)는 전자기장을 설명하면서 이론적으로 진공 상태의 전자기장이 전하와 전류와 같은 소스가 없을 때 존재할 수 있음을 보여주었습니다. 소스가 없는 필드는 유한한 속도로 전파되는 파동의 형태를 가지며, 진공에서는 빛의 속도와 같습니다. 와 함께= 299792458±1.2m/s. 진공에서 전자기파의 전파 속도와 이전에 측정된 빛의 속도가 일치한다는 사실을 통해 Maxwell은 빛이 전자기파라는 결론을 내릴 수 있었습니다. 비슷한 결론이 나중에 빛의 전자기 이론의 기초를 형성했습니다.
1888년 G. Hertz의 실험에서 전자기파 이론이 실험적으로 확인되었습니다. 고전압 소스와 진동기(Hertz 진동기 참조)를 사용하여 Hertz는 전자기파의 전파 속도와 길이를 결정하기 위한 미묘한 실험을 수행할 수 있었습니다. 전자기파의 전파 속도가 빛의 속도와 같다는 사실이 실험적으로 확인되어 빛의 전자기적 성질이 입증되었습니다.
전자파의 발견 - 훌륭한 예실험과 이론의 상호작용. 이는 물리학이 동일한 물리적 현상, 즉 전자기 상호작용의 서로 다른 측면을 발견함으로써 겉보기에 완전히 이질적인 속성인 전기와 자기를 어떻게 통합했는지 보여줍니다. 오늘날 이는 강하고 약한 핵력과 중력을 포함하는 네 가지 알려진 기본적인 물리적 상호작용 중 하나입니다. 전자기력과 약한 상호작용을 통일된 관점에서 기술하는 전기약력 상호작용 이론은 이미 확립되어 있습니다. 핵전력. 전기약성 상호작용과 강한 상호작용을 다루는 다음 통합 이론인 양자 색역학도 있지만 정확도는 다소 낮습니다. 설명하다 모두 기본적인 상호작용끈 이론과 양자 중력과 같은 물리학 분야의 틀 내에서 이 방향으로 집중적인 연구가 진행되고 있지만 아직 통일된 입장을 달성하는 것은 불가능했습니다.
전자기파는 영국의 위대한 물리학자 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)이 이론적으로 예측했습니다(아마도 1862년 On Physical Lines of Force에서 처음으로 상세 설명이론은 1867년에 출판되었다). 그는 전기 및 자기 현상과 다른 과학자들의 결과를 설명하는 Michael Faraday의 다소 순진한 그림을 엄격한 수학적 언어로 부지런히 번역하려고 노력했습니다. 모든 전기적, 자기적 현상을 같은 방식으로 정리한 Maxwell은 많은 모순과 대칭성 부족을 발견했습니다. 패러데이의 법칙에 따르면 교류 자기장은 전기장을 생성합니다. 그러나 교류 전기장이 자기장을 생성하는지 여부는 알려지지 않았습니다. Maxwell은 방정식에 전기장이 변할 때 자기장의 모양을 설명하는 추가 항을 도입하여 모순을 제거하고 전기장과 자기장의 대칭을 복원했습니다. 그 당시 Oersted의 실험 덕분에 이미 다음과 같은 사실이 알려졌습니다. DC도체 주위에 일정한 자기장을 생성합니다. 새로운 용어는 자기장의 다른 소스를 설명하지만 일종의 상상의 현상으로 생각할 수 있습니다. 전기, Maxwell이 호출한 것 변위 전류, 도체 및 전해질의 일반 전류 - 전도 전류와 구별됩니다. 그 결과, 교류 자기장이 전기장을 생성하고, 교류 전기장이 자기장을 생성한다는 것이 밝혀졌습니다. 그리고 Maxwell은 이러한 조합을 통해 진동하는 전기장과 자기장이 이를 생성하는 도체에서 이탈하여 일정하지만 매우 빠른 속도로 진공을 통해 이동할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 그는 이 속도를 계산했는데, 그 속도는 초당 약 30만 킬로미터인 것으로 밝혀졌습니다.
결과에 충격을 받은 Maxwell은 William Thomson(특히 절대 온도 척도를 도입한 Kelvin 경)에게 다음과 같이 썼습니다. “Kohlrausch와 Weber의 전자기 실험에서 계산된 가상 매체의 횡파 진동 속도는 다음과 같이 일치합니다. Fizeau의 광학 실험에서 계산된 빛의 속도와 정확히 일치하므로 우리는 다음과 같은 결론을 거의 거부할 수 없습니다. 빛은 전기적, 자기적 현상을 일으키는 동일한 매체의 가로 진동으로 구성됩니다." 그리고 편지에서 다음과 같이 덧붙였습니다. “저는 지방에 살면서 방정식을 받았고 제가 발견한 자기 효과의 전파 속도가 빛의 속도에 근접하다는 것을 의심하지 않았습니다. 따라서 자기 및 동일한 매체와 같은 발광 매체..."
맥스웰의 방정식은 학교 물리학 과정의 범위를 훨씬 뛰어넘지만 너무 아름답고 간결해서 물리학 교실에서 눈에 잘 띄는 곳에 배치해야 합니다. 왜냐하면 인간에게 중요한 대부분의 자연 현상은 단 몇 가지만으로 설명할 수 있기 때문입니다. 이 방정식의 라인. 이는 이전에 이질적인 사실이 결합될 때 정보가 압축되는 방식입니다. 다음은 미분 표현에 사용된 맥스웰 방정식의 한 유형입니다. 감탄해보세요.
