Cosa sono le onde elettromagnetiche?

Le onde elettromagnetiche, secondo la fisica, sono tra le più misteriose. In loro, l'energia in realtà scompare in nessun luogo, sembra dal nulla. Nessun altro oggetto simile esiste in tutta la scienza. Come si verificano tutte queste meravigliose interconversioni?

Elettrodinamica di Maxwell

Tutto iniziò con il fatto che lo scienziato Maxwell nel lontano 1865, attingendo al lavoro di Faraday, ricavava l'equazione del campo elettromagnetico. Lo stesso Maxwell credeva che le sue equazioni descrivessero la torsione e la tensione delle onde nell'aria. Ventitré anni dopo, Hertz creò sperimentalmente tali disturbi nel mezzo, ed era possibile non solo coordinarli con le equazioni dell'elettrodinamica, ma anche ottenere le leggi che regolano la propagazione di questi disturbi. C'era una curiosa tendenza a dichiarare qualsiasi disturbo di natura elettromagnetica, le onde di Hertz. Tuttavia, queste radiazioni non sono l'unico mezzo per trasmettere energia.

Comunicazione senza fili

Ad oggi, le possibili opzioni per l'implementazione di tali comunicazioni wireless includono:

- accoppiamento elettrostatico, detto anche accoppiamento capacitivo;

- induzione;

- corrente;

- Accoppiamento Tesla, cioè accoppiamento di onde di densità elettronica su superfici conduttive;

- la più ampia gamma di portatori più comuni, chiamati onde elettromagnetiche, dalle frequenze ultrabasse alle radiazioni gamma.

Vale la pena considerare questi tipi di comunicazione in modo più dettagliato.

Accoppiamento elettrostatico

Due dipoli sono collegati da forze elettriche nello spazio, che è una conseguenza della legge di Coulomb. Questo tipo di connessione differisce dalle onde elettromagnetiche grazie alla possibilità di collegare i dipoli quando si trovano sulla stessa linea. Con l'aumentare delle distanze, la forza di accoppiamento si estingue e vi è anche una forte influenza di varie interferenze.

Accoppiamento a induzione

Basato su campi vaganti induttivi magnetici. Osservato tra oggetti che hanno induttanza. La sua applicazione è piuttosto limitata a causa di azioni a corto raggio.

Comunicazione corrente

A causa delle correnti di diffusione nell'ambiente conduttivo, può verificarsi una certa interazione. Se le correnti passano attraverso i terminali (una coppia di contatti), allora queste stesse correnti possono essere rilevate ad una distanza considerevole dai contatti. Questo è ciò che viene chiamato l'effetto della diffusione delle correnti.

Connessione Tesla

Il famoso fisico Nikola Tesla ha inventato la connessione con l'aiuto delle onde su una superficie conduttiva. Se in qualche punto del piano la densità del portatore di carica viene disturbata, questi vettori inizieranno a muoversi, il che tenderà a ristabilire l'equilibrio. Poiché i trasportatori hanno natura inerziale, il restauro è di natura ondulatoria.

Accoppiamento elettromagnetico

L'emissione di onde elettromagnetiche è molto a lungo raggio, poiché la loro ampiezza è inversamente proporzionale alla distanza dalla sorgente. È questo metodo di comunicazione wireless che è diventato più diffuso. Ma quali sono le onde elettromagnetiche? Per prima cosa devi fare una piccola digressione nella storia della loro scoperta.

Come sono apparse le "onde elettromagnetiche"?

