Что такое электромагнитные волны: э/м излучение