Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα και τα χαρακτηριστικά τους

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι το είδος του φαινομένου φωτός που μας δίνει τη δυνατότητα να δούμε το γενικό περιβάλλον μας. Υπάρχουν διάφοροι τύποι ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Μερικά από αυτά είναι υπέρυθρες ακτίνες, μικροκύματα, ακτίνες γάμμα, υπεριώδεις ακτίνες κ.λπ. Κάθε κύμα έχει ένα διακριτικό χαρακτηριστικό – εύρος συχνότητας και μήκους κύματος. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται σε διαφορετικούς τομείς.

Ο Maxwell ήταν ο πρώτος ερευνητής που ανακάλυψε την παρουσία ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Αυτά τα κύματα παράγονται και ανιχνεύθηκαν από τον Hertz. Αργότερα, ο επιστήμονας JC Bose παρήγαγε ένα ηλεκτρομαγνητικό εύρος μήκους κύματος από 5 mm έως 25 mm. Επιτυχής μετάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έως και λίγα χιλιόμετρα έκανε το Μακαρόνι.

Em Waves και η πηγή παραγωγής τους-

Ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα είναι ένα μοναδικό κύμα με τρία συστατικά – το μαγνητικό πεδίο (Β), το ηλεκτρικό πεδίο (Ε) και την κατεύθυνση της κίνησης του κύματος (x).

Τα επιταχυνόμενα και τα ταλαντευόμενα φορτία παράγουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Τα κύματα δημιουργούνται λόγω δονήσεων μεταξύ ενός ηλεκτρικού πεδίου και ενός μαγνητικού πεδίου. Αυτά τα κύματα αποτελούνται από συνιστώσα ηλεκτρικού πεδίου Ε και μαγνητικό πεδίο Β. Τόσο το Ε όσο και το Β είναι κάθετα μεταξύ τους. Η διάκριση σταδίου μεταξύ των δύο πεδίων είναι μηδέν.

Η κατεύθυνση διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων μπορεί να αναπαρασταθεί ως-

Ε Β ( Διασταυρούμενο προϊόν ηλεκτρικού πεδίου και μαγνητικού πεδίου).

Το πλάτος του ηλεκτρικού πεδίου και του μαγνητικού πεδίου σχετίζονται μεταξύ τους ως-

Β 0 =cE 0

Όπου Eo και Bo είναι μέγιστες τιμές διανυσμάτων ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου και c είναι η ταχύτητα του φωτός

Χαρακτηριστικά-

Μερικά από τα εξέχοντα χαρακτηριστικά των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι-

• Αυτά τα κύματα δεν απαιτούν υλικό ή μέσο για διάδοση.

•  Η ταχύτητα του ηλεκτρομαγνητικού κύματος σε ένα μέσο καθορίζεται από τις ηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες του μέσου και όχι από την επάρκεια του διανύσματος ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου. Η ταχύτητα ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος σε ένα μέσο μπορεί να υπολογιστεί με-

c =1/√μ o ε o

μ o είναι η επιτρεπτότητα του ελεύθερου χώρου,

∴ c =E o /B 0

• Στον ελεύθερο χώρο, αυτά τα κύματα ταξιδεύουν με ταχύτητα ίση με το φως. (ταχύτητα φωτός c =3×108 m/s)

• Η ενέργεια που μεταφέρεται από τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα κατανέμεται ομοίως μεταξύ ηλεκτρικού πεδίου και μαγνητικού πεδίου και το απόλυτο τυπικό εύρος ζώνης ενέργειας μπορεί να προσδιοριστεί ως-

U Ε =(½) ε o Ε ² =(¼) ε o Ε ²o

• Το διάνυσμα ηλεκτρικού πεδίου ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος παράγει ένα οπτικό αποτέλεσμα και ως εκ τούτου είναι γνωστό ως παράγοντας φωτός.
  
  • Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα μεταφέρουν ενέργεια όπως ακριβώς και η δύναμη

p =U/c  ,

p =  ορμή

U =  ενέργεια που μεταφέρεται από ηλεκτρομαγνητικό κύμα σε ελεύθερο χώρο

c =  ταχύτητα ηλεκτρομαγνητικού κύματος σε ελεύθερο χώρο

Τύποι Em Waves- 

Η ακριβής ταξινόμηση των ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών, όπως υποδεικνύεται από την επανεμφάνισή τους ή το μήκος κύματος τους, ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική περιοχή. Δεν υπάρχει απόλυτος διαχωρισμός μεταξύ του ενός κύματος και του άλλου και η ομαδοποίηση έχει γίνει αποκλειστικά για το πώς δημιουργούνται ή διακρίνονται αυτά τα κύματα.