나는 Maxwell의 계산이 실망스러운 결과를 가져왔다는 점을 강조하고 싶습니다. 전기장과 자기장의 진동은 가로 방향입니다(그 자신도 항상 강조했습니다). 그리고 횡방향 진동은 다음에서만 전파됩니다. 고체, 그러나 액체와 기체에는 없습니다. 그때까지 고체의 횡방향 진동 속도(단순히 소리의 속도)가 더 높을수록, 대략적으로 말하면 매체가 더 단단하고(영률이 높을수록 밀도가 낮을수록) 여러 가지에 도달할 수 있다는 것이 확실하게 측정되었습니다. 초당 킬로미터. 횡전자파의 속도는 고체의 음속보다 거의 십만 배 더 빨랐습니다. 그리고 강성 특성은 뿌리 아래에 있는 고체의 음속 방정식에 포함된다는 점에 유의해야 합니다. 전자기파(그리고 빛)가 이동하는 매체는 엄청난 탄력성을 갖고 있다는 것이 밝혀졌습니다. 극도로 어려운 질문이 떠올랐습니다. "어떻게 다른 신체가 그렇게 단단한 매체를 통과하면서 움직이면서도 그것을 느끼지 못하는 걸까요?" 가상의 매체는 에테르라고 불리며, 이는 이상하고 일반적으로 말하면 상호 배타적인 속성, 즉 엄청난 탄력성과 특별한 가벼움에 기인합니다.
Maxwell의 연구는 현대 과학자들에게 충격을 안겨주었습니다. 패러데이 자신은 다음과 같이 놀랐습니다. “처음에는 질문에 그러한 수학적 힘이 적용되는 것을 보고 겁이 났습니다. 그러나 그 질문이 그 질문에 그토록 잘 부합한다는 사실에 놀랐습니다.” 맥스웰의 견해가 횡파의 전파와 일반적인 파동에 관한 당시 알려진 모든 아이디어를 뒤집었다는 사실에도 불구하고, 원시적인 과학자들은 빛의 속도와 전자기파의 일치가 근본적인 결과라는 것을 이해했습니다. 여기에 물리학의 중요한 돌파구가 기다리고 있었습니다.
불행하게도 Maxwell은 일찍 사망하여 그의 계산이 확실하게 실험적으로 확인되는 것을 보지 못했습니다. 20년 후(1886~89) 일련의 실험을 통해 전자기파의 생성과 수신을 입증한 하인리히 헤르츠(Heinrich Hertz)의 실험 결과로 국제 과학적 견해가 바뀌었습니다. Hertz는 실험실의 침묵 속에서 정확한 결과를 얻었을 뿐만 아니라 Maxwell의 견해를 열정적이고 단호하게 옹호했습니다. 또한 그는 전자기파의 존재에 대한 실험적 증거에만 국한되지 않고 전자기파의 기본 특성 (거울 반사, 프리즘 굴절, 회절, 간섭 등)을 연구하여 전자기파와 빛의 완전한 동일성을 보여줍니다.
Hertz보다 7년 전인 1879년에 영국의 물리학자 David Edward Hughes(Hughes - D. E. Hughes)가 다른 저명한 과학자들(그들 중에는 뛰어난 물리학자이자 수학자인 Georg-Gabriel Stokes도 있었습니다)에게 전파의 효과를 보여준 것이 궁금합니다. 공기 중의 전자파. 토론 결과, 과학자들은 패러데이 전자기 유도 현상을 본다는 결론에 도달했습니다. Hughes는 화가 나서 자신을 믿지 않았고 Maxwell-Hertz 이론이 일반적으로 받아 들여진 1899 년에야 결과를 발표했습니다. 이 예는 과학에서 얻은 결과의 지속적인 보급과 선전이 종종 과학적 결과 자체만큼 중요하다는 것을 시사합니다.
하인리히 헤르츠(Heinrich Hertz)는 자신의 실험 결과를 다음과 같이 요약했습니다. “적어도 제가 보기에는 설명된 실험은 빛의 정체에 대한 의심을 없애줍니다. 열복사그리고 전기 역학적 파동 운동 ".
전자파공간에서 교류 전자기장이 전파되는 과정입니다. 이론적으로 전자파의 존재는 1865년 영국의 과학자 맥스웰(Maxwell)에 의해 예측되었고, 1888년 독일의 과학자 헤르츠(Hertz)에 의해 처음으로 실험적으로 얻어졌습니다.
Maxwell의 이론에서 벡터의 진동을 설명하는 공식을 따릅니다. 축을 따라 전파되는 평면 단색 전자기파 엑스는 방정식으로 설명됩니다
여기 이자형그리고 시간- 순간값, 그리고 이자형 m 그리고 시간 m - 전기장 및 자기장 강도의 진폭 값, ω - 원형 주파수, 케이- 파수. 동일한 주파수와 위상을 가진 벡터와 진동은 서로 수직이며 또한 벡터에 수직입니다-파동 전파 속도 (그림 3.7). 즉, 전자기파는 횡파이다.
진공에서는 전자기파가 빠른 속도로 이동합니다. 유전 상수가 있는 매체에서 ε 및 투자율 µ 전자기파의 전파 속도는 다음과 같습니다.
