Elektromagnetlained (8)

ELEKTROMAGNETLAINED
§31. Elektromagnetvдli
Liikumatud või liikuvad elektriliselt laetud osakesed tekitavad enda ümber elektrivälja. Elektrivälja jõujooned algavad positiivsetelt laengutelt ja lõppevad negatiivsetel laengutel. Elektriväli mõjub laetud osakestele, sõltumata sellest, kas need osakesed seisavad paigal või liiguvad. Elektrivool tekitab enda ümber magnetvälja. Magnetinduktsiooni jooned ümbritsevad vooluga juhte , niisuguseid välju
nimetatakse pöörisväljadeks.Magnetväli mõjub elektrivoolule, see tähendab ainult liikuvatele laetud osakestele. Muutumatu tugevusega elektrivool tekitab magnetvälja, mille induktsioon ajas ei muutu.
Elektri- ja magnetväljad on pidevad ja muutuvad sujuvalt üleminekul ruumi ühest punktist teise. Muutuv magnetväli tekitab kinniste jõujoontega elektrivälja. Niisiis elektrivälja tekitavad, mitte ainult elektrilaengud vaid ka muutuv magnetväli. Magnetinduktsiooni B muutumisel ajas tekib elektriväli, mille jõujooned ümbritsevad magnetinduktsiooni jooni(joon A). Lenzi reegli kohaselt moodustab elektrivälja tugevuse vektor E,
magnetinduktsiooni kasvamisel vektori B suunaga vastupäeva süsteemi. Maxwell leidis, et nii nagu muutuv magnetväli tekitab elektrivälja nii ka muutuv elektriväli tekitab magnetvälja. Selle magnetvälja jõujooned ümbritsevad elektrivälja jõujooni (joon B) niisama nagu elektrivälja jõujooned ümbritsevad muutuva magnetvälja induktsioonijooni. Nüüd aga moodustab magnetinduktsiooni vektor B elektrivälja tugevuse kasvamisel vektoriga E päripäeva süsteemi ja elektrivälja tugevuse kahanemisel vastupäeva süsteemi. Maxwelli hüpoteesi kohaselt tekitab magnetvälja mitte ainult lüliti sulgemisel juhtmes tekkiv kondensaatori laadimisvool, vaid ka kondensaatori katete vahelises ruumis muutuv elektriväli(joon B). Elektrimagnetlained eksisteerivad ainult seetõttu, et muutuv magnetväli tekitab muutuva elektrivälja , mis omakorda tekitab magnetvälja jne. Elektri- ja magnetvälja vastastikkuse seose tõttu, need väljad ei saa eksisteerida lahus. Neid välju koos nimetatakse elektromagnetväljaks.
§32. Elektromagnetlained
Laengu liikumine muudab laengu lähedast elektrivälja. See muutuv elektriväli
tekitab ruumi naaberpiirkondades muutuva magnetvälja. Muutuv magnetväli tekitab omakorda muutuva elektrivälja jne. Laengu liikumine tekitab seega el.magnetvälja "helgi", mis haarab levides järjest suuremaid ruumipiirkondi ning seab ümber oma teel selle välja, mis eksisteeris enne laengu liikumist. Lõpuks jõuab see "helk" teise laenguni, mis põhjustabki sellele laengule mõjuva jõu muutumise.
Maxwell tõestas, et elektromagnetilise häiruse protsessi levimiskirus võrdub valgusekiirusega vaakumis . Kui elektrilaengu ümberpaiknemine ühest ruumipunktist teise on piki minget sirget kiire võnkumine, siis hakkavad tekkivad elektriväljad ja magnetväljad perioodiliselt muutuma . Laengut ümbritsevas ruumis tekib ajas perioodiliselt muutuvate ja teineteisega risti olevate elektri- ja magnetväljade süsteem, mis haarab üha suuremaid piirkondi „hetkpilt“. Tekib nn elektromagnetlaine, mis levib võnkuvast laengust kõikidesse suunadesse. Igas ruumipunktis muutuvat elektri- ja magnetvälja ajas perioodiliselt. Kahe lähima vaheline kaugus, milles võnkumised on samas faasis on võrdne lainepikkusega lambda . Elektirvälja tugevuse ja magnetvälja induktsiooni võnkuvate vektorite sihid on risti laine levimissihiga elektromagnetlaine on ristlaine . Kui pöörata parempoolse kruvi pead vektorilt E vektorile B, siis ühtib kruvi liikumise suund elektromagnetlaine kiiruse C suunaga.
Elektromagnetlaineid kiirgavad võnkuvad laegnud. Elektromagnetvälja energia muutub ruumis antud ajahetkel vastavalt vektoritelt E ja B muutumisele. Laine kannab endaga energiat, mis levib lainelevimissuunas kiirusega c. Energia muutub mistahes ruumi osas aja jooksul perioodiliselt. Laine levimiskiirus võrdub laine pikkuse ja sageduse korrutisega: c=landbaf.
