Клітка фарадея своїми руками
Майкл Фарадей був відомим англійським вченим-експериментатором, який подарував світові такі геніальні винаходи, як…
Електромагнітні хвилі, якщо вірити фізики, є одними з найбільш загадкових. У них енергія фактично зникає в нікуди, з`являється незрозуміло звідки. Більше жодного такого подібного об`єкта немає у всій науці. Як же відбуваються всі ці чудові взаємоперетворення?
А почалося все з того, що вчений Максвелл в далекому 1865 році, спираючись на роботи Фарадея, вивів рівняння електромагнітного поля. Сам Максвелл вважав, що його рівняння описували кручення і натяг хвиль в ефірі. Через двадцять три роки Герц експериментально створив такі обурення в середовищі, причому вдалося не тільки узгодити їх з рівняннями електродинаміки, а й отримати закони, що керують поширенням цих збурень. Виникла цікава тенденція оголошувати будь-які обурення, які мають електромагнітний характер, хвилями Герца. Однак ці випромінювання - не єдиний спосіб здійснення передачі енергії.
На сьогоднішній день до можливих варіантів здійснення подібної бездротового зв`язку відносять:
- електростатичну зв`язок, яку також називається ємнісний;
- індукційну;
- струмовий;
- зв`язок Тесли, тобто зв`язок хвиль електронної щільності по проводять поверхнях;
- найширший спектр найбільш поширених носіїв, які називаються електромагнітні хвилі - від наднизьких частот до гамма-випромінювання.
Варто розглянути ці види зв`язку більш докладно.
Два диполя є пов`язаними електричними силами в просторі, що є наслідком закону Кулона. Від електромагнітних хвиль даний тип зв`язку відрізняється можливістю зв`язати диполі при розташуванні їх на одній лінії. Зі збільшенням відстаней сила зв`язку загасає, а також спостерігається сильний вплив різних перешкод.
Заснована на магнітних полях розсіювання індуктивності. Спостерігається між об`єктами, які мають індуктивність. Застосування її досить обмежена через близкодействия.
Завдяки струмів розтікання в провідному середовищі може виникнути певна взаємодія. Якщо через термінали (пара контактів) пропустити струми, то ці самі струми можна виявити на значній відстані від контактів. Саме це і називається ефектом розтікання струмів.
Знаменитий фізик Нікола Тесла винайшов зв`язок за допомогою хвиль на провідній поверхні. Якщо в якомусь місці площині порушити щільність носія заряду, то ці носії почнуть рух, яке буде прагне до відновлення рівноваги. Так як носії мають інерційної природою, то відновлення носить хвильовий характер.
Випромінювання електромагнітних хвиль відрізняється величезним дальнодействием, так як їх амплітуда обернено пропорційна відстані до джерела. Саме цей спосіб бездротового зв`язку набув найбільшого поширення. Але що таке електромагнітні хвилі? Для початку необхідно здійснити невеликий екскурс в історію їх відкриття.
Почалося все в 1829 році, коли американський фізик Генрі виявив обурення електричних розрядів в експериментах з лейденськоїбанки. У 1832 році фізиком Фарадеем було висунуто припущення про існування такого процесу, як електромагнітні хвилі. Максвелл в 1865 році створив свої знамениті рівняння електромагнетизму. В кінці дев`ятнадцятого століття було багато успішних спроб створення бездротового зв`язку за допомогою електростатичного та електромагнітної індукції. Знаменитий винахідник Едісон придумав систему, яка дозволяла пасажирам залізниці відправляти і отримувати телеграми прямо під час руху поїзда. У 1888 році Г. Герц однозначно довів те, що електромагнітні хвилі з`являються за допомогою пристрою, названого вібратором. Герц здійснив досвід з передачі електромагнітного сигналу на відстань. У 1890 році інженер і фізик Бранлі з Франції винайшов пристрій для реєстрації електромагнітних випромінювань. Згодом цей прилад був названий "радіокондуктор" (когерер). У 1891-1893 роках Нікола Тесла описав основні принципи здійснення передачі сигналів на великі відстані і запатентував щоглових антену, яка була джерелом електромагнітних хвиль. Подальші заслуги у вивченні хвиль і технічної реалізації їх отримання і застосування належать таким знаменитим фізикам і винахідникам, як Попов, Марконі, де Мор, Лодж, Мірхед і багатьом іншим.