전자기 진동의 주파수와 파장은 원칙적으로 무엇이든 될 수 있습니다. 주파수(또는 파장)에 따라 파동을 분류하는 것을 전자파 규모라고 합니다. 전자파는 여러 종류로 나뉜다.
전파파장은 10 3 ~ 10 -4 m입니다.
광파포함하다:
엑스레이 방사선 - 
.
광파는 스펙트럼의 적외선, 가시광선 및 자외선 부분을 포함하는 전자기파입니다. 가시광선 스펙트럼의 원색에 해당하는 진공에서의 빛의 파장은 아래 표에 나와 있습니다. 파장은 나노미터 단위로 제공됩니다.
테이블
광파는 전자기파와 동일한 성질을 갖는다.
1. 광파는 가로 방향입니다.
2. 벡터는 광파에서 진동합니다.
경험에 따르면 모든 유형의 영향(생리적, 광화학적, 광전적 등)은 전기 벡터의 진동으로 인해 발생합니다. 그는 불린다 라이트 벡터 .
빛 벡터의 진폭 이자형 m은 종종 문자로 표시됩니다 ㅏ식(3.30) 대신 식(3.24)을 사용한다.
3. 진공에서의 빛의 속도.
매질에서 광파의 속도는 공식 (3.29)에 의해 결정됩니다. 그러나 투명한 매체(유리, 물)의 경우에는 일반적입니다.
광파의 경우 절대 굴절률 개념이 도입되었습니다.
절대 굴절률주어진 매질에서의 빛의 속도에 대한 진공에서의 빛의 속도의 비율입니다.
(3.29)에서 투명한 미디어의 경우 평등을 쓸 수 있다는 사실을 고려합니다.
진공용 ε = 1 및 N= 1. 모든 물리적 환경에 대해 N> 1. 예를 들어 물의 경우 N= 1.33, 유리의 경우. 굴절률이 높은 매질을 광학적으로 밀도가 높은 매질이라고 합니다. 절대 굴절률의 비율은 다음과 같습니다. 상대 굴절률:
4. 광파의 주파수는 매우 높습니다. 예를 들어 파장이 있는 적색광의 경우입니다.
빛이 한 매질에서 다른 매질로 이동할 때 빛의 주파수는 변하지 않지만 속도와 파장은 변합니다.
진공용 - ; 환경에 대해 - , 그런 다음
.
따라서 매질에서 빛의 파장은 굴절률에 대한 진공에서 빛의 파장의 비율과 같습니다
5. 광파의 주파수가 매우 높기 때문에 
, 그러면 관찰자의 눈은 개별 진동을 구별하지 않고 평균 에너지 흐름을 감지합니다. 이는 강도의 개념을 도입합니다.
강함파동에 의해 전달되는 평균 에너지와 파동의 전파 방향에 수직인 부위의 면적과 시간의 비율입니다.
파동 에너지는 진폭의 제곱에 비례하므로(식(3.25) 참조) 강도는 진폭의 제곱의 평균값에 비례합니다.
시각적 감각을 유발하는 능력을 고려한 빛 강도의 특성은 다음과 같습니다. 광속 - F .
6. 빛의 파동성은 예를 들어 간섭 및 회절과 같은 현상으로 나타납니다.
전하 진동 주파수의 변화를 겪는 전자기파의 복사는 파장을 변화시키고 다른 특성을 얻습니다. 사람은 말 그대로 전자기파를 방출하고 수신하는 장치에 둘러싸여 있습니다. 휴대전화, 라디오, 텔레비전 방송, 의료기관의 엑스레이 기기 등이 그것이다. 인체에도 전자기장이 있으며, 매우 흥미롭게도 각 기관에는 고유한 방사 주파수가 있습니다. 방출된 하전 입자의 확산은 서로 영향을 미치며 진동 주파수와 에너지 생성의 변화를 유발하며 이는 창의적 목적과 파괴적 목적 모두에 사용될 수 있습니다.
전자기 방사선. 일반 정보
전자기 복사는 전기장과 자기장의 상호 작용으로 인한 전자기 진동 전파의 상태와 강도의 변화입니다.
전자기 복사의 특성에 대한 심층 연구는 다음과 같이 수행됩니다.
- 전기역학;
- 광학;
- 방사선 물리학.
전자기파의 방출은 전하의 진동에 의해 생성되고 전파되며, 그 과정에서 에너지가 방출됩니다. 기계적 파동과 유사한 전파 패턴을 가지고 있습니다. 전하의 이동은 가속이 특징입니다. 시간이 지남에 따라 속도가 변하는데, 이는 전자기파 방출의 기본 조건입니다. 파동의 힘은 가속력과 직접적인 관련이 있으며 이에 정비례합니다.
결정하는 지표 형질전자기 방사선:
- 하전입자의 진동주파수;
- 방출된 플럭스의 파장;
- 양극화.
진동을 받는 전하에 가장 가까운 전기장은 변화를 겪습니다. 이러한 변경에 소요되는 시간은 전하 진동 시간과 동일합니다. 전하의 움직임은 용수철에 매달린 물체의 진동과 비교할 수 있으며 유일한 차이점은 움직임의 빈도입니다.
"방사선"의 개념은 발생원으로부터 가능한 한 멀리 돌진하고 거리가 멀어짐에 따라 강도를 잃어 파동을 형성하는 전자기장을 의미합니다.
전자파의 전파
Maxwell의 연구 결과와 그가 발견한 전자기학 법칙을 통해 연구의 기반이 되는 사실보다 훨씬 더 많은 정보를 추출할 수 있습니다. 예를 들어, 전자기학 법칙에 기초한 결론 중 하나는 전자기 상호작용의 전파 속도가 유한하다는 결론입니다.