Tutto ebbe inizio nel 1829, quando il fisico americano Henry scoprì le perturbazioni delle scariche elettriche in esperimenti con le rive di Leida. Nel 1832, il fisico Faraday propose l'esistenza di un tale processo come le onde elettromagnetiche. Maxwell nel 1865 creò le sue famose equazioni di elettromagnetismo. Alla fine del diciannovesimo secolo, ci furono molti tentativi riusciti di creare comunicazioni wireless usando elettrostatico e induzione elettromagnetica. Il famoso inventore Edison inventò un sistema che consentiva ai passeggeri della ferrovia di inviare e ricevere telegrammi mentre il treno si muoveva. Nel 1888, G. Hertz dimostrò inequivocabilmente che le onde elettromagnetiche appaiono usando un dispositivo chiamato vibratore. Hertz ha realizzato l'esperienza di trasmettere un segnale elettromagnetico a distanza. Nel 1890, l'ingegnere e fisico Branly dalla Francia inventò un dispositivo per registrare le radiazioni elettromagnetiche. Successivamente, questo dispositivo è stato nominato "conduttore radio" (coherer). Negli anni 1891-1893 Nikola Tesla descrisse i principi di base dell'attuazione della trasmissione del segnale su lunghe distanze e brevettò un'antenna ad albero, che era una fonte di onde elettromagnetiche. Ulteriori successi nello studio delle onde e nella realizzazione tecnica della loro produzione e uso appartengono a famosi fisici e inventori come Popov, Marconi, de Mors, Lodge, Mirhead e molti altri.

Il concetto di "onda elettromagnetica"

Un'onda elettromagnetica è un fenomeno che si propaga nello spazio con una certa velocità finale ed è un campo elettrico e magnetico alternato. Poiché i campi magnetici ed elettrici sono inestricabilmente collegati tra loro, formano un campo elettromagnetico. Si può anche dire che un'onda elettromagnetica è una perturbazione del campo, e durante la sua propagazione, l'energia che un campo magnetico ha è convertita in energia del campo elettrico e ritorno, secondo l'elettrodinamica di Maxwell. Esternamente, questo è simile alla propagazione di qualsiasi altra onda in qualsiasi altro mezzo, tuttavia, ci sono differenze significative.

Differenza di onde elettromagnetiche dagli altri?

L'energia delle onde elettromagnetiche è distribuita in un ambiente piuttosto incomprensibile. Per confrontare queste onde e qualsiasi altra, è necessario capire che tipo di mezzo di propagazione in questione. Si presume che lo spazio intra-atomico riempia l'etere elettrico - un mezzo specifico, che è un dielettrico assoluto. Tutte le onde durante la propagazione mostrano una transizione di energia cinetica in potenziale e viceversa. Allo stesso tempo, per queste energie, il massimo nel tempo e nello spazio viene spostato l'uno rispetto all'altro di un quarto del periodo d'onda totale. L'energia media delle onde allo stesso tempo, essendo la somma del potenziale e energia cinetica è una costante Ma con le onde elettromagnetiche, la situazione è diversa. Energia e campi magnetici ed elettrici raggiungono i valori massimi simultaneamente.

Come nasce un'onda elettromagnetica?

La questione di un'onda elettromagnetica è un campo elettrico (etere). Un campo in movimento è strutturato e consiste nell'energia del suo movimento e dell'energia elettrica del campo stesso. pertanto energia potenziale Le onde sono collegate con cinetica e in fase. La natura di un'onda elettromagnetica è un campo elettrico periodico che si trova in uno stato movimento in avanti nello spazio e in movimento con la velocità della luce.

Tendenza delle correnti

C'è un altro modo per spiegare quali sono le onde elettromagnetiche. Si presume che le correnti di polarizzazione si verificano nell'aria durante il movimento di campi elettrici non uniformi. Sorgono, naturalmente, solo per un osservatore esterno fisso. Nel momento in cui un parametro come l'intensità del campo elettrico raggiunge il massimo, la corrente di polarizzazione in un dato punto nello spazio si fermerà. Di conseguenza, con un minimo di tensione, si ottiene l'immagine opposta. Questo approccio chiarisce la natura ondulatoria della radiazione elettromagnetica, poiché l'energia del campo elettrico viene spostata di un quarto del periodo rispetto alle correnti di polarizzazione. Quindi possiamo dire che la perturbazione elettrica, o meglio l'energia perturbativa, viene trasformata nell'energia della corrente di polarizzazione e indietro e si propaga in modo ondoso in un mezzo dielettrico.