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Qui a découvert des ondes électromagnétiques? Ondes électromagnétiques – table. Types d'ondes électromagnétiques

Les ondes électromagnétiques (dont la table sera donnée ci-dessous) sont des perturbations des champs magnétiques et électriques qui sont répartis dans l'espace. Il existe plusieurs types. L'étude de ces perturbations traite de la physique. Les ondes électromagnétiques sont formées du fait qu'un champ alternatif électrique génère un champ magnétique et, à son tour, génère un courant électrique.

Histoire de la recherche

Les premières théories, qui peuvent être considérées comme les variantes les plus anciennes des hypothèses sur les ondes électromagnétiques, sont au moins les temps de Huygens. À cette époque, les hypothèses ont atteint un développement quantitatif marqué. Huygens en 1678 a émis en quelque sorte un «croquis» de la théorie – «Traité sur la lumière». En 1690, il a également publié un autre travail remarquable. Il contenait une théorie qualitative de la réflexion et de la réfraction sous la forme dans laquelle il est aujourd'hui représenté dans les manuels scolaires («ondes électromagnétiques», 9e année).

Ensemble avec cela, le principe de Huygens a été formulé. Avec son aide, il est devenu possible d'étudier le mouvement du front de vague. Ce principe a plus tard trouvé son développement dans les écrits de Fresnel. Le principe de Huygens-Fresnel revêt une importance particulière dans la théorie de la diffraction et la théorie de l'onde de la lumière.

Dans les années 1660 et 1670, une contribution expérimentale et théorique a été apportée aux études de Hooke et Newton. Qui a découvert des ondes électromagnétiques? Qui a mené les expériences qui prouvent leur existence? Quels sont les types d'ondes électromagnétiques? À propos de cela plus loin.

Justification de Maxwell

Avant de parler de qui a découvert des ondes électromagnétiques, il faut dire que le premier scientifique, qui prédit habituellement leur existence, était Faraday. Son hypothèse l'a avancé en 1832 année. La construction de la théorie a ensuite été traitée par Maxwell. En 1865, il a complété ce travail. En conséquence, Maxwell a strictement formulé la théorie mathématiquement, justifiant l'existence des phénomènes considérés. Il a également déterminé la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques, coïncidant avec la valeur alors utilisée de la vitesse de la lumière. Ceci, à son tour, lui a permis de corroborer l'hypothèse selon laquelle la lumière est l'un des types de rayonnements considérés.

Détection expérimentale

La théorie de Maxwell a trouvé sa confirmation dans les expériences de Hertz en 1888. Ici, il faut dire que le physicien allemand a mené ses expériences pour réfuter la théorie, malgré sa justification mathématique. Cependant, grâce à ses expériences, Hertz est devenu le premier à découvrir des ondes électromagnétiques pratiquement. De plus, au cours de ses expériences, le scientifique a identifié les propriétés et les caractéristiques des rayonnements.

Les oscillations électromagnétiques et les ondes Hertz ont été obtenues en excitant une série d'impulsions d'un flux à variation rapide dans un vibreur au moyen d'une source de tension accrue. Les flux haute fréquence peuvent être détectés au moyen d'un circuit. La fréquence d'oscillation sera plus élevée, plus sa capacité et son inductance seront élevées. Cependant, la fréquence plus élevée n'est pas une garantie de flux intensif. Pour mener leurs expériences, Hertz a utilisé un dispositif assez simple, aujourd'hui appelé «le vibreur Hertz». Le dispositif est un circuit oscillant ouvert.

Le schéma de l'expérience Hertz

L'enregistrement des émissions a été effectué à l'aide d'un vibromasseur récepteur. Cet appareil avait le même design que le dispositif rayonnant. Sous l'influence d'une onde électromagnétique d'un champ alternatif électrique, une oscillation de courant a été excitée dans le dispositif de réception. Si, dans ce dispositif, sa fréquence et la fréquence du flux coïncident, une résonance apparaît. En conséquence, les perturbations dans le dispositif récepteur se sont produites avec une amplitude plus grande. Découvert par leur chercheur, observant des étincelles entre les conducteurs dans un petit espace.

Ainsi, Hertz est devenu le premier qui a découvert les ondes électromagnétiques, a prouvé leur capacité à se réfléchir bien des conducteurs. La formation de rayonnements permanents était pratiquement justifiée. De plus, Hertz a déterminé la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans l'air.

Etude des caractéristiques

Les ondes électromagnétiques se propagent dans presque tous les médias. Dans un espace rempli de matière, le rayonnement peut dans certains cas être distribué assez bien. Mais en même temps, ils changent quelque peu leur comportement.

