§ 35. Шкала електромагнітних хвиль. Електромагнітні хвилі в природі і техніці

Електромагнітні хвилі (електромагнітне випромінювання) — це поширення у просторі коливань електромагнітного поля. Електромагнітні хвилі можуть випромінюватися різноманітними об’єктами — від величезних зір до атомних ядер. Про шкалу електромагнітних хвиль ви дізналися ще в курсі фізики 9-го класу. Отже, згадуємо і дізнаємося нове.

1. Шкала електромагнітних хвиль

Шкала (спектр) електромагнітних хвиль — безперервна послідовність частот і довжин електромагнітних хвиль, що існують у природі.

За способом випромінювання хвиль, що належать до тієї чи іншої ділянки спектра, розрізняють: низькочастотне випромінювання й радіохвилі; інфрачервоне випромінювання, видиме світло й ультрафіолетове випромінювання; рентгенівське випромінювання; гамма-випромінювання (рис. 35.1).

Рис. 35.1. Шкала (спектр) електромагнітних хвиль — безперервна послідовність частот і довжин електромагнітних хвиль, що існують у природі

Принципової відмінності між окремими ділянками спектра немає — усі ці види випромінювань являють собою електромагнітні хвилі. Ці хвилі поширюються у вакуумі з однаковою швидкістю, яка дорівнює швидкості світла; породжуються зарядженими частинками, що рухаються прискорено; одночасно мають і хвильові, і квантові властивості, оскільки корпускулярно-хвильовий дуализм — це загальна властивість природи. Зі збільшенням частоти (зменшенням довжини) на перший план поступово виходять квантові властивості електромагнітного випромінювання, зі зменшенням частоти — хвильові. В оптичному діапазоні і квантові, і хвильові властивості електромагнітного випромінювання виявляються майже однаково.

• Сподіваємося, що вам нескладно навести приклади на підтвердження останнього твердження.

Розглянемо спектр електромагнітних хвиль докладніше.

2. Радіохвилі

Радіохвилі — електромагнітні хвилі довжиною від 100 км (3 кГц) до ~ 0,1 мм (3 ТГц).

Радіохвилі — від наддовгих із довжиною понад 10 км до ультракоротких і мікрохвиль із довжиною менш ніж 0,1 мм — породжуються змінним електричним струмом.

Низькочастотне випромінювання (наддовгі радіохвилі) виникає, наприклад, навколо провідників, в яких тече змінний струм, і поблизу генераторів електричного струму. Оскільки енергія цих хвиль є дуже малою, вони можуть поширюватися на невеликі відстані й серйозно не впливають на організми, в тому числі на людину.

Електромагнітні хвилі радіодіапазону породжуються високочастотним змінним струмом, який створють генератори високочастотних електромагнітних коливань.

3. Електромагнітні хвилі оптичного діапазону

Будь-які хвилі оптичного діапазону випромінюються збудженими атомами під час їх переходу в стан з меншим рівнем енергії. Збудження атома відбувається внаслідок поглинання ним певної порції (кванта) енергії. Наприклад, під час непружного зіткнення атомів (або молекул) частина їх кінетичної енергії може витратитися на збудження, а потім випромінитися у вигляді кванта світла. Кожен ізольований атом, подібно до коливального контуру, може випромінювати тільки хвилі певних частот (щоправда, коливальний контур випромінює хвилі тільки однієї частоти).

4. Рентгенівське випромінювання

У XXI ст. навряд чи знайдеться доросла людина, яка хоча б раз у житті не робила рентгенівського знімка. Наприкінці ж XIX ст. зображення кисті людини з видимою структурою кісток (рис. 35.2.) обійшло шпальти газет усього світу й стало справжньою сенсацією для фізиків. За відкриття в 1895 р. рентгенівського випромінювання німецький фізик Вільгельм Конрад Рентґен (1845-1923) став першим у світі лауреатом Нобелівської премії.

Рентгенівське випромінювання (X-випромінювання) — електромагнітні хвилі довжиною від ~ 0,001 нм до ~ 100 нм.