장거리 작용 이론을 따르면, 영향을 미치는 힘은 다음과 같습니다. 전하정지상태에 있는 는 주변 전하의 위치가 바뀌면 성능이 변한다. 이 이론에 따르면, 전하는 문자 그대로 진공을 통해 자신의 종류의 존재를 "느끼고" 즉시 행동을 이어받습니다.
단거리 행동에 대한 형성된 개념은 무슨 일이 일어나고 있는지에 대해 완전히 다른 견해를 가지고 있습니다. 움직일 때 전하는 교류 전기장을 가지며, 이는 결국 인근 공간에서 교류 자기장의 출현에 기여합니다. 그 후 교류 자기장이 체인에 전기 자기장 등을 유발합니다.
따라서 공간 내 전하 위치의 변화로 인해 전자기장의 "교란"이 발생합니다. 확산되어 결과적으로 영향을 미칩니다. 기존 필드, 변경합니다. 인접한 전하에 도달하면 "교란"은 그에 작용하는 힘의 지표를 변경합니다. 이는 첫 번째 충전이 변위된 후 얼마 후에 발생합니다.
맥스웰은 전자기파 전파 원리에 열정적인 관심을 가졌습니다. 소요된 시간과 노력은 궁극적으로 성공으로 결정되었습니다. 그는 이 과정의 유한한 속도가 존재함을 증명하고 이에 대한 수학적 정당성을 제시했습니다.
전자기장의 존재 현실은 유한한 "섭동" 속도의 존재로 확인되며 원자(진공)가 없는 공간에서의 빛의 속도에 해당합니다.
전자기 방사선 규모
우주는 수십 킬로미터에서 1센티미터의 미미한 부분까지 다양할 수 있는 다양한 방사 범위와 근본적으로 다른 파장을 갖는 전자기장으로 가득 차 있습니다. 이를 통해 지구에서 엄청난 거리에 있는 물체에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
전자기파 길이의 차이에 대한 제임스 맥스웰의 진술을 바탕으로, 공간에서 교류 자기장을 형성하는 기존 주파수 범위와 방사선 길이를 분류하는 특별한 척도가 개발되었습니다.
그들의 연구에서 G. Hertz와 P. N. Lebedev는 실험적으로 Maxwell의 진술의 정확성을 입증하고 빛의 방사선이 원자와 분자의 자연적인 진동에 의해 형성되는 짧은 길이를 특징으로 하는 전자기장의 파동이라는 사실을 입증했습니다.
범위 사이에 급격한 전환은 없지만 명확한 경계도 없습니다. 방사선의 주파수에 관계없이 눈금의 모든 점은 하전 입자의 위치 변화로 인해 나타나는 전자기파를 나타냅니다. 전하의 성질은 파장에 의해 영향을 받습니다. 지표가 변경되면 반사, 관통 능력, 가시성 수준 등이 변경됩니다.
전자기파의 특징은 진공 상태와 물질로 가득 찬 공간 모두에서 자유롭게 전파될 수 있는 기회를 제공합니다. 우주에서 움직일 때 방사선은 그 행동을 변화시킨다는 점에 유의해야 합니다. 공허에서는 진동 주파수가 파장과 밀접하게 관련되어 있기 때문에 방사선 전파 속도는 변하지 않습니다.
다양한 범위의 전자파와 그 특성
전자기파에는 다음이 포함됩니다.
- 저주파. 100kHz 이하의 발진 주파수가 특징입니다. 이 범위는 작업에 사용됩니다. 전기 장치모터(예: 마이크 또는 확성기, 전화 네트워크, 라디오 방송, 영화 산업 등) 저주파는 발진 주파수가 더 높은 파와 다르며 전파 속도의 실제 감소는 비례합니다. 에게 제곱근그들의 주파수. Lodge와 Tesla는 저주파의 발견과 연구에 크게 기여했습니다.
- 전파. 1886년 헤르츠(Hertz)가 전파를 발견함으로써 전 세계는 전선을 사용하지 않고도 정보를 전송할 수 있게 되었습니다. 전파의 길이는 전파의 성격에 영향을 미칩니다. 음파의 주파수와 마찬가지로 교류로 인해 발생합니다 (무선 통신 과정에서 교류가 수신기-안테나로 흐릅니다). 고주파 전파는 주변 공간으로 전파가 크게 방출되는 데 기여하여 장거리(라디오, 텔레비전)에 걸쳐 정보를 전송할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다. 이러한 종류의 마이크로파 방사선은 일상생활은 물론 우주에서의 통신에도 사용됩니다. 예를 들어, 전파를 방출하는 전자레인지는 주부들에게 좋은 보조자가 되었습니다.
- 적외선 복사("열"이라고도 함). 전자기 복사 규모의 분류에 따르면 적외선 복사의 전파 영역은 전파 다음과 가시광선 앞에 위치합니다. 적외선은 열을 방출하는 모든 신체에서 방출됩니다. 이러한 방사선원의 예로는 난로, 물의 열 전달을 기반으로 난방에 사용되는 배터리, 백열등 등이 있습니다. 현재까지 개발된 특수 장치, 완전한 어둠 속에서 열이 방출되는 물체를 볼 수 있습니다. 뱀은 눈 부위에 이러한 자연적인 열 인식 센서를 가지고 있습니다. 이를 통해 먹이를 추적하고 밤에 사냥할 수 있습니다. 예를 들어 건물 난방, 야채 및 목재 건조, 군사 분야(예: 야간 투시 장치 또는 열 화상 장치)에서 적외선 복사를 사용하여 오디오 센터 또는 TV 및 기타 장치를 무선으로 제어합니다. 리모콘.
