Виды электромагнитных волн

Источником электромагнитных волн может служить любой электрический колебательный контур или проводник с текущим по нему переменным током, поскольку для возбуждения электромагнитных волн следует генерировать в пространстве переменное электрическое или магнитное поле.

Следует отметить, что излучающая способность источника определена его формой, размерами и частотой колебаний. Для увеличения роли излучения необходимо увеличивать объем пространственной локализации поля. Это приводит к выводу о том, что для того, чтобы получить электромагнитные волны закрытые колебательные контуры не годятся.

Открытый контур Герца

Первый открытый колебательный контур создал Герц. Он представлял собой два стержня, которые разделял искровой промежуток. В такой конструкции переменное электрическое поле заполняет все окружающее контур пространство, что значительно увеличивает интенсивность электромагнитного излучения.

Колебания в открытом контуре Герца поддерживает источник ЭДС, подключенный к обкладкам конденсатора. Искровой промежуток необходим для увеличения разности потенциалов первоначального заряда обкладок.

Электромагнитные колебания в вибраторе Герца возбуждаются при помощи индуктора (рис.1). При достижении напряжением на искровом промежутке пробивного значения, появлялась искра, которая закорачивала обе половинки вибратора. В вибраторе при этом, появляются свободные затухающие колебания. Когда искра исчезала, контур размыкался и колебания завершались. Для повторения процесса необходимо было зарядить индуктор. Для регистрации электромагнитных волн Герц применял второй вибратор.

Рисунок 1. Электромагнитные колебания в вибраторе Герца возбуждаются при помощи индуктора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Шкала электромагнитных волн

Теория Максвелла показывает, что разные электромагнитные волны имеют общую природу. В этой связи все известные электромагнитные волны часто представляют в виде единой шкалы.

Деление всех электромагнитных волн в зависимости от частоты и длины волны в вакууме стало традиционным. Шкала электромагнитных волн условно делится на шесть диапазонов, это:

• радиоволны, которые бывают длинными, средними и короткими;
• инфракрасные волны;
• видимый свет;
• ультрафиолетовые волны;
• рентгеновские лучи;
• $γ$ - излучение.

Радиоволны вызываются переменными токами, которые текут в проводниках или контурах и потоками электронов (это макроизлучатели).

Инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение порождают атомы, молекулы и заряженные частицы, перемещающиеся с большой скоростью (это микроизлучатели).

Основными источниками радиоволн на нашей планете стали разнообразные явления в области электричества, которые идут в атмосфере, солнечное излучение, радиовещатели и телестанции, системы связи и радиолокаторы.

Рентгеновское излучение порождают процессы, проходящие внутри атомов. Например, рентгеновские лучи появляются при торможении изначально ускоренных электронов, если они попадают в вещество и переходах электронов в тяжелых атомах с внешних на внутренние орбиты.

Гамма излучение имеет ядерное происхождение. Такие лучи появляются в случае перехода ядер атомов из состояний возбуждения в невозбужденные.

Некоторые диапазоны могут перекрываться, поскольку волны равных длин способны возникать в различных процессах. Например, самые короткие волны ультрафиолетового диапазона перекрываются рентгеновскими лучами с самыми длинными волнами.

В данном отношении знаменательна пограничная область инфракрасных волн и радиоволн. Вплоть до 1922 года между данными диапазонами имелся пробел. Излучение с самой короткой длиной волны рассматриваемого промежутка было молекулярного происхождения (это излучение тела с повышенной температурой), а излучение с самой длинной волной создавали макроскопические вибраторы Герца.

Применение электромагнитных волн

Радиоволны применяются в самых разных областях жизни человека.

1. Радиоволны используют для реализации беспроводной связи.
2. Для нахождения точных расстояний используют электромагнитные волны.
3. Астрономы применяют данные волны для исследования небесных тел.
4. Электроагнитные излучения всех видов всех видов применяют в медицине.

Применение электромагнитных волн в медицине:

• Гамма излучение применяют в диагностике части заболеваний и терапии.
• Рентгеновские лучи ослабляются разными тканями организма по-разному, что позволяет получать рентгеновские изображения внутренних органов.
• Видимые, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи порождают фотобиологические процессы в разных системах. Видимый свет необходим для фотосинтеза у растений.
• Тепловые эффекты, которые вызывает инфракрасное излучение используют для лечения некоторых заболеваний тканей поверхностей.
• Инфракрасные лучи активизируют метаболизм.
• Ультрафиолетовые лучи с длиной волны 315≤λ≤380 нм участвуют в процессе образования витамина D у человека.
• Короткие ультрафиолетовые лучи 200≤λ≤280 нм являются бактерицидными.
• Нагрев тканей при помощи радиоволн применяют в физиотерапии. В этом случае применяют аппараты ультравысокой частоты и индуктотермии.

При УВЧ – терапии на избранную часть тела помещают два плоских электрода (они не касаются тела). Под воздействием электромагнитной волны в тканях появляются токи проводимости и по закону Джоуля - Ленца выделяется некоторой количество теплоты ($Q$):

$Q=\frac{kE_{ef}^2V\Delta{}t}{\rho{}}\ (1)$, где:

• $ E_{ef}$ - эффективная величина напряженности электрического поля;
• $ρ$ – удельное сопротивление ткани тела;
• $V$ - объем тела, которое подвергается прогреву;
• $k$ - коэффициент пропорциональности;
• $\Delta{}t$ – время процедуры.

В индуктотермии для действия на организм применяют переменное магнитное поле большой частоты. В этом случае в проводящих ток тканях появляются вихревые токи, и их энергия переходит в тепловую. Количество теплоты, которое выделяется равно:

$Q=\frac{k}{\rho{}}{\omega{}}^2B_{ef}^2\ \Delta{}t(2),$

где $\omega{}$ – циклическая частота изменения поля.