Рис. 35.2. Перший рентгенівський знімок: кисть руки Берти Рентґен (дружини В. Рентґена) з обручкою

Рентгенівське випромінювання виникає внаслідок взаємодії швидких електронів з атомами катода в рентгенівській трубці, яка являє собою вакуумну скляну колбу з двома електродами — анодом А і катодом К (рис. 35.3). Між електродами створюється висока напруга (10-500 кВ), а катодом пропускають електричний струм; коли катод нагрівається, то з його поверхні починають вилітати (емітувати) електрони.

Рис. 35.3. Рентгенівська трубка: а — вигляд; б — схематичне зображення

• Згадайте, як називають явище емісії електронів із поверхні металу внаслідок нагрівання.

Електрони, які випромінює катод, розганяються електричним полем до величезних швидкостей. Їх потрапляння на анод спричиняє два види рентгенівського випромінювання: гальмівне, зумовлене величезним прискоренням електронів під час їхнього гальмування на аноді, та характеристичне, зумовлене високоенергетичними збудженнями електронних оболонок атомів.

Рентгенівське випромінювання найширше застосовують у медицині, адже воно має властивість проходити крізь непрозорі предмети (наприклад, тіло людини). Кісткові тканини менш прозорі для рентгенівського випромінювання, ніж інші тканини організму людини, тому кістки чітко видно на рентгенограмі. Рентгенівське випромінювання чинить руйнівну дію на клітини організму, тому застосовувати його потрібно надзвичайно обережно. Рентгенівську зйомку використовують також у промисловості (для виявлення дефектів), хімії (для аналізу сполук), фізиці (для дослідження структури кристалів).

5. Гамма-випромінювання

Гамма (γ)-випромінювання — електромагнітні хвилі довжиною менш ніж 0,05 нм.

γ-випромінювання випускається збудженими атомними ядрами під час ядерних реакцій, радіоактивних перетворень атомних ядер і перетворень елементарних частинок.

Хто відкрив Х-промені

Значний внесок у дослідження Х-випромінювання, яке згодом було названо рентгенівським, зробив видатний учений українського походження Іван Павлович Пулюй (1845-1918), адже саме він ще в 1881 р. винайшов трубку, яку використав потім В. Рентґен у своїх дослідах і яка стала прообразом трубок сучасних рентгенівських апаратів. Фахівці з історії фізики дотепер сперечаються про те, хто насправді відкрив Х-промені (див. також рубрику «Фізика і техніка в Україні» наприкінці § 35).

γ-випромінювання використовують у дефектоскопії (виявлення дефектів усередині деталей); радіаційній хімії (наприклад, у процесі полімеризації); сільському господарстві й харчовій промисловості (стерилізація харчів); медицині (стерилізація приміщень, променева терапія). На організми γ-випромінювання чинить мутагенний і канцерогенний вплив. Разом із тим чітко спрямоване й дозоване γ-випромінювання застосовують для знищення ракових клітин (променева терапія) (рис. 35.4).

Рис. 35.4. Використання γ-випромінювання для лікування онкозахворювань. Щоб γ-промені не знищували здорові клітини, застосовують декілька слабких пучків γ-променів, які фокусують на пухлині

Зверніть увагу! У діапазонах рентгенівського випромінювання і γ-випромінювання на перший план виступають квантові властивості електромагнітного випромінювання.

Підбиваємо підсумки

• Шкала електромагнітних хвиль — безперервна послідовність частот і довжин електромагнітних хвиль, що існують у природі.

• За способом випромінювання та приймання хвиль, що належать до тієї чи іншої ділянки спектра, розрізняють низькочастотне випромінювання і радіохвилі (створюються змінним електричним струмом); інфрачервоне випромінювання, видиме світло й ультрафіолетове випромінювання (випускаються збудженими атомами); рентгенівське випромінювання (створюється під час швидкого гальмування заряджених частинок); γ-випромінювання (випускається збудженими атомними ядрами).

• Усі види випромінювань є електромагнітними хвилями, а отже, поширюються у вакуумі зі швидкістю світла. Зі збільшенням частоти (зменшенням довжини) хвилі збільшується проникна здатність електромагнітного випромінювання і поступово на перший план виходять квантові властивості випромінювання.

Контрольні запитання

1. Назвіть відомі вам види електромагнітного випромінювання. 2. Що спільного між усіма видами електромагнітного випромінювання? У чому їх відмінність? 3. Як змінюються властивості електромагнітного випромінювання зі збільшенням його частоти? 4. Наведіть приклади застосування різних видів електромагнітного випромінювання. 5. Як уникнути негативного впливу деяких видів електромагнітного випромінювання на здоров’я людини?