- 가시 광선. 그것은 빨간색에서 보라색까지의 빛 스펙트럼을 가지며 인간의 눈에 감지됩니다. 구별되는 특징. 다양한 파장에서 방출되는 색상은 인간의 시각적 인식 시스템에 전기화학적 영향을 미치지만 이 범위의 전자기파 특성에는 포함되지 않습니다.
- 자외선. 인간의 눈에 감지되지 않으며 보라색 빛보다 파장이 짧습니다. 소량의 자외선으로 인해 치유 효과, 비타민 D 생성을 촉진하고 살균 효과가 있으며 중추에 긍정적인 영향을 미칩니다. 신경계. 자외선으로 환경을 과도하게 포화시키면 손상이 발생합니다. 피부그리고 망막 손상이 발생하므로 안과 의사는 여름철에 선글라스 사용을 권장합니다. 자외선은 의료에 사용됩니다(자외선은 의료에 사용됩니다). 석영 램프), 지폐의 진위 여부 확인, 디스코에서의 오락 목적(이러한 조명은 밝은 색상의 재료를 빛나게 함) 및 식품의 적합성을 결정하기 위해 사용됩니다.
- 엑스레이 방사선. 그러한 파도는 인간의 눈에는 보이지 않습니다. 그들은 가시 광선이 접근할 수 없는 강한 흡수를 피하면서 물질 층을 관통하는 놀라운 특성을 가지고 있습니다. 방사선은 특정 유형의 결정에서 빛을 발하고 사진 필름에 영향을 줍니다. 질병 진단을 위해 의료 분야에서 사용됨 내부 장기특정 질병 목록의 치료, 테스트를 위해 내부 구조결함에 대한 제품 및 장비의 용접.
- 감마선. 원자핵에서 방출되는 가장 짧은 파장의 전자기 복사입니다. 파장을 줄이면 품질 지표가 변경됩니다. 감마선은 엑스선보다 몇 배 더 강한 투과력을 가지고 있습니다. 통과 가능 콘크리트 벽두께는 1미터이고 두께는 수 센티미터인 납 장벽도 통과할 수 있습니다. 물질이 분해되거나 통일되는 동안 방출이 발생합니다. 구성 요소방사선이라고 불리는 원자. 이러한 파도는 다음과 같이 분류됩니다. 방사성 방사선. 핵탄두가 폭발하면 감마선과 중성자 사이의 반응으로 인해 짧은 시간 동안 전자기장이 생성됩니다. 주요 요소이기도 합니다 핵무기는 해로운 영향을 미치며 무선 전자 장치, 유선 통신 및 전원 공급 시스템의 작동을 완전히 차단하거나 방해합니다. 또한, 핵무기가 폭발하면 많은 에너지가 방출됩니다.
결론
특정 길이를 갖고 특정 변동 범위에 있는 전자기장의 파동은 두 가지 모두를 가질 수 있습니다. 긍정적인 영향인체와 적응 수준에 대해 환경, 보조 개발 덕분에 가전 제품, 인간의 건강과 환경에 부정적이며 심지어 파괴적인 영향을 미칩니다.
전자기파는 파장 λ 또는 관련 파동 주파수로 분류됩니다. 에프. 또한 이러한 매개변수는 파동뿐만 아니라 전자기장의 양자 특성도 특성화합니다. 따라서 전자파는 본 과목에서 공부하는 고전법칙에 의해 기술된다.
전자기파 스펙트럼의 개념을 고려해 봅시다. 전자기파의 스펙트럼자연계에 존재하는 전자기파의 주파수 대역이다.
주파수가 증가하는 순서대로 전자기 복사의 스펙트럼은 다음과 같습니다.
전자기 스펙트럼의 다른 부분은 스펙트럼의 하나 또는 다른 부분에 속하는 파동을 방출하고 수신하는 방식이 다릅니다. 이러한 이유로 전자기 스펙트럼의 서로 다른 부분 사이에는 뚜렷한 경계가 없지만 각 범위는 선형 척도의 관계에 따라 결정되는 자체 특성과 법칙의 보급에 따라 결정됩니다.
전파는 고전 전기 역학으로 연구됩니다. 적외선과 자외선은 고전 광학과 양자 물리학을 통해 연구됩니다. X선과 감마선은 양자물리학과 핵물리학에서 연구됩니다.
전자기파의 스펙트럼을 더 자세히 고려해 봅시다.
저주파
저주파는 발진 주파수가 100kHz를 초과하지 않는 전자기파입니다. 전기 공학에서 전통적으로 사용되는 것이 바로 이 주파수 범위입니다. 산업 전력 공학에서는 전기 에너지가 라인을 통해 전송되고 전압이 변압기 장치에 의해 변환되는 50Hz의 주파수가 사용됩니다. 항공 및 지상 운송에서는 400Hz가 자주 사용되며 이는 무게 이점을 제공합니다. 전기 기계 50Hz의 주파수에 비해 변압기는 8배입니다. 최신 세대의 스위칭 전원 공급 장치는 변환 주파수를 사용합니다. 교류단위와 수십 kHz로 컴팩트하고 에너지가 풍부합니다.
