Elektromagnetiline kiirgus

Elektromagnetilised lained on lained, mis sisaldavad elektrivälja ja magnetvälja ning kannavad energiat. Nad liiguvad valgusekiirusega.

Kvantmehaanika arenes välja elektromagnetlainete uurimisest. See valdkond hõlmab nii nähtava kui ka nähtamatu valguse uurimist. Nähtav valgus on valgus, mida saab normaalse nägemisega näha vikerkaare värvides. Nähtamatu valgus on valgus, mida tavalise nägemisega ei näe ja mis hõlmab energeetilisemaid ja kõrgema sagedusega laineid, nagu ultraviolett-, röntgen- ja gammakiirgus. Kvantmehaanika valdkonnas uuritakse ka pikemaid laineid, nagu infrapuna-, mikro- ja raadiolained.

Mõned elektromagnetilise kiirguse liigid, näiteks röntgenkiirgus, on ioniseeriv kiirgus ja võivad olla teie organismile kahjulikud. Ultraviolettkiirgus on valgusspektri lilla otsa lähedal ja infrapunakiirgus on punase otsa lähedal. Infrapunakiired on soojuskiired ja ultraviolettkiired põhjustavad päikesepõletust.

Elektromagnetilise spektri eri osad erinevad lainepikkuse, sageduse ja kvanteenergia poolest.

Helilained ei ole elektromagnetilised lained, vaid õhu, vee või mõne muu aine rõhulained.

Elektromagnetiliste sageduste vahemik. "UHF" tähendab "ülikõrgsagedus", VHF on "väga kõrge sagedus". Mõlemat kasutati varem USAs televisiooni puhul.

Matemaatiline sõnastus

Füüsikas on hästi teada, et tüüpilise laine võrrand on järgmine

∇ 2 f = 1 c 2 ∂ 2 f ∂ t 2 {\displaystyle \nabla ^{2}f={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}f}{\partial t^{2}}}} $\nabla ^{2}f={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}f}{\partial t^{2}}}$

Probleem on nüüd tõestada, et Maxwelli võrrandid tõestavad selgesõnaliselt, et elektri- ja magnetväljad tekitavad elektromagnetilist kiirgust. Tuletame meelde, et kaks Maxwelli võrrandit on esitatud järgmiselt

∇ × E = - ∂ B ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}} $\nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}$

∇ × B = μ o j + μ o ϵ o ∂ E ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {B} =\mu _{o}\mathbf {j} +\mu _{o}\epsilon _{o}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}} $\nabla \times \mathbf {B} =\mu _{o}\mathbf {j} +\mu _{o}\epsilon _{o}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}$

Ülaltoodud võrrandite kõveruse hindamise ja vektorarvutuse abil saab tõestada järgmised võrrandid

∇ 2 E = 1 c 2 ∂ 2 E ∂ t {\displaystyle \nabla ^{2}\mathbf {E} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partial t}}} $\nabla ^{2}\mathbf {E} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partial t}}$

∇ 2 B = 1 c 2 ∂ 2 B ∂ t {\displaystyle \nabla ^{2}\mathbf {B} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {B}} }{\partial t}}} $\nabla ^{2}\mathbf {B} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {B} }{\partial t}}$

Märkus: tõendamiseks tuleb teha asendus

c = 1 μ o ϵ {\displaystyle c={\frac {1}{\sqrt {\mu _{o}\epsilon }}}} $c={\frac {1}{\sqrt {\mu _{o}\epsilon }}}$

Ülaltoodud võrrandid on analoogsed laineguratsiooniga, asendades f E ja B. Ülaltoodud võrrandid tähendavad, et magnetilise (B) ja elektrilise (E) välja kaudu toimuv levik tekitab laineid.

Seotud leheküljed

Fotoon

Küsimused ja vastused

K: Mis on elektromagnetilised lained?

V: Elektromagnetilised lained on lained, mis sisaldavad elektrivälja ja magnetvälja ning kannavad energiat. Nad liiguvad valguse kiirusega (299 792 458 meetrit sekundis).

K: Mis on kvantmehaanika?

V: Kvantmehaanika on elektromagnetlainete uurimisest välja kujunenud uurimisvaldkond. See hõlmab nii nähtava kui ka nähtamatu valguse uurimist.

K: Millised elektromagnetkiirguse liigid võivad olla teie kehale kahjulikud?

V: Mõned elektromagnetilise kiirguse liigid, näiteks röntgenkiirgus, on ioniseeriv kiirgus ja võivad olla teie kehale kahjulikud.

K: Kuhu kuuluvad ultraviolettkiired valgusspektris?

V: Ultraviolettkiirgus on valgusspektri violetse otsa lähedal.

K: Kuhu jäävad infrapunakiired valgusspektris?

V: Infrapunakiired on valgusspektri punase otsa lähedal.

K: Mille poolest erinevad infrapunakiired ultraviolettkiirtest?

V: Infrapunakiirte kasutatakse soojuskiirtena ja ultraviolettkiired põhjustavad päikesepõletust.

K: Kas helilained loetakse elektromagnetlaineteks?

V: Ei, helilained ei ole elektromagnetilised lained, vaid pigem on need õhu, vee või mõne muu aine rõhulained.