1. Схему якого пристрою подано на рисунку? Хто першим створив цей пристрій? Назвіть основні частини пристрою.

2. Чому ультрафіолетові промені використовують для стерилізації приміщень, а інфрачервоні — ні?

3. Чому високо в горах слід обов’язково захищати очі окулярами?

4. Яку швидкість набирають електрони в рентгенівській трубці, що працює під напругою 32 кВ?

5. Відомо, що електромагнітне випромінювання чинить хімічну дію, зокрема завдяки електромагнітному випромінюванню відбувається фотосинтез. Підготуйте коротке повідомлення про значення фотосинтезу для життя на Землі.

6. Спираючись на властивості різних видів електромагнітного випромінювання, складіть інструкції щодо правил поведінки під час перебування на пляжі; під час медичних обстежень; під час роботи за комп’ютером.

ФІЗИКА І ТЕХНІКА В УКРАЇНІ

Іван Павлович Пулюй (1845-1918) — фізик і електротехнік українського походження, громадський діяч. Автор близько 50 наукових праць, насамперед із проблем катодного випромінювання та катодних Х-променів, електротехніки й електроенергетики.

І. П. Пулюй народився в містечку Гримайлів на Тернопільщині. Після закінчення Тернопільської гімназії продовжив навчання у Віденському університеті, здобув ступінь доктора натуральної філософії у Страсбурзькому університеті.

Дотепер залишається спірним питання про відкриття рентгенівського випромінювання, і якщо Вільгельма Рентґена знає увесь світ, то ім’я Івана Пулюя стало відомим широкому загалу нещодавно. Проте ще за 14 років до В. Рентґена І. П. Пулюй сконструював трубку, яка згодом стала прообразом сучасних рентгенівських апаратів.

І. П. Пулюй набагато глибше за В. Рентґена проаналізував природу та механізми виникнення Х-променів (пізніше їх було названо рентгенівськими), а також продемонстрував їхні властивості. Одним із перших І. П. Пулюй почав конструювати й виготовляти вакуумні пристрої. Широко відомою стала люмінесцентна газорозрядна лампа, яка увійшла в історію техніки як «лампа Пулюя» (Pulujlampe). Знімки в Х-променях, виконані Пулюєм за допомогою цієї лампи, найчастіше відтворювались у європейських науково-популярних виданнях як неперевершені за якістю для ілюстрації застосування Х-променів у медицині.

Ще одна із розробок ученого — запатентований винахід, який дав змогу використовувати лінію передачі змінного струму для одночасного телефонного зв’язку.

Ім’я І. П. Пулюя носить Тернопільський національний технічний університет; НАНУ заснувала премію імені Івана Пулюя за видатні роботи в галузі прикладної фізики.

✅Шкала електромагнітних хвиль

Електромагнітні хвилі класифікуються за довжиною хвилі або пов’язаною з нею частотою хвилі. Відзначимо також, що ці параметри характеризують не тільки хвильові, а й квантові властивості електромагнітного поля. Відповідно в першому випадку електромагнітна хвиля описується класичними законами, а в другому – квантовими законами.

Розглянемо поняття спектра електромагнітних хвиль. Спектром електромагнітних хвиль називається смуга частот електромагнітних хвиль, що існують у природі.

Спектр електромагнітного випромінювання в порядку збільшення частоти складають:

• Радіохвилі;
• Інфрачервоне випромінювання;
• Світлове випромінювання;
• Рентгенівське випромінювання;
• Гамма випромінювання.

Різні ділянки електромагнітного спектра відрізняються за способом випромінювання і прийому хвиль, що належать тій або іншій ділянці спектра. З цієї причини, між різними ділянками електромагнітного спектра немає різких кордонів.

Радіохвилі вивчає класична електродинаміка. Інфрачервоне світлове та ультрафіолетове випромінювання вивчає як класична оптика, так і квантова фізика. Рентгенівське і гамма випромінювання вивчається в квантовій і ядерній фізиці.

Розглянемо спектр електромагнітних хвиль більш докладно.

