MGA ELECTROMAGNETIC WAVES: TEORYA, URI, KATANGIAN NG MAXWELL - PISIKAL - 2025

Ang mga electromagnetic waves ay mga transverse waves na tumutugma sa mga patlang na sanhi ng pinabilis na singil sa kuryente. Ang ika-19 na siglo ay ang siglo ng mahusay na pagsulong sa koryente at magnetism, ngunit hanggang sa unang kalahati nito, ang mga siyentipiko ay hindi pa rin nalalaman ang kaugnayan sa pagitan ng dalawang kababalaghan, na naniniwala sa kanila na independiyente sa bawat isa.

Ang pisikong pisiko ng Scottish na si James Clerk Maxwell (1831-1879) ang nagpatunay sa mundo na ang kuryente at magnetismo ay dalawa lamang sa magkatulad na barya. Ang parehong mga phenomena ay malapit na nauugnay.

Isang bagyo. Pinagmulan: Pixabay.

Teoryang Maxwell

Pinagsama ni Maxwell ang teorya ng koryente at magnetism sa 4 na matikas at maigsi na mga equation, ang mga hula na kung saan ay malapit nang kumpirmahin:

Ano ang katibayan na mayroon si Maxwell upang mabuo ang kanyang teorya ng electromagnetic?

Ito ay isang katotohanan na ang mga electric currents (gumagalaw na singil) ay gumagawa ng mga magnetic field, at sa pagliko ng isang variable na magnetic field ay nagmula sa mga electric currents sa conductive circuit, na magpahiwatig na ang isang variable na magnetic field ay nagpapahiwatig ng isang electric field.

Posible kaya ang reverse phenomenon? Ang variable na mga patlang na kuryente ay may kakayahang makabuo ng mga magnetic field sa pagliko?

Si Maxwell, isang alagad ng Michael Faraday, ay kumbinsido sa pagkakaroon ng mga simetrya sa kalikasan. Ang parehong mga de-koryenteng at magnetic na mga penomena ay kailangang sumunod din sa mga prinsipyong ito.

Ayon sa researcher na ito, ang mga oscillating na patlang ay makakalikha ng mga kaguluhan sa parehong paraan na ang isang bato na itinapon sa isang lawa ay bumubuo ng mga alon. Ang mga kaguluhan na ito ay walang iba kundi ang pag-oscillating electric at magnetic na mga patlang, na tiyak na tinawag ni Maxwell na mga electromagnetic waves.

Mga hula ni Maxwell

Ang mga equation ng Maxwell ay hinulaang ang pagkakaroon ng mga electromagnetic waves na may bilis ng pagpapalaganap na katumbas ng bilis ng ilaw. Ang prediksyon ay nakumpirma makalipas ang ilang sandali pagkatapos ng piling ng Aleman na si Heinrich Hertz (1857 - 1894), na pinamamahalaan ang mga alon na ito sa kanyang laboratoryo gamit ang isang circuit ng LC. Nangyari ito sandali pagkamatay ni Maxwell.

Upang mapatunayan ang kawastuhan ng teorya, kinailangan ni Hertz na magtayo ng isang aparato ng detektor na nagpapahintulot sa kanya na mahanap ang haba ng haba at dalas, ang data na kung saan maaari niyang kalkulahin ang bilis ng mga radio radio electromagnetic, kasabay ng bilis ng ilaw. .

Ang gawain ni Maxwell ay natanggap na may pag-aalinlangan ng pamayanang pang-agham sa oras na iyon. Marahil ito ay bahagyang dahil ang Maxwell ay isang napakatalino na dalub-agbilang at ipinakita ang kanyang teorya sa lahat ng pormalidad ng kaso, na maraming hindi nabigo.

Gayunpaman, ang eksperimento ni Hertz ay napakatalino at nakakahimok. Ang kanilang mga resulta ay mahusay na natanggap at ang mga pagdududa tungkol sa katotohanan ng mga hula ni Maxwell ay tinanggal.

Kasalukuyang paglalagay

Ang kasalukuyang pag-aalis ay ang paglikha ng Maxwell, na nagmula sa isang malalim na pagsusuri sa batas ni Ampere, na nagsasaad na:

Ang isang baterya ay naniningil ng isang kapasitor. Ang mga ibabaw ng S (solidong linya) at S 'at ang contour C ay ipinapakita upang ilapat ang batas ni Ampere. Pinagmulan: nabago mula sa Pixabay.