Les ondes électromagnétiques sous vide sont déterminées sans amortissement. Ils sont attribués à n'importe quelle distance arbitrairement longue distance. Les principales caractéristiques des ondes incluent la polarisation, la fréquence et la longueur. Les propriétés sont décrites en termes d'électrodynamique. Cependant, des sections plus spécifiques de la physique traitent des caractéristiques des rayonnements dans certaines régions du spectre . Pour eux, par exemple, vous pouvez inclure des optiques.

L'étude du rayonnement électromagnétique dur de la fin spectrale à courte longueur d'onde concerne la séparation des énergies élevées. Compte tenu des concepts modernes, la dynamique cesse d'être une discipline indépendante et est combinée à des interactions faibles dans une théorie.

Les théories utilisées dans l'étude des propriétés

Aujourd'hui, il existe diverses méthodes qui facilitent la modélisation et l'étude des manifestations et des propriétés des oscillations. Le plus fondamental des théories testées et complétées est l'électrodynamique quantique. À partir de cela, à travers ces ou d'autres simplifications, il devient possible d'obtenir les techniques suivantes, qui sont largement utilisées dans divers domaines.

La description du rayonnement à fréquence relativement basse dans un milieu macroscopique se réalise au moyen d'électrodynamiques classiques. Il est basé sur les équations de Maxwell. En même temps, il existe des simplifications dans les applications appliquées. Les études optiques utilisent l'optique. La théorie des ondes est utilisée dans les cas où certaines parties du système optique ont une taille approximative proche des longueurs d'ondes. L'optique quantique est utilisée lorsque les processus de diffusion, l'absorption des photons sont essentiels.

La théorie optique géométrique est le cas limitant dans lequel des longueurs d'onde négligeables sont autorisées. Il existe également plusieurs sections appliquées et fondamentales. Par exemple, ils comprennent l'astrophysique, la biologie de la perception visuelle et la photosynthèse, la photochimie. Comment les ondes électromagnétiques sont-elles classées? Un tableau qui montre clairement la répartition des groupes est présenté ci-dessous.

Classification

Il existe des plages de fréquences d' ondes électromagnétiques. Il n'y a pas de transition nette entre eux, parfois ils se chevauchent. Les frontières entre elles sont plutôt arbitraires. En raison du fait que le flux est distribué en continu, la fréquence est étroitement associée à la longueur. Voici les gammes d'ondes électromagnétiques.

Titre Longueur Fréquence
Gamma Moins de 17 heures Plus de 6 • 1019 Hz
Radiographie 10 à 17 heures 3 • 1016-6 • 1019 Hz
Ultraviolet 380 – 10 nm 7,5 • 1014-3 • 1016 Hz
Rayonnement visible De 780 à 380 nm 429-750 THz
Rayonnement infrarouge 1 mm – 780 nm 330 GHz-429 THz
Ultra court 10 m – 1 mm 30 MHz-300 GHz
Short 100 m – 10 m 3-30 MHz
Moyenne 1 km – 100 m 300kHz-3MHz
Longue 10 km – 1 km 30-300 kHz
Extra long Plus de 10 km Moins de 30 kHz

Le rayonnement ultra-court est généralement divisé en micromètre (sous-millimètre), millimètre, centimètre, décimètre, compteur. Si la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique est inférieure à un mètre, on appelle habituellement une oscillation ultra-haute fréquence (SHF).

Types d'ondes électromagnétiques

Les plages d'ondes électromagnétiques sont présentées ci-dessus. Quels sont les différents types de flux? Le groupe des rayonnements ionisants comprend les rayons gamma et les rayons X. Dans le même temps, il faut dire que la lumière ultraviolette et même visible peut ioniser les atomes. Les limites dans lesquelles les flux gamma et rayons X sont trouvés sont déterminées de manière très arbitraire. Comme orientation générale, les limites de 20 eV – 0.1 MeV sont acceptées. Les flux de gamma dans un sens étroit sont émis par le noyau, et les flux de rayons X sont émis par l'enveloppe atomique des électrons dans le processus de suppression des électrons à partir d'orbites basses. Cependant, cette classification ne s'applique pas aux rayonnements durs générés sans la participation de noyaux et d'atomes.

Les flux de rayons X sont formés lorsque les particules rapides chargées (protons, électrons, etc.) sont ralenties et en raison des processus qui se produisent à l'intérieur des coquilles d'électrons atomiques. Les oscillations gamma résultent des processus à l'intérieur des noyaux atomiques et de la transformation des particules élémentaires.