Радіохвилі

Радіохвилі являють собою електромагнітні хвилі, довжини яких перевершують 0.1мм (частота менше 3 10 12 гц = 3000 Ггц).

Радіохвилі поділяються на:

1. Наддовгі хвилі з довжиною хвилі більше 10 км (частота менше 3 ⋅ 10 4 гц = 30 кГц);
2. Довгі хвилі в інтервалі довжин від 10 км до 1 км (частота в діапазоні 3 ⋅ 10 4 гц – 3 ⋅ 10 5 гц = 300 кГц);
3. Середні хвилі в інтервалі довжин від 1 км до 100 м (частота в діапазоні 3 ⋅ 10 5 гц – 3 ⋅ 10 6 гц = 3 МГц);
4. Короткі хвилі в інтервалі довжин хвиль від 100 м до 10 м (частота в діапазоні 3 ⋅ 10 6 гц – 3 ⋅ 10 7 гц = 30 МГц);
5. Ультракороткі хвилі з довжиною хвилі менше 10 м (частота більше 3 ⋅ 10 7 гц = 30 МГц).

Ультракороткі хвилі в свою чергу поділяються на:

• метрові хвилі;
• сантиметрові хвилі;
• міліметрові хвилі;
• субміліметрові або мікрометрові.

Хвилі з довжиною хвилі менше, ніж 1м (частота менше ніж 300 МГц) називаються мікрохвилями або хвилями надвисоких частот (НВЧ – хвилі).

Через великі значення довжин хвиль радіодіапазону в порівнянні з розмірами атомів поширення радіохвиль можна розглядати без урахування атомістичної будови середовища, тобто феноменологічно, як прийнято при побудові теорії Максвелла.

Квантові властивості радіохвиль проявляються лише для самих коротких хвиль, що примикають до інфрачервоної ділянці спектра і при поширенні т. зв. надкоротких імпульсів з тривалістю порядку 10 -12 сек – 10 -15 сек, порівнянної з часом коливань електронів усередині атомів і молекул.

Інфрачервоне та світлове випромінювання

Інфрачервоне, світлове, включаючи ультрафіолетове, випромінювання складають оптичну область спектра електромагнітних хвиль в широкому сенсі цього слова. Близькість ділянок спектра перерахованих хвиль зумовило схожість методів і приладів, що застосовуються для їх дослідження та практичного застосування. Історично для цих цілей застосовували лінзи, дифракційні решітки, призми, діафрагми, оптично активні речовини, що входять до складу різних оптичних приладів:

З іншого боку випромінювання оптичної області спектра має загальні закономірності проходження різних середовищ, які можуть бути отримані за допомогою геометричної оптики, широко використовується для розрахунків і побудови, як оптичних приладів, так і каналів розповсюдження оптичних сигналів.

Оптичний спектр займає діапазон довжин електромагнітних хвиль в інтервалі від 2 ⋅ 10 -6 м = 2 мкм до 10 -8 м = 10 Нм (по частоті від 1.5 ⋅ 10 14 гц до 3 ⋅ 10 16 гц). Верхня межа оптичного діапазону визначається довгохвильовим кордоном інфрачервоного діапазону, а нижня короткохвильовим кордоном ультрафіолету.

Ширина оптичного діапазону за частотою складає приблизно 18 октав, з яких на оптичний діапазон припадає приблизно одна октава (); на ультрафіолет – 5 октав (), на інфрачервоне випромінювання – 11 октав ().

У оптичної частини спектра стають істотними явища, обумовлені атомістичною будовою речовини. З цієї причини поряд з хвильовими властивостями оптичного випромінювання проявляються квантові властивості.

Рентгенівське і гамма випромінювання

В області рентгенівського і гамма випромінювання на перший план виступають квантові властивості випромінювання.

Рентгенівське випромінювання виникає при гальмуванні швидких заряджених частинок (електронів, протонів та ін.), а також в результаті процесів, що відбуваються всередині електронних оболонок атомів.

Гамма випромінювання є наслідком явищ, що відбуваються всередині атомних ядер, а також в результаті ядерних реакцій. Кордон між рентгенівським і гамма випромінюванням визначається умовно за величиною кванта енергії 2, відповідного даній частоті випромінювання.

Рентгенівське випромінювання складають електромагнітні хвилі з довжиною від 50 нм до 10 -3 нм, що відповідає енергії квантів від 20 ев до 1 МеВ.

