Экзамен / Ответы на вопросы / 36.Излучение электромагнитных волн. Зоны сформировавшейся и несформировавшейся волны. Шкала

Вопрос №36

1. Излучение электромагнитных волн.

Электромагнитные волны излучаются зарядами (чаще всего электронами), если эти заряды двигаются с ускорением. Равномерно двигающийся заряд создаёт вокруг себя постоянное поле.

Если же заряд двигается ускоренно (или замедленно), скорость меняется, и напряжённость магнитной составляющей тоже меняется (напряжённость пропорциональна скорости заряда). Изменение магнитного поля вызовет появление электрического поля, тоже переменного.

Изменение электрического поля - это ток смещения, который создаёт магнитное поле, и т.д.

Чаще всего колебания зарядов гармонические, тогда и ускорение меняется по синусоидальному закону, и ЭМВ будут синусоидальными.

2. Зоны сформировавшейся и несформировавшейся волны.

Следует отметить, что все вышесказанное относится к волнам на достаточном удалении от источника ЭМВ, в так называемой зоне сформировавшейся волны (r<<2l²/λ), где l – максимальный линейный размер источника излучения (антенны).

В зоне несформировавшейся волны (х>>2l²/) магнитная и электрическая составляющая волны не равноправны, и, в зависимости от вида источника, преобладает одна из них.

Такое разделение имеет большое практическое значение. В частности, только в зоне сформировавшейся волны имеют смысл понятия потока и интенсивности, и только там их можно измерять соответствующими приборами. В ближней зоне характеристики волны сильно зависят от конкретной конструкции излучателя.

Например, если излучатель выполнен в виде катушки, в нём будет возникать магнитное поле, и в зоне несформировавшейся волны будет значительно преобладать магнитная составляющая поля. Поэтому при измерениях в ближней зоне нельзя измерять интенсивность волны, а необходимо специальными приборами измерять сами величины напряжённостей полей Е и Н. Несоблюдение этого правила может привести к серьёзным ошибкам при оценке безопасности нахождения людей в зоне действия радиолокаторов и прочих генераторов радиоволн (и других волн).

В ближней зоне характеристики волны сильно зависят от конкретной конструкции излучателя.

1. если излучатель выполнен в виде катушки, в нём будет возникать магнитное поле, и в зоне несформировавшейся волны будет значительно преобладать магнитная составляющая поля.

2. если излучатель в виде конденсатора- возникает электрическое поле.

Поэтому при измерениях в ближней зоне нельзя измерять интенсивность волны, а необходимо специальными приборами измерять сами величины напряжённостей полей Е и Н.

Несформировавшейся волны

При распространении волны от источника она не сразу приобретает те свойства, которые характерны для этой же волны на относительно большом расстоянии от места возникновения. Говорят, что поблизости от источника волна не сформировалась. Эта зона несформировавшейся волны простирается на расстояние в одну - две длины волны от источника.

Сформировавшейся волны

На большем расстоянии волна приобретает правильный вид, и только там можно характеризовать её приведенными ранее формулами; такая зона называется зоной сформировавшейся волны.

3. Шкала электромагнитных волн.

ЭМВ подразделяют на диапазоны в зависимости от их частоты и длины волны. Напомним, что длиной волны называют расстояние, которая волна проходит за период Т, или расстояние между двумя точками волны, колебания в которых имеют фазовый сдвиг, равный 2. Соответственно, = vT = v/, то есть длина волны обратно пропорциональна частоте.

Полный спектр ЭМВ, доступный для современной астрофизики, охватывает диапазон частот до 10²⁷ Гц (~ 10^-19 м). Можно только удивляться тому, насколько малую информацию мы получаем, воспринимая зрительно лишь ничтожную часть электромагнитного спектра – оптическое излучение ( от 400 до 800 нм).

В зависимости от частоты (или длины волны) выделяют следующие диапазоны ЭМВ:

Диапазон	Поддиапазон	Частота	Длина волны
Низкочастотное излучение		До 60 кГц	Свыше 5 км
Высокочастотное излучение (радио окно)	Длинные волны	60-300 кГц	1-5 км
	Средние волны	300 кГц-3 МГц	100 м – 1км
	Короткие волны	3-30 Мгц	10-100 м
УВЧ-диапазон		30-300 МГц	1-10 м
СВЧ-диапазон	ДЦ	0,3-3,0 ГГц	1 дм- 1 м
	СМ	3-30 ГГц	1 см – 1 дм
	ММ	30-300 ГГц	1 мм – 1 см
Инфракрасное излучение		300 ГГц-40000 ГГц	1 мм-760 нм
Видимый свет		40000ГГц-75000 ГГц	760 нм-400 нм
Ультрафиолетовое излучение		7,5.1014 – 3.1016 Гц	400 нм-10 нм
Рентгеновское излучение		3,75.1015-3.1022 Гц	80 нм – 10-5 нм
Гамма-излучение		Более 3.1018	Менее 0,1 нм

ЭМВ можно классифицировать также по характеру их генерации.

Радиоволны излучаются макроизлучателями (колебательными контурами, клистронами, магнетронами),

прочие волны – микроизлучателями (молекулами, атомами, ядрами или элементарными частицами).

Радиоволны могут излучаться непрерывно или импульсно, остальные волны всегда излучаются в виде квантов (Е = h).

Электромагнитные излучения (ЭМИ) также делят на ионизирующие (рентгеновское и гамма-излучения) и неионизирующие. С ионизирующими излучениями и особенностями их действия на организм вы познакомитесь на лекциях по ядерной физике, сегодня наше внимание будет привлечено к неионизирующим излучениям.