§33. Elektromagnetlainete kiirgamine
Intentiivsete elektromagnetlainete tekitamiseks on tarvis küllalt suure sagedusega elektromagnetvõnkumisi. Elektriväljatugevus E ja magnetinduktsioon B hakkavad sel juhul kiiresti muutuma. Võnkeringi võnkesagedus omega0 = 1/ ruutjuur LC on seda suurem, mida väiksemad on võnkeringi induktiivsus L ja mahtuvus C. Sel viisil on võimalik tekitada kõrgsagedus võnkumisi. Tavaline võnkering kujutab endast peaaegu suletud võnkeringi, mis kiirgab elektromagnetlaineid väga nõrgalt. Saksa füüsik H. Hertz arvas, et ruumis lainena leviva võnkumise saamiseks tuleb kasutada avatud võnkeringi, mille korral elektromagnetväli ei jää enam võnkeringi detailide sisemusse . H. Hertz kasutas elektrimagnetlainete saamiseks seadet , mida praegu nimetatakse Hertzi vibraatoriks, see seade kujutab endast avatud võnkeringi. Avatud võnkeringile võib üle minna kinniselt võnkeringilt, kui nihutada kondensaatori katteid kaugemale ning vähendada katete pindala ja samaaegselt poori arvu (joonis A). Lõpuks saadakse lihtne sirgjuhe, mis ongi avatud võnkering (joonis B). Hertzi vibraatori mahtuvus ja induktiivsus on väikesed, mistõttu võnkesagedus on väga suur. Avatud võnkeringis pole laengud koondunud juhi otsestesse, vaid jaotatud kogu juhis. Voolutugevus on antud hetkel juhi erinevates ristlõigetes ühesuguse suunaga, kuid erineva tugevusega. Voolutugevus on voolu otstes 0, keskel aga maksimaalne. Võnkumiste tekitamiseks avatud võnkeringis tehti Hertzi eluajal järgmist: juhe lõigati keskelt pooleks ja jäeti kummagi poole vahele väike säde vahemik (joonis C), seejärel laeti kumbki juhi pool kõrge pingega. Ja avatud võnkeringis tekkisid võnkumised, et ära hoida võnkumiste sumbumist on vaja ergutada vibraatorit kõrgepinge allika abil seeria kiiresti muutuvate vooluimpulssidega. Maksimaalse intensiivsusega elektromagnetlained kiirguvad vibaatori teljega ristuvas sihis. Vibraatori telje sihis elektromagnetlaineid ei kiirgu. Lainete registreerimiseks kasutas Hertz teist vibraatorit, mille varraste vahel tekib säde näitas võnkumise olemasolu. Lähtevibraatori vardapaari võib vaadelda saateantennina ja laineid registreeriva vibraatori laineid vastuvõtu antennina. Antenniks nimetatakse elektrijuhtide süsteemi, mis on loodud elektromagnetlainete tekitamiseks või vastuvõtmiseks.
§34. Elektromagnetlainete skaala
Peamiseks elektromagnetlainete iseloomustavaks suuruseks on sagedus f või lainepikkus lambda vaakumis. Sagedus ja lainepikkus on seotud valemiga lambdaf=c, kus c on valgusekiirus vaakumis. ülevaate saamiseks kõikvõimalikest elektromagnetlainetest paigutatakse nad sageduse või lainepikkuse järgi skaalale .
Madalsageduslained (f=0....10(astmes4Hz)) on sisuliselt vahelduvvool , mida kantakse üle juhtmete abil.
Raadiolained (f=10asmtes5 ... 10astmes 12Hz) on elektromagnetilise info edeastamise põhivahendiks.
Optiline kiirgus (f=10astmes12.....10astmes17Hz) on peaosatäitjaks valgusnähtustel. Optilisest kiirgusest on nähtav ainult väike osa, selle kiirguse skaala keskel, millest ühele poole jävad infrapunased kiired ja teisele poole ultraviolettkiired.
Röntkeni kiirgus (f=10astmes16...10astmes19Hz) omab tähtsat osa meditsiinis, tema võime tõttu tungida läbi inimkeha
Gammakiirgust (f=10astmes19....10astmes23Hz) väljastavad radioaktiivse lagunemisel aatomite tuumal. Gammakiigrus tungib läbi peaaegu igast kehast.
Koos sageduse suurenemisega, suureneb ka kiirguse energia. Erinevate kiirguste vahel puuduvad skaalas kindlad piirid. Põhjuseks on kiirgus liigi määratlemine, tema tekitaja järgi. Erinevate kiirguallikate sagedused , võivad osaliselt kattuda