저주파 범위와 고주파수 사이의 근본적인 차이점은 100kHz에서 300,000km/s에서 50Hz에서 약 7,000km/s까지 주파수의 제곱근에 비례하여 전자기파의 속도가 떨어지는 것입니다.
전파
전파는 파장이 1mm보다 크고(주파수 3 10 11Hz = 300GHz 미만) 3km 미만(100kHz 이상)인 전자기파입니다.
전파는 다음과 같이 나뉩니다.
1. 3km ~ 300m 길이 범위의 장파(10 5Hz - 10 6Hz = 1MHz 범위의 주파수)
2. 300m ~ 100m 길이 범위의 중파(10 6Hz -3*10 6Hz = 3MHz 범위의 주파수)
3. 100m~10m 파장 범위의 단파(310 6Hz~310 7Hz=30MHz 범위의 주파수)
4. 파장이 10m 미만인 초단파(310 7Hz = 30MHz보다 큰 주파수).
초단파는 다음과 같이 나뉩니다.
A) 미터파;
B) 센티미터 파;
B) 밀리미터파;
파장 1m 미만(주파수 300MHz 미만)의 파동을 마이크로파 또는 초고주파(마이크로파)라고 합니다.
전파 범위의 파장은 원자의 크기에 비해 크기 때문에 매질의 원자 구조를 고려하지 않고도 전파의 전파를 고려할 수 있습니다. 현상학적으로 맥스웰의 이론을 구성할 때 관례적으로 그렇습니다. 전파의 양자 특성은 스펙트럼의 적외선 부분에 인접한 가장 짧은 파동과 소위 전파되는 동안에만 나타납니다. 원자와 분자 내부의 전자 진동 시간과 비교할 수 있는 10 -12 초 - 10 -15 초 정도의 지속 시간을 갖는 초단 펄스.
전파와 더 높은 주파수 사이의 근본적인 차이점은 1mm(2.7°K)에 해당하는 파동 캐리어(에테르)의 파장과 이 매체에서 전파되는 전자기파 사이의 열역학적 관계가 다르다는 것입니다.
전파 방사선의 생물학적 영향
레이더 기술에서 강력한 전파 방사선을 사용하는 끔찍한 희생 경험은 파장(주파수)에 따라 전파의 구체적인 효과를 보여주었습니다.
~에 인간의 몸파괴적인 효과는 단백질 구조에서 돌이킬 수없는 현상이 발생하는 피크 방사선 전력만큼 평균 전력에 의해 발휘되지 않습니다. 예를 들어, 1kW에 달하는 전자레인지(전자레인지)의 마그네트론에서 나오는 연속 복사 전력은 오븐의 작은 닫힌(차폐) 부피에 있는 음식에만 영향을 미치며 근처에 있는 사람에게는 거의 안전합니다. 듀티 사이클이 1000:1(반복 기간과 펄스 지속 시간의 비율)인 짧은 펄스에 의해 방출되는 평균 전력 1kW의 레이더 스테이션(레이더) 전력 및 이에 따른 펄스 전력 1MW, 방사체로부터 최대 수백 미터 떨어진 곳에서는 인간의 건강과 생명에 매우 위험합니다. 물론 후자에서는 레이더 방사의 방향도 중요한 역할을 하는데, 이는 평균 전력보다는 펄스 전력의 파괴 효과를 강조합니다.
미터파에 노출
1메가와트 이상의 펄스 전력을 갖는 미터 레이더 스테이션(레이더)(예: P-16 조기 경보 스테이션)의 펄스 발생기에서 방출되고 인간과 동물의 척수 길이에 상응하는 고강도 미터파, 축삭의 길이뿐만 아니라 이러한 구조의 전도도를 방해하여 뇌간 증후군(HF 질환)을 유발합니다. 후자는 사람의 사지의 돌이킬 수 없는 마비뿐만 아니라 장의 신경 분포의 붕괴뿐만 아니라 완전 또는 부분(수신된 펄스 방사선량에 따라)의 급속한 발달(수개월에서 수년에 걸쳐)을 초래합니다. 다른 내부 장기.
데시미터파의 영향
데시미터파는 폐, 간, 신장과 같은 인간 및 동물 기관을 덮는 혈관과 파장이 비슷합니다. 이것이 이들 기관에 "양성" 종양(낭종)이 발생하는 이유 중 하나입니다. 혈관 표면에서 발생하는 이 종양은 정상적인 혈액 순환을 중단하고 장기 기능을 방해합니다. 그러한 종양이 제때에 수술로 제거되지 않으면 신체가 사망합니다. 위험한 강도 수준의 데시미터파는 P-15 이동식 대공 방어 레이더와 같은 레이더의 마그네트론과 일부 항공기의 레이더에서 방출됩니다.
센티미터파에 노출
강력한 센티미터 파는 백혈병 - "백혈병"과 같은 질병뿐만 아니라 인간과 동물의 다른 형태의 악성 종양을 유발합니다. 이러한 질병의 발생에 충분한 강도의 파동은 센티미터 범위 레이더 P-35, P-37 및 거의 모든 항공기 레이더에 의해 생성됩니다.