Samakatuwid, ang termino sa kanan sa batas ni Ampere, na nagsasangkot sa kasalukuyan, ay hindi bawal at ni ang miyembro ay nasa kaliwa. Agad na konklusyon: mayroong isang magnetic field.

Mayroon bang magnetic field sa S '?

Gayunpaman, walang kasalukuyang tumatawid o tumatawid sa hubog na ibabaw S ', na may parehong tabas C, dahil ang ibabaw na ito ay sumasaklaw sa bahagi ng kung ano ang nasa puwang sa pagitan ng mga plato ng pampalapot, na maaari nating ipalagay ay ang hangin o ibang sangkap di-kondaktibo.

Sa rehiyon na iyon ay walang conductive material na kung saan ang anumang kasalukuyang daloy. Dapat itong alalahanin na para sa isang kasalukuyang daloy, dapat na sarado ang circuit. Dahil ang kasalukuyang ay zero, ang integral sa kaliwa sa batas ni Ampere ay 0. Walang magnetic field noon, mayroon ba?

Talagang may pagkakasalungatan. S 'ay limitado rin sa pamamagitan ng curve C at ang pagkakaroon ng magnetic field ay hindi dapat nakasalalay sa ibabaw na kung saan ang mga limitasyon ng C.

Maxwell nalutas ang salungatan sa pamamagitan ng nagpapakilala ang konsepto ng pag-aalis kasalukuyang i _D .

Kasalukuyang paglalagay

Habang singilin ang kapasitor, ang isang variable na larangan ng kuryente ay umiiral sa pagitan ng mga plato at kasalukuyang dumadaloy sa conductor. Kapag ang singil ng kapasitor, ang kasalukuyang sa conductor ay huminto at isang palagiang patlang ng kuryente ay itinatag sa pagitan ng mga plato.

Pagkatapos ay ibinahagi ni Maxwell na, na nauugnay sa variable na larangan ng kuryente, dapat mayroong isang kasalukuyang tinatawag na isang pag-aalis sa kasalukuyang _{D o D} , isang kasalukuyang hindi kasangkot sa paggalaw ng singil. Para sa ibabaw S 'ito ay may bisa:

Ang electric kasalukuyang ay hindi isang vector, bagaman ito ay may kalakasan at kahulugan. Mas angkop na maiugnay ang mga patlang sa isang dami na vector: ang kasalukuyang density J , na ang kadakilaan ay ang quotient sa pagitan ng kasalukuyan at sa lugar na kung saan ay ipinapasa. Ang mga yunit ng kasalukuyang density sa International System ay amperes / m ² .

Sa mga tuntunin ng vector na ito, ang density ng pag-aalis sa ngayon ay:

Sa ganitong paraan, kapag ang batas ni Ampere ay inilalapat sa tabas C at ang ibabaw ng S ay ginagamit, i _C ang kasalukuyang sa pamamagitan nito. Sa kabilang dako, i _C ay hindi tumatawid sa S ', ngunit ginagawa ko _D.

Nalutas ang ehersisyo

Bilis sa isang naibigay na daluyan

Sa isang naibigay na daluyan, posible na ipakita na ang bilis ng mga electromagnetic waves ay ibinibigay ng expression:

Saan ang ε at μ ang magkakaparehong permittivity at permeability ng medium na pinag-uusapan.

Halaga ng paggalaw

Ang isang electromagnetic radiation na may enerhiya U ay may kaugnay na momentum p na ang kalakhan ay: p = U / c.

Mga uri ng mga electromagnetic waves

Ang mga electromagnetic waves ay may napakalawak na hanay ng mga haba ng haba at dalas. Ang mga ito ay pinagsama-sama sa kung ano ang kilala bilang electromagnetic spectrum, na nahahati sa mga rehiyon, na kung saan ay pinangalanan sa ibaba, na nagsisimula sa pinakamahabang haba ng haba ng haba ng haba:

Mga alon sa radyo

Matatagpuan sa pinakamataas na haba ng haba at pinakamababang dulo ng dalas, saklaw sila mula sa ilan hanggang sa isang bilyong Hertz. Ang mga ito ay ginagamit upang magpadala ng isang signal na may impormasyon ng iba't ibang uri at nakukuha ng mga antenna. Ang telebisyon, radyo, mobiles, planeta, bituin at iba pang mga katawan ng kalangitan ay nag-broadcast sa kanila at maaari silang makuha.