•  Ραδιοκύματα-

• Παράγεται από επιταχυνόμενη κίνηση φορτίων σε αγώγιμα σύρματα
• Το εύρος συχνοτήτων είναι 500 kHz έως 1000 MHz
• Το εύρος μήκους κύματος είναι  10-2 μέτρα έως 104 μέτρα
• Ανακλώνται διάθλαση και διάθλαση
• Αυτά τα κύματα έχουν διάφορες λειτουργίες-

• • Χρησιμοποιείται στην επικοινωνία κυμάτων ουρανού
  • Χρησιμοποιείται σε τηλεοράσεις
  • Χρησιμοποιείται για επικοινωνία FM
  • Χρησιμοποιείται στην επικοινωνία κινητής τηλεφωνίας
  • Χρησιμοποιείται στη διάδοση κυμάτων εδάφους
    
    

•  Φούρνοι μικροκυμάτων-

• Παράγεται από ειδικούς σωλήνες κενού όπως μαγνητρόνια, δίοδοι Gunn κ.λπ.
• Το εύρος συχνοτήτων είναι από 1 GHz έως 300 GHz
• Χρησιμοποιείται σε-
  • Σύστημα ραντάρ για πλοήγηση αεροσκαφών
  • Εντοπισμός ταχύτητας μπάλας τένις, μπάλας κρίκετ, αυτοκινήτων
  • Φούρνοι μικροκυμάτων

•  Κύματα υπερύθρων- 

• Παράγεται από ένα καυτό σώμα που οφείλεται σε δονήσεις ατόμων και μορίων
• Δεν μπορεί να εντοπιστεί από το ανθρώπινο μάτι
• Απορροφούνται εύκολα από το νερό, το διοξείδιο του άνθρακα, την αμμωνία κ.λπ. 
• Το εύρος συχνοτήτων είναι 10 11 Hz έως 1014 Hz
• Το εύρος μήκους κύματος είναι από 1 m έως 700 mm
• Εντοπίστηκε από θερμόφιλα, υπέρυθρο φωτογραφικό φιλμ
• Η χρήση αυτών των κυμάτων είναι-

• •  Λαμπτήρας υπέρυθρης ακτινοβολίας που χρησιμοποιείται στη φυσικοθεραπεία ή στη θεραπεία της μυϊκής καταπόνησης
  •  Παρέχετε ηλεκτρική ενέργεια σε έναν δορυφόρο χρησιμοποιώντας ηλιακές κυψέλες
  •  Τραβήξτε φωτογραφίες κατά τη διάρκεια της ομίχλης και του καπνού
  •  Για τη μελέτη της μοριακής δομής λαμβάνοντας το φάσμα απορρόφησης υπέρυθρων
    
    

•  Ορατό φως- 

• Παράγεται από ατομική διέγερση
• Το εύρος συχνοτήτων είναι 4*1014 Hz έως 7*1014 Hz
• Το εύρος μήκους κύματος είναι 700 nm και 400 nm
• Μπορεί να ανιχνευθεί από μάτια, φωτοκύτταρα, φωτογραφικά φιλμ
  
  

•  Υπεριώδεις ακτίνες- 

• Παράγεται από τον ήλιο, ειδικούς λαμπτήρες και πολύ ζεστά σώματα
• Το εύρος συχνοτήτων είναι 8 ✕1014 Hz έως 5*10 16 Hz
• Το εύρος μήκους κύματος είναι από 400 nm έως 0,6 nm
• Εάν παράγεται σε μεγάλη ποσότητα, τότε μπορεί να είναι επιβλαβές για τον άνθρωπο

•  Ακτινογραφίες-

• Παράγεται σε ένα σωλήνα που ονομάζεται σύγχρονος σωλήνας ακτίνων Χ
• Το εύρος συχνοτήτων είναι 1016 Hz έως 1021 Hz
• Το εύρος μήκους κύματος είναι 10 nm έως 10 -4 nm
• Ανιχνεύεται από φωτογραφικό φιλμ, σωλήνες Geiger και θάλαμο ιονισμού
• Χρησιμοποιείται σε- 

• Εντοπισμός   βλαβών,  ρωγμών,  ελαττωμάτων και αναστολών στη μηχανική
• Ανίχνευση μαργαριταριών σε στρείδια,  ελάττωμα σε ελαστικά από καουτσούκ και χρυσό

•  Ακτίνες γάμμα- 

• Παράγονται σε πυρηνικές αντιδράσεις και εκπέμπονται από ραδιενεργούς πυρήνες
• Το εύρος συχνοτήτων είναι από 10 18 Hz έως 1022 Hz
• Το μήκος κύματος είναι <10-3 nm
• Δείχνουν φωσφορισμό,  φθορισμό,  πόλωση και περίθλαση
• Έχουν πολύ υψηλή διεισδυτική ισχύ
• Χρησιμοποιούνται στη θεραπεία του καρκίνου
• Παρέχουν πληροφορίες σχετικά με την πυρηνική δομή

Συμπέρασμα

Η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των διαφόρων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων έγκειται στα μήκη κύματος και τις συχνότητές τους, αφού όλα ταξιδεύουν μέσα από ένα κενό με την ίδια ταχύτητα. Τα κύματα διαφέρουν επίσης σημαντικά στον τρόπο αλληλεπίδρασής τους με την ύλη. Ως εκ τούτου, σύμφωνα με το μήκος κύματος και τις συχνότητες, τα διαφορετικά ηλεκτρομαγνητικά κύματα οργανώνονται με το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.