevas järjekorras raadiolaineteks, infrapunakiirguseks, nähtavaks valguseks, ultraviolettkiirguseks, röntgeni- ja gammakiirguseks. Gammakiirguse lainepikkus ei ulatu isegi saja miljardiku meetrini, samas kui raadiolainete pikkus võib olla kilomeetrites.
Elektromagnetlained levivad ruumis valguse kiirusega ning nende elektri- ja magnetvälja jõujooned paiknevad üksteise ja laine liikumissuunaga täisnurga all.
Elektromagnetlained kiirgavad kahesuunalise raadiojaama saateantennist välja järk-järgult laienevate ringidena, sarnaselt sellele, kuidas lained teevad kivikese tiiki kukkumisel. Antennis olev vahelduv elektrivool tekitab elektri- ja magnetväljadest koosnevaid laineid.
Elektromagnetlaine ahel
Elektromagnetlaine liigub sirgjooneliselt ning selle elektri- ja magnetväli on energiavooluga risti.
Elektromagnetlainete murdumine
Täpselt nagu valgus, murduvad kõik elektromagnetlained, kui nad sisenevad ainesse mis tahes muu nurga kui täisnurga all.
Elektromagnetlainete peegeldumine
Kui elektromagnetlained langevad metallist paraboolsele pinnale, fokusseeritakse need punkti.
Elektromagnetlainete tõus
saateantennist lähtuvate elektromagnetlainete valemuster tuleneb ühest elektrivoolu võnkumisest. Kui vool liigub mööda antenni üles, suunatakse elektriväli (punased jooned) ülalt alla ja magnetväli (rohelised jooned) vastupäeva. Kui vool muudab suunda, juhtub sama elektri- ja magnetväljaga.