Microwave oven

Matatagpuan sa ultra high (UHF), sobrang mataas (SHF) at napakataas (EHF) na dalas, saklaw sila sa pagitan ng 1 GHz at 300 GHz.Hindi tulad ng mga nauna na maaaring masukat hanggang sa isang milya (1.6 km), mga microport Saklaw sila mula sa ilang sentimetro hanggang 33 cm.

Ibinigay ang kanilang posisyon sa spectrum, sa pagitan ng 100,000 at 400,000 nm, ginagamit ang mga ito upang maihatid ang data sa mga frequency na hindi nakagambala ng mga alon ng radyo. Para sa kadahilanang ito, inilalapat ang mga ito sa teknolohiya ng radar, mga cell phone, oven sa kusina, at mga solusyon sa computer.

Ang pag-oscillation nito ay ang produkto ng isang aparato na kilala bilang isang magnetron, na kung saan ay isang uri ng malagkit na lukab na mayroong 2 disk magnet sa mga dulo. Ang larangan ng electromagnetic ay nabuo sa pamamagitan ng pagpabilis ng mga electron mula sa katod.

Infrared ray

Ang mga heat heat na ito ay inilalabas ng mga thermal body, ilang uri ng mga laser, at light-emitting diode. Bagaman may posibilidad silang mag-overlap sa mga radio radio at microwaves, ang kanilang saklaw ay nasa pagitan ng 0.7 at 100 micrometer.

Ang mga entidad na madalas na gumagawa ng init na maaaring makita ng mga goggles sa gabi at balat. Madalas silang ginagamit para sa mga malayuang kontrol at mga espesyal na sistema ng komunikasyon.

Nakikitang liwanag

Sa referral division ng spectrum nakita namin ang maliwanag na ilaw, na may haba ng haba ng haba ng haba ng 0.4 at 0.8 micrometer. Ang kinikilala natin ay ang mga kulay ng bahaghari, kung saan ang pinakamababang dalas ay nailalarawan sa pula at ang pinakamataas sa pamamagitan ng lila.

Ang mga halaga ng haba nito ay sinusukat sa nanometer at Angstrom, kumakatawan ito sa isang napakaliit na bahagi ng buong spectrum at ang saklaw na ito ay kinabibilangan ng pinakamalaking dami ng radiation na inilabas ng araw at mga bituin. Bilang karagdagan, ito ay produkto ng pagpabilis ng mga electron sa mga paglilipat ng enerhiya.

Ang aming pang-unawa sa mga bagay ay batay sa nakikitang radiation na bumagsak sa isang bagay at pagkatapos ay sa mga mata. Pagkatapos ay binibigyang kahulugan ng utak ang mga dalas na nagbibigay ng kulay at mga detalye na naroroon sa mga bagay.

Mga sinag ng ultraviolet

Ang mga ripples ay nasa saklaw ng 4 at 400 nm, sila ay nabuo ng araw at iba pang mga proseso na naglalabas ng malaking halaga ng init. Ang pangmatagalang pagkakalantad sa mga maikling alon na ito ay maaaring maging sanhi ng mga pagkasunog at ilang mga uri ng cancer sa mga nabubuhay na bagay.

Dahil ang mga ito ay produkto ng mga jumps ng mga electron sa nasasabik na mga molekula at atomo, ang kanilang enerhiya ay kasangkot sa mga reaksyon ng kemikal at ginagamit sila sa gamot upang i-sterilize. Sila ay may pananagutan para sa ionoseph dahil ang ozon layer ay pinipigilan ang mga nakasisirang epekto nito sa mundo.

X-ray

Ang pagtatalaga na ito ay dahil sa ang katunayan na sila ay hindi nakikita ng mga electromagnetic na alon na may kakayahang dumaan sa mga kalawakan na katawan at paggawa ng mga photographic na mga kopya. Matatagpuan sa pagitan ng 10 at 0.01 nm (30 hanggang 30,000 PHz), ang mga ito ay ang resulta ng mga electron na tumatalon mula sa mga orbit sa mabibigat na mga atomo.

Ang mga ray na ito ay maaaring mailabas ng corona, pulsars, supernovae, at itim na butas dahil sa kanilang malaking dami ng enerhiya. Ang kanilang matagal na pagkakalantad ay nagiging sanhi ng cancer at ginagamit sila sa larangan ng medikal upang makakuha ng mga imahe ng mga istraktura ng buto.