Courriers radio

En raison de la grande valeur des longueurs, la prise en compte de ces ondes peut être réalisée sans tenir compte de la structure atomique du milieu. À titre d'exception, seuls les flux les plus courts qui se rattachent à la région infrarouge du spectre. Dans la gamme radio, les propriétés quantiques des oscillations sont assez faiblement manifestées. Néanmoins, ils doivent être pris en compte, par exemple, lors de l'analyse des normes moléculaires de temps et de fréquence pendant le refroidissement de l'équipement à une température de plusieurs kelvins.

Les propriétés quantiques sont également prises en compte lors de la description des générateurs et des amplificateurs de millimètres et de centimètres. Le flux radio est formé pendant le mouvement du courant alternatif par des conducteurs de la fréquence appropriée. Et l'onde électromagnétique qui passe dans l'espace excite un courant alternatif qui lui correspond. Cette propriété est utilisée dans la conception d'antennes en génie radio.

Flux visibles

Le rayonnement visible ultraviolet et infrarouge est au sens le plus large de la soi-disant partie optique du spectre. L'isolement de cette région est causé non seulement par la proximité des zones correspondantes, mais aussi par la similitude des instruments utilisés dans l'étude et développés principalement lors de l'étude de la lumière visible. Il s'agit notamment des miroirs et des lentilles pour focaliser les rayonnements, les réseaux de diffraction, les prismes et autres.

Les fréquences des ondes optiques sont comparables à celles des molécules et des atomes, et leurs longueurs aux distances intermoléculaires et aux dimensions moléculaires. Par conséquent, les phénomènes qui résultent de la structure atomistique de la matière deviennent significatifs dans ce domaine. Pour la même raison, la lumière, ainsi que les ondes, possèdent également des propriétés quantiques.

L'apparition des flux optiques

La source la plus célèbre est le Soleil. La surface de l'étoile (photosphere) a une température de 6000 ° Kelvin et émet une lumière blanche brillante. La valeur la plus élevée du spectre continu se situe dans la zone "verte" – 550 nm. Il existe également un maximum de sensibilité visuelle. Les oscillations de la gamme optique se produisent lorsque les corps sont chauffés. Les flux infrarouges sont également appelés thermiques.

Plus le corps est chauffé, plus la fréquence est élevée, où se situe le maximum du spectre. Avec une certaine augmentation de température, nous observons la combustion (lueur dans la gamme visible). Dans le même temps, la couleur rouge apparaît d'abord, puis jaune, puis allumé. La création et l'enregistrement des flux optiques peuvent se produire dans des réactions biologiques et chimiques, dont l'une est utilisée dans la photographie. Pour la plupart des créatures vivant sur Terre, la photosynthèse agit comme une source d'énergie. Cette réaction biologique se produit dans les plantes sous l'influence du rayonnement solaire optique.

Caractéristiques des ondes électromagnétiques

Les propriétés du support et de la source affectent les caractéristiques des flux. Ainsi, en particulier, la dépendance temporelle des champs qui détermine le type de flux est établie. Par exemple, si vous changez de distance du vibreur (avec une augmentation), le rayon de courbure devient plus grand. En conséquence, une onde électromagnétique plane est formée. L'interaction avec la substance se produit également de différentes façons. Les processus d'absorption et d'émission de flux, en règle générale, peuvent être décrits à l'aide de relations électrodynamiques classiques. Pour les ondes de la région optique et pour les rayons rigides, la plus grande nature quantique doit être prise en compte.

Sources de fil

Malgré la différence physique, partout – dans une substance radioactive, un émetteur de télévision, une lampe à incandescence – les ondes électromagnétiques sont excitées par des charges électriques qui se déplacent avec une accélération. Il existe deux principaux types de sources: microscopiques et macroscopiques. Dans le premier cas, une transition en forme de saut de particules chargées d'un niveau à l'autre se déroule dans des molécules ou des atomes.

Les sources microscopiques émettent des rayons X, gamma, ultraviolets, infrarouges, visibles et, dans certains cas, des rayonnements à ondes longues. Comme exemple de ce dernier, on peut citer la ligne du spectre d'hydrogène, ce qui correspond à une onde de 21 cm. Ce phénomène revêt une importance particulière dans la radioastronomie.

Les sources de type macroscopique sont des radiateurs, dans lesquels des oscillations synchrones périodiques sont effectuées par des électrons libres de conducteurs. Dans les systèmes de cette catégorie, les flux de millimètres aux plus longs (dans les lignes électriques) se produisent.