Гамма випромінювання складають електромагнітні хвилі з довжиною хвилі менш як 10 -2 нм, що відповідає енергії квантів більше 0.1Мев.

Електромагнітна природа світла

Світло є видимою ділянкою спектра електромагнітних хвиль, довжини хвиль яких займають інтервал від 0.4 мкм до 0.76 мкм. Кожній спектральній складовій оптичного випромінювання може бути поставлений у відповідність певний колір.

Забарвлення спектральних складових оптичного випромінювання визначається їх довжиною хвилі. Колір випромінювання змінюється в міру зменшення його довжини хвилі наступним чином: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий.

Червоне світло, відповідне найбільшій довжині хвилі, визначає червоний кордон спектра. Фіолетове світло – відповідає фіолетовому кордону.

Природне світло не забарвлене і представляє суперпозицію електромагнітних хвиль з усього видимого спектру. Природне світло з’являється в результаті випускання електромагнітних хвиль збудженими атомами. Характер збудження може бути різним:

В результаті збудження атоми випромінюють хаотичним чином електромагнітні хвилі приблизно протягом 10 -8 сек.

Оскільки енергетичний спектр збудження атомів досить широкий, то випромінюються електромагнітні хвилі з усього видимого спектру, початкова фаза, напрям і поляризація яких має випадковий характер. З цієї причини природне світло не поляризоване. Це означає, що “щільність” спектральних складових електромагнітної хвилі природного світла, мають взаємно перпендикулярні поляризації однаково.

mozok.click

Шкала електромагнітних хвиль. з_а довжиною хвилі К або частотою коливань (v) діапазон електромагнітних хвиль простягається від 10 11 м (3-Ю” 3 Гц) до 10 11 м (3-Ю 19 Гц). Шкалу електромагнітних хвиль наведено на мал. 198. Усю шкалу електромагнітних хвиль поділено на умовні діапазони: низькочастотні хвилі, радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, видиме випромінювання (світло), ультрафіолетове випромінювання, рентгенівське випромінювання та у-випромінювання. Такий поділ зумовлений тим, що прискорення заряджених частинок може відбуватись в різних системах фізичних тіл, що визначає їхню частоту. Отже, електромагнітні хвилі розподілено за типами відповідно до їх збудження. Так, радіохвилі породжуються електромагнітними коливаннями в коливальному контурі, який має цілком певні ємність та індуктивність, а у-промені з’являються внаслідок певних змін в ядрах атомів.

Електромагнітні хвилі різних діапазонів мають різний механізм випромінювання і різні властивості (див. таблицю). (Зрозуміло, що фізичні властивості цих хвиль цілком однакові, бо вони визначаються довжиною хвилі, а не методом їх збудження.)

Властивості електромагнітних хвиль різних діапазонів

Основні властивості та застосування

10-100 Мм (декамегаметрові), 1-10 Мм (мегаметрові), 100-1000 км (гектокілометрові), 10-100 км (міріаметрові)

Зазнають відчутної дифракції біля земної поверхні і притягуються до Землі наведеними ними індукційними струмами в земній корі; поширюються далеко за горизонт

Відбиваються від іоносфери і огинають опуклу земну поверхню. Забезпечують стійкий радіозв’язок

Поширюються прямолінійно від випромінюючої антени і, відбиваючись від іоносфери Землі, повертаються до її поверхні; поширюються далеко за горизонт

Ультракороткі (метрові, дециметрові, сантиметрові, міліметрові)

Пронизують іоносферу, а також поширюються вздовж поверхні Землі тільки у зоні прямої видимості. Використовують для космічного зв’язку; УКХ-радіостанцій, телебачення, мобільного зв’язку

Випромінювання нагрітих тіл. Застосовують для ІЧ-спектроскопії, у приладах нічного бачення

Випромінювання Сонця, ртутних ламп. Мають бактерицидну дію

Утворюються при гальмуванні пучка електронів, прискорених високою напругою або при переходах електронів на внутрішніх оболонках атомів. Проходять крізь непрозорі тіла. Використовуються в техніці, медицині

Виникають під час радіоактивного розпаду. Мають високу проникну й руйнівну здатність

З механізмом збудження і властивостями видимого світла, рентгенівських та у-променів ми ознайомимось згодом.