적외선, 빛 및 자외선
적외선, 빛, 자외선방사선량은 전자기파 스펙트럼의 광학 영역넓은 의미에서 말입니다. 이 스펙트럼은 2·10 -6 m = 2 μm ~ 10 -8 m = 10 nm 범위의 전자기 파장 범위를 차지합니다(주파수 1.5·10 14Hz ~ 3·10 16Hz). 광학 범위의 상한은 적외선 범위의 장파 한계에 의해 결정되고 하한은 자외선의 단파 한계에 의해 결정됩니다(그림 2.14).
나열된 파동의 스펙트럼 영역의 근접성은 이를 연구하는 데 사용된 방법과 도구의 유사성을 결정하고 실용적인 응용 프로그램. 역사적으로 다양한 광학 장치(간섭계, 편광판, 변조기 등)에 포함된 렌즈, 회절 격자, 프리즘, 조리개 및 광학 활성 물질이 이러한 목적으로 사용되었습니다.
반면, 스펙트럼의 광학 영역에서 나오는 방사선은 다양한 매체의 일반적인 전송 패턴을 가지며, 이는 광학 장치 및 광학 신호 전파 채널의 계산 및 구성에 널리 사용되는 기하학적 광학을 사용하여 얻을 수 있습니다. 적외선 방사는 많은 절지동물(곤충, 거미 등)과 파충류(뱀, 도마뱀 등)가 볼 수 있습니다. , 반도체 센서(적외선 포토어레이)에 접근할 수 있지만 지구 대기의 두께에 따라 전송되지는 않습니다. 허용하지 않습니다 지구 표면에서 은하계 모든 별의 90% 이상을 차지하는 "갈색 왜성"이라는 적외선 별을 관찰합니다.
광학 범위의 주파수 폭은 약 18옥타브이며, 그 중 광학 범위는 약 1옥타브를 차지합니다(). 자외선 - 5옥타브 ( 
), 적외선 - 11 옥타브 (
스펙트럼의 광학 부분에서는 물질의 원자 구조로 인해 발생하는 현상이 중요해집니다. 이로 인해 광복사의 파동특성과 함께 양자특성이 나타난다.
빛
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빛, 빛, 가시 방사선- 인간과 영장류의 눈에 보이는 전자기 복사의 광학 스펙트럼 부분은 400나노미터에서 780나노미터 범위의 전자기 파장 범위, 즉 1옥타브 미만(주파수가 2배로 변경됨)을 차지합니다.
쌀. 1.14. 전자파 규모 빛 스펙트럼의 색상 순서에 대한 언어 기억 밈: |
엑스레이 및 감마선
X선 및 감마선 분야에서는 방사선의 양자 특성이 가장 중요하게 부각됩니다.
엑스레이 방사선빠르게 하전된 입자(전자, 양성자 등)가 감속될 때 발생하며 원자의 전자 껍질 내부에서 일어나는 과정의 결과입니다.
감마선은 원자핵 내부에서 발생하는 현상과 핵반응의 결과입니다. X선과 감마선 사이의 경계는 일반적으로 주어진 방사선 주파수에 해당하는 에너지 양자 값에 의해 결정됩니다.
X선 방사선은 50 nm에서 10 -3 nm까지의 길이를 갖는 전자기파로 구성되며, 이는 20 eV에서 1 MeV까지의 양자 에너지에 해당합니다.
감마선은 10 -2 nm 미만의 파장을 갖는 전자기파로 구성되며 이는 0.1 MeV보다 큰 양자 에너지에 해당합니다.
빛의 전자기적 성질
빛은 전자기파 스펙트럼의 가시적인 부분으로, 파장은 0.4μm ~ 0.76μm 범위를 차지합니다. 광학 방사선의 각 스펙트럼 구성 요소를 할당할 수 있습니다. 특정 색상. 광학 방사선의 스펙트럼 구성 요소의 색상은 파장에 따라 결정됩니다. 방사선의 색상은 파장이 감소함에 따라 빨간색, 주황색, 노란색, 녹색, 청록색, 남색, 보라색으로 변합니다.
빨간불 대응 가장 긴 길이파도는 스펙트럼의 빨간색 경계를 결정합니다. 보라색 빛 - 보라색 테두리에 해당합니다.
자연광(일광, 햇빛)은 착색되지 않으며 모든 것에서 발생하는 전자기파의 중첩을 나타냅니다. 인간에게 보이는스펙트럼 자연광은 들뜬 원자에 의해 전자기파가 방출되어 발생합니다. 여기의 성격은 열적, 화학적, 전자기적 등 다양할 수 있습니다. 여기의 결과로 원자는 약 10 -8초 동안 무작위로 전자기파를 방출합니다. 원자 여기 에너지 스펙트럼이 상당히 넓기 때문에 전자기파는 전체 가시 스펙트럼에서 방출되며 초기 위상, 방향 및 편광은 무작위입니다. 이러한 이유로 자연광은 편광되지 않습니다. 이는 서로 직교하는 편광을 갖는 자연광의 전자파의 스펙트럼 성분의 "밀도"가 동일함을 의미합니다.
빛 범위의 고조파 전자기파를 호출합니다. 단색의. 단색광파의 주요 특징 중 하나는 강도입니다. 광파 강도는 파동에 의해 전달된 에너지 플럭스 밀도(1.25)의 평균값을 나타냅니다.
포인팅 벡터는 어디에 있습니까?
(1.30)과 (1.32)을 고려하여 식 (1.35)을 사용하여 유전체 및 자기 투자율을 갖는 균질한 매질에서 전기장 진폭을 갖는 빛, 평면, 단색파의 강도를 계산하면 다음이 제공됩니다.