Structure et force des flux

Les charges électriques qui se déplacent avec l'accélération et les courants qui changent périodiquement ont un effet l'un avec l'autre avec certaines forces. La direction et l'ampleur dépendent de facteurs tels que la taille et la configuration de la zone dans laquelle les courants et les charges sont contenues, leur direction et leur grandeur relatives. Une influence significative est également exercée par les caractéristiques électriques d'un milieu particulier, ainsi que par des changements dans la concentration des charges et la répartition des courants sources.

En relation avec la complexité globale de poser le problème, il est impossible de présenter la loi des forces sous la forme d'une seule formule. La structure, appelée champ électromagnétique et considérée comme un objet mathématique si nécessaire, est déterminée par la répartition des charges et des courants. Elle, à son tour, est créée par une source donnée lorsque les conditions aux limites sont prises en compte. Les conditions sont déterminées par la forme de la zone d'interaction et les caractéristiques du matériau. Si nous parlons d'espace illimité, ces circonstances sont complétées. Comme condition supplémentaire spéciale dans de tels cas, la condition de radiation apparaît. En raison de cela, la "justesse" du comportement de terrain à l'infini est garantie.

Chronologie de l'étude

La théorie corpusculaire-cinétique de Lomonosov dans certaines de ses positions anticipe certains postulats de la théorie du champ électromagnétique: le mouvement de rotation des particules, la théorie de la lumière (tourbillonnante), la généralité de la nature de l'électricité, etc. Les flux infrarouges ont été découverts dans les années 1800 Herschel (scientifique anglais), et l'année suivante, 1801, Ritter décrit l'ultraviolet. Le 8 novembre, Roentgen a découvert un rayonnement d'une portée plus courte que la gamme ultraviolette. Par la suite, on l'appelait la radiographie.

Influence des ondes électromagnétiques a été étudiée par de nombreux scientifiques. Cependant, le premier à explorer les possibilités de cours d'eau, leur champ d'application est devenue Narkevitch-Iodko (chiffre scientifique biélorusse). Il a étudié les propriétés des flux par rapport à la pratique de la médecine. Le rayonnement gamma a été découverte par Paul Villard en 1900. Dans la même période Planck a mené des études théoriques des propriétés d'un corps noir. Au cours de l'étude, ils ont été processus ouvert quantique. Son travail a été le début du développement de la physique quantique. , Plusieurs Planck et Einstein a été publié par la suite. Leur recherche a conduit à la formation d'une telle chose comme un photon. Ceci, à son tour, a marqué le début de la création de la théorie quantique du flux électromagnétique. Son développement a continué dans les travaux des personnalités scientifiques du XXe siècle.

D'autres recherches et travaux sur la théorie quantique du rayonnement électromagnétique et son interaction avec la matière a conduit finalement à la formation de l'électrodynamique quantique sous la forme dans laquelle il existe aujourd'hui. Parmi les éminents scientifiques qui ont étudié cette question, il convient de mentionner, en plus d'Einstein et Planck, Bohr, Bose, Dirac, de Broglie, Heisenberg, Tomonaga, Schwinger, Feynman.

conclusion

La valeur dans le monde moderne de la physique est suffisamment grande. Presque tout ce qui est utilisé aujourd'hui dans la vie humaine, est apparu grâce à l'utilisation pratique de la recherche de grands scientifiques. La découverte des ondes électromagnétiques et leur étude, en particulier, a conduit au développement de téléphones conventionnels et plus tard mobiles, des émetteurs radio. Application pratique particulière importance d'une telle connaissance théorique dans le domaine de la médecine, l'industrie et la technologie.

Cela est dû à l'utilisation généralisée de la science quantitative. Toutes les expériences physiques basées sur la mesure, la comparaison des propriétés des phénomènes étudiés avec les normes existantes. Il est à cet effet dans la discipline des instruments mis au point de mesure complexes et unités. Plusieurs modèles sont communs à tous les systèmes matériels existants. Par exemple, les lois de conservation de l'énergie sont considérées comme des lois physiques communes.

La science dans son ensemble est appelé dans de nombreux cas fondamentaux. Ceci est dû principalement au fait que d'autres disciplines donnent des descriptions qui, à son tour, obéissent aux lois de la physique. Ainsi, dans la chimie des atomes étudié, une substance dérivée d'eux, et de transformation. Mais les propriétés chimiques du corps déterminée par les caractéristiques physiques des molécules et des atomes. Ces propriétés décrivent ces sections de la physique, comme l'électromagnétisme, la thermodynamique, et d'autres.