Практичне використання інфрачервоного та ультрафіолетового випромінювання. Інфрачервоні промені випромінюють усі тіла в природі, бо їх виникнення зумовлене хаотичним рухом молекул і атомів у будь-якій речовині.

З підвищенням температури енергія інфрачервоного випромінювання тіла швидко зростає. Випромінювання Сонця, окрім видимого світла, містить багато інфрачервоних та ультрафіолетових променів. За рахунок інфрачервоної складової сонячного випромінювання між різними точками земної поверхні створюються різниці температур. Інфрачервоне випромінювання Землі виносить енергію у світовий простір, що сприяє охолодженню поверхні Землі. Саме тому в пустелях, де атмосфера прозора, вночі холодно, хоч вдень була спека. Якщо є хмари, інфрачервоне випромінювання з поверхні Землі відбивається від них і втрати енергії у світовий простір зменшуються. Забруднення атмосфери призводить до так званого «парникового ефекту», коли інфрачервоне випромінювання, відбившись від верхніх шарів атмосфери, знову повертається до поверхні Землі. Наслідком парникового ефекту є глобальне потепління, яке може мати катастрофічні екологічні наслідки.

У практичних цілях інфрачервоні промені використовують для сушіння (наприклад, харчових продуктів), у пристроях охоронної сигналізації, в медицині – для проведення топографічної діагностики, у науці – для визначення різниці температур окремих ділянок поверхні планет, особливості будови молекул речовини тощо.

Природні джерела ультрафіолетового випромінювання – Сонце, зорі, туманності та інші космічні об’єкти – випромінюють ультрафіолетові промені трьох типів: «А», «В», «С». Ультрафіолетові промені типу «А» мають довжину хвилі від 320 до 400 нм, типу «В» – від 290 до 320 нм, типу «С» -ще коротші. Озоновий шар не пропускає ультрафіолетові промені *С», які поглинаються киснем та іншими компонентами атмосфери на висоті 30-200 км від поверхні Землі. Це відіграє певну роль в атмосферних процесах.

Ультрафіолетове випромінювання має досить високу енергію і тому здатне впливати на хімічні зв’язки (у тому числі і в живій клітині). Це викликає пошкодження мікроорганізмів на клітинному рівні, опіки шкіри та очей. Сонячні опіки зумовлюють ультрафіолетові промені типу «В». Промені типу «А» можуть проникати глибше в шкіру, що може призвести до раку шкіри.

Ультрафіолет використовують для дезінфекції. Ультрафіолет діє на живі клітини – бактерії, віруси, при цьому не впливає на хімічний склад середовища. Це відрізняє його від всіх хімічних засобів дезінфекції. Бактерицидна дія ультрафіолету зумовлена фотохімічними реакціями, у результаті яких відбуваються необоротні пошкодження ДНК, клітинних мембран.

Найбільш широко ультрафіолетові промені використовують у медицині, харчовій промисловості, для очистки води.

Дайте відповіді на запитання

1. На які діапазони поділяють шкалу електромагнітних хвиль?

2. Наведіть приклади практичного застосовування інфрачервоного та ультрафіолетового випромінювань.

Приклади розв’язування задач

Задача. Визначити довжину електромагнітної хвилі у вакуумі, на яку настроєний коливальний контур, якщо максимальний заряд конденсатора дорівнює 2 • 10~ 8 Кл, а максимальна сила струму в контурі дорівнює 1 А. Чому дорівнює ємність конденсатора, якщо індуктивність контуру 2-Ю 7 Гн? Чому дорівнює енергія електричного поля конденсатора в момент, коли енергія магнітного поля становить 3/4 від її максимального значення? Визначити напругу на конденсаторі у цей момент. Активним опором контуру знехтувати.

Довжину хвилі визначимо з формули

Для визначення періоду коливань використаємо закон збереження і перетворення енергії. Для незатухаючих коливань максимальна енергія магнітного поля дорівнює максимальній енергії електричного поля і дорівнює повній енергії електромагнітних коливань в контурі, тобто

Визначаємо довжину електромагнітної хвилі

Знаючи індуктивність контуру, знайдемо ємність конденсатора

Повна енергія електромагнітних коливань в контурі дорівнює сумі миттєвих значень енергії електричного і магнітного полів і, за відсутності затухання коливань, величина стала:

Підставляючи числові значення, матимемо

звідси знайдемо миттєве значен

ня напруги U на конденсаторі,

Відповідь: 38 м; 210 9 Ф; 2,5-10 8 Дж; 5 В.