전통적으로 광학 현상은 광선을 사용하여 고려되었습니다. 광선을 이용한 광학현상의 기술을 가리킨다. 기하학적 광학. 기하광학에서 개발된 광선 궤적을 찾는 규칙은 실제로 광학 현상 분석 및 다양한 광학 기기 구성에 널리 사용됩니다.
광파의 전자기적 표현을 기반으로 광선을 정의해 보겠습니다. 우선, 광선은 전자기파가 전파되는 선입니다. 이러한 이유로 광선은 각 지점에서 전자기파의 평균 포인팅 벡터가 이 선에 접선 방향으로 향하는 선입니다.
균일한 등방성 매질에서 평균 포인팅 벡터의 방향은 파면(등위상 표면)의 법선과 일치합니다. 파동 벡터를 따라.
따라서 균일한 등방성 매체에서 광선은 전자기파의 해당 파면에 수직입니다.
예를 들어, 점 단색 광원에서 방출되는 광선을 생각해 보세요. 기하광학의 관점에서 볼 때, 많은 광선이 방사형 방향의 소스 지점에서 발산됩니다. 빛의 전자기 본질의 위치에서 구형 전자기파가 소스 지점에서 전파됩니다. 소스로부터 충분히 먼 거리에서는 파면의 곡률을 무시할 수 있으며, 국부적인 구형파는 편평하다고 간주됩니다. 파면의 표면을 국부적으로 평평한 다수의 섹션으로 분할함으로써 평면파가 전파되는 각 섹션의 중심을 통해 법선을 그리는 것이 가능합니다. 기하학적 광학 해석 광선에서. 따라서 두 접근 방식 모두 고려된 예에 대해 동일한 설명을 제공합니다.
기하광학의 주요 임무는 빔의 방향(궤적)을 찾는 것입니다. 궤적 방정식은 소위 최소값을 찾는 변분 문제를 해결한 후에 발견됩니다. 원하는 궤적에 대한 조치. 이 문제의 엄격한 공식화 및 해결 방법을 자세히 설명하지 않고도 광선이 전체 광학 길이가 가장 짧은 궤적이라고 가정할 수 있습니다. 이 진술은 페르마의 원리의 결과입니다.
광선 궤적을 결정하는 변형 접근법은 불균일한 매체에도 적용될 수 있습니다. 굴절률이 매질 점의 좌표의 함수인 매질. 불균일한 매질에서 파면의 표면 모양을 함수로 설명하면, 이는 에이코날 방정식으로 알려진 편미분 방정식의 해와 해밀턴-야코비(Hamilton-Jacobi)와 같은 분석 역학을 기반으로 찾을 수 있습니다. 방정식:
따라서 전자기 이론의 기하학적 광학 근사의 수학적 기초는 에이코날 방정식 또는 다른 방식을 기반으로 광선의 전자기파 필드를 결정하는 다양한 방법으로 구성됩니다. 기하학적 광학 근사법은 소위 계산을 위해 무선 전자 장치에서 실제로 널리 사용됩니다. 준광학 시스템.
결론적으로, 입자의 움직임을 설명하는 해밀턴-야코비 방정식에 따라 방향이 결정되는 맥스웰 방정식을 풀고 광선을 사용하여 파동 위치에서 동시에 빛을 설명하는 능력은 명백한 현상 중 하나입니다. 알려진 바와 같이, 빛의 이원론은 양자 역학의 논리적으로 모순되는 원리를 공식화하게 되었습니다.
사실 전자기파의 본질에는 이중성이 없습니다. 막스 플랑크가 1900년 그의 고전 작품 "복사의 정상 스펙트럼에 관하여"에서 보여준 것처럼 전자기파는 주파수를 갖는 개별적인 양자화된 진동입니다. V그리고 에너지 E=hv, 어디 h =상수, 생방송. 후자는 안정된 측정 불연속 특성을 갖는 초유체 매질입니다. 시간- 플랑크 상수. 에테르가 다음을 초과하는 에너지에 노출되면 hv복사 중에 양자화된 "소용돌이"가 형성됩니다. 모든 초유체 매체와 그 안에 있는 포논의 형성, 즉 음파 방사의 양에서 정확히 동일한 현상이 관찰됩니다.
1900년 막스 플랑크의 발견과 1887년 하인리히 헤르츠가 발견한 광전 효과의 "복사하여 붙여넣기" 조합으로 1921년 노벨위원회는 알베르트 아인슈타인에게 상을 수여했습니다.
1) 정의에 따르면 옥타브는 임의의 주파수 w와 두 번째 고조파(2w와 동일) 사이의 주파수 범위입니다.
2. 상대주의에서 '빛'은 그 자체로 신화적인 현상이지, 특정 물리적 매질의 교란인 물리적 파동이 아닙니다. 상대론적 “빛”은 무에서 무(無)의 흥분입니다. 진동을 위한 전달 매체가 없습니다.
3. 상대주의에서는 시간에 따른 조작(감속)이 가능하므로 모든 과학의 기본인 인과관계 원칙과 엄격한 논리 원칙이 위반됩니다. 상대론에서는 빛의 속도로 시간이 멈춘다(따라서 광자의 주파수에 대해 이야기하는 것은 터무니없다). 상대주의에서는 미광 속도로 움직이는 쌍둥이의 나이가 서로 초과된다는 진술과 모든 종교에 내재 된 논리에 대한 기타 조롱과 같은 정신에 대한 그러한 폭력이 가능합니다.