Sinag ng Gamma

Matatagpuan sa matinding kaliwa ng spectrum, ang mga ito ay ang mga alon na may pinakamataas na dalas at karaniwang nangyayari sa mga itim na butas, supernovae, pulsars at mga bituin ng neutron. Maaari rin silang maging bunga ng fission, pagsabog ng nuklear at kidlat.

Yamang nabuo sila ng mga proseso ng pag-stabilize sa atomic nucleus pagkatapos ng mga radioactive emissions, nakamamatay sila. Ang kanilang haba ng daluyong ay subatomiko, na nagpapahintulot sa kanila na dumaan sa mga atomo. Ang mga ito ay nasisipsip pa rin ng kapaligiran ng Earth.

Mga application ng iba't ibang mga electromagnetic waves

Ang mga electromagnetic waves ay may parehong pagmuni-muni at pagmuni-muni ng mga katangian tulad ng mga mechanical waves. At kasama ang enerhiya na kanilang ipinaglalaki, maaari rin silang magdala ng impormasyon.

Dahil dito, ang iba't ibang uri ng mga electromagnetic waves ay inilapat sa isang malaking bilang ng mga iba't ibang mga gawain. Dito makikita natin ang ilan sa mga pinakakaraniwan.

Electromagnetic spectrum at ilan sa mga aplikasyon nito. Pinagmulan: Tatoute at Phrood

Mga alon sa radyo

Ilang sandali matapos na natuklasan, pinatunayan ni Guglielmo Marconi na maaari silang maging isang mahusay na tool sa komunikasyon. Dahil ang kanilang natuklasan ni Hertz, ang mga wireless na komunikasyon sa mga frequency sa radyo tulad ng AM at FM radio, telebisyon, cell phone, at marami pa, ay naging lalong laganap sa buong mundo.

Microwave oven

Maaari itong magamit upang magpainit ng pagkain, dahil ang tubig ay isang molekulang dipole na may kakayahang tumugon sa mga pag-oscillating electric field. Ang pagkain ay naglalaman ng mga molekula ng tubig, na kapag nakalantad sa mga patlang na ito, nagsisimulang mag-oscillate at magkabanggaan sa bawat isa. Ang nagresultang epekto ay ang pag-init.

Maaari rin silang magamit sa telecommunication, dahil sa kanilang kakayahang maglakbay sa kapaligiran na may hindi gaanong pagkagambala kaysa sa iba pang mga alon na may higit na haba ng haba.

Infrared na alon

Ang pinaka-katangian na aplikasyon ng infrared ay mga aparato ng pangitain sa gabi. Ginagamit din ang mga ito sa komunikasyon sa pagitan ng mga aparato at sa mga diskarte sa spectroskopiko para sa pag-aaral ng mga bituin, mga ulap ng gasolina sa interstellar, at mga exoplanet.

Maaari rin silang lumikha ng mga mapa ng temperatura ng katawan, na ginagamit upang makilala ang ilang mga uri ng mga bukol na ang temperatura ay mas mataas kaysa sa nakapalibot na mga tisyu.

Nakikitang liwanag

Ang nakikitang ilaw ay bumubuo ng isang malaking bahagi ng spectrum na inilabas ng Araw, kung saan tumugon ang retina.

Mga sinag ng ultraviolet

Ang mga sinag ng ultraviolet ay may sapat na enerhiya upang makipag-ugnay sa bagay na malaki, kaya ang patuloy na pagkakalantad sa radiation na ito ay nagdudulot ng napaaga na pag-iipon at pinatataas ang panganib ng pagbuo ng kanser sa balat.

X-ray at gamma ray

Ang mga sinag ng X-ray at gamma ay may higit na enerhiya at samakatuwid ay may kakayahang tumagos ng malambot na mga tisyu, samakatuwid, halos mula sa sandali ng kanilang natuklasan, nasanay na sila upang masuri ang mga bali at suriin ang panloob ng katawan sa paghahanap ng mga sakit. .

Ang mga X-ray at gamma ray ay ginagamit hindi lamang bilang isang tool na diagnostic, ngunit bilang isang therapeutic tool para sa pagkasira ng mga tumor.

Mga Sanggunian

1. Giancoli, D. (2006). Pisika: Mga Prinsipyo na may Aplikasyon. Ika-anim na Edisyon. Prentice Hall. 628-637.
2. Rex, A. (2011). Mga Batayan ng Pisika. Pearson. 503-512.
3. Sears, F. (2015). Pamantika sa Unibersidad na may Makabagong Pisika. Ika-14 na Edisyon. Pearson. 1053-1057.