1. Коливальний контур радіоприймача настроєний на частоту 6 МГц. У скільки разів треба змінити ємність конденсатора контуру, щоб настроїтися на довжину хвилі 150 м?

2. Антена корабельного радіолокатора розташована на висоті 25 м над рівнем моря. На якій максимальній відстані радіолокатор може виявити рятувальний пліт? З якою частотою можуть при цьому випускатися імпульси?

3. Радіолокатор працює на хвилі 5 см і випускає імпульси тривалістю 1,5 мкс. Скільки коливань міститься в кожному імпульсі? Яка мінімальна дальність виявлення цілі?

Найголовніше в розділі «Електромагнітні коливання та хвилі»

До електромагнітних коливань належать коливання електричного заряду q, сили струму 7, напруги U, зв’язані з ними коливання напруженості електричного поля Е та індукції магнітного поля В, а також самостійні коливання напруженості електричного поля Е та індукції магнітного поля В в електромагнітній хвилі.

Коливальний контур – коливальна система, що складається з конденсатора ємністю С і котушки індуктивністю L, в якій можуть збуджуватися електричні коливання. Такий контур називають закритим, оскільки він майже не випромінює енергії в простір. Електричні коливання в коливальному контурі виникають у результаті періодичного перетворення енергії електричного поля конденсатора в енергію магнітного поля котушки і потім енергії магнітного поля котушки в енергію електричного поля конденсатора.

Період власних коливань ідеального коливального контуру визначається формулою Томсона

У випадку вільних коливань без втрат (Я = 0) заряд q та напруга на конденсаторі С і сила струму і в котушці індуктивності змінюється за законом гармонічних коливань:

амплітудні значення заряду і напруги на конденсаторі та сили струму в котушці).

У реальному коливальному контурі вільні коливання є затухаючими.

Електромагнітні хвилі – явище поширення у просторі електромагнітних коливань, тобто взаємопов’язаних коливань електричного Е і магнітного В полів, які становлять єдине електромагнітне поле. Існування електромагнітних хвиль уперше передбачив у 1832 р. М.Фарадей. Відкриття електромагнітних хвиль на досліді здійснив у 1888 р. Г. Герц.

Для отримання електромагнітних хвиль використовують відкритий коливальний контур, який випромінює електромагнітні хвилі, джерелом яких є електрони, що рухаються з прискоренням.

Електромагнітні хвилі – поперечні: в електромагнітній хвилі вектори Е і В змінюються у взаємно перпендикулярних площинах, перпендикулярних до напрямку поширення, і їх коливання збігаються за фазою.

Для електромагнітних хвиль характерні загальні властивості хвильових процесів: відбивання, заломлення, дифракція, інтерференція, поляризація.

Довжина електромагнітної хвилі

За довжиною хвилі X або частотою коливань (v) межі діапазону електромагнітних хвиль від 10 а м (3-Ю 3 Гц) до 10 а м (3-Ю 19 Гц). Шкалу електромагнітних хвиль поділяють на ділянки за механізмом збудження. Електромагнітні хвилі різних діапазонів мають різний механізм випромінювання і різні властивості.

Радіозв’язок – передавання інформації за допомогою радіохвиль. Розрізняють радіомовлення (передавання музики, мовлення тощо); телеграфні сигнали, телебачення (передавання зображення) і власне радіозв’язок. Радіозв’язок здійснюють через випромінювальну та приймальну антени або через супутник зв’язку.

Частину фізики, яка вивчає світлові явища, називають оптикою (від грец. -оптикос• – зоровий), а самі світлові явища оптичними. Виокремлюють фізичну (хвильову) та геометричну оптики.

Фізична (або хвильова) оптика – розділ оптики, який вивчає властивості світла і його взаємодію з речовиною на основі уявлень про хвильову природу світла.

Геометрична (або променева) оптика – розділ оптики, в якому вивчаються закони поширення світлової енергії в прозорих середовищах на основі уявлень про світловий промінь.