Електромагнітна хвиля - це явище, яке поширюється в просторі з певною кінцевою швидкістю і являє собою змінне електричне та магнітне поле. Так як магнітні і електричні поля нерозривно пов`язані один з одним, то вони утворюють електромагнітне поле. Також можна сказати, що електромагнітна хвиля - це обурення поля, причому під час свого поширення енергія, яка є у магнітного поля, переходить в енергію поля електричного і назад, відповідно до електродинаміки Максвелла. Зовні це схоже на поширення будь-якої іншої хвилі в будь-який інший середовищі, проте є і суттєві відмінності.
Енергія електромагнітних хвиль поширюється в досить незрозумілою середовищі. Щоб порівнювати ці хвилі і будь-які інші, необхідно зрозуміти, про якому середовищі поширення йдеться. Передбачається, що внутрішньоатомний простір заповнює електричний ефір - специфічне середовище, яка є абсолютним діелектриком. Всі хвилі під час поширення виявляють перехід кінетичної енергії в потенційну і назад. При цьому у цих енергій зрушені максимум в часі і просторі відносно один одного на одну четверту повного періоду хвилі. Середня енергія хвилі при цьому, будучи сумою потенційної і кінетичної енергії, є постійною величиною. Але з електромагнітними хвилями інша справа. Енергії і магнітного і електричного поля досягають максимальних значень одночасно.
Матерія електромагнітної хвилі - це електричне поле (ефір). Рухоме поле є структурованим і складається з енергії його руху і електричної енергії самого поля. Тому потенціальна енергія хвилі пов`язана з кінетичної і синфазно. Природа електромагнітної хвилі являє собою періодичне електричне поле, яке знаходиться в стані поступального руху в просторі і рухається зі швидкістю світла.
Є й інший спосіб пояснити, що собою представляють електромагнітні хвилі. Передбачається, що в ефірі виникають струми зміщення при русі неоднорідних електричних полів. Виникають вони, природно, тільки для нерухомого стороннього спостерігача. У момент, коли такий параметр як напруженість електричного поля досягає свого максимуму, струм зміщення в даній точці простору припиниться. Відповідно, при мінімумі напруженості виходить зворотна картина. Цей підхід прояснює хвильову природу електромагнітного випромінювання, так як енергія поля електричного виявляється зрушено на одну четверту періоду по відношенню до струмів зміщення. Тоді можна сказати, що електричне обурення, а точніше енергія обурення, трансформується в енергію струму зміщення і назад і поширюється хвильовим чином в діелектричній середовищі.
Майкл Фарадей був відомим англійським вченим-експериментатором, який подарував світові такі геніальні винаходи, як…
Здавалося б, завдяки сучасній науці людина повинна вже все знати про навколишній його світі. Але, не дивлячись на…
менше атомаФотон - це суб`ядерними мікрооб`єкт, який на складові частини розділити неможливо. Він не має власної маси і…
Всім нам зі шкільної лави відомо про таке явище, як довжина хвилі світла або звуку. Хвильова частота (звуку або…
Дифракція світла - ефект, що виникає при поширенні хвиль. Виявляється він у відхиленні від законів геометричної оптики.…
У кожній точці дві поширюються в просторі хвилі дають геометричну суму своїх коливань. Цей принцип називається…
За останні сто років наука зробила крок далеко вперед у вивченні будови нашого світу як на мікроскопічному, так і на…
Звук являє собою звукові хвилі, які викликають коливання найдрібніших частинок повітря, інших газів, а також рідких і…
Мета цієї статті - розкрити сутність поняття «механічна енергія». Фізика широко використовує це поняття як…
Досліди Фарадея внесли неоціненний вклад в формування сучасної науки. Простий хлопець з бідної сім`ї здійснив справжній…
Напевно, всі ми стикалися в дитинстві з чудовими властивостями звичайних магнітів. Невеликий шматок металу привертав до…
Принципи Гюйгенса-Френеля стали основою корпускулярно-хвильової теорії світла. На початку XIX століття Християн…
Напруженість електричного поля може мати значну важливість при використанні конденсаторів, а також інших деталей для…
Ефект Комптона є одним з наріжних каменів квантової механіки. У 1922 році фізик Артур Холлі Комптон пояснив збільшення…
Електроном є елементарна частинка, яка є однією з головних одиниць в структурі речовини. Заряд електрона негативний.…
Крім потенційного кулонівського електричного, існує вихровий поле, в якому є замкнуті лінії напруженості. Знаючи…
Коли розглядається енергія електричного поля, слід вивчати її накопичення і витрачання. Накопичувачами енергії є…
У дев`ятнадцятому столітті були закладені основи для розвитку науки і технологій наступного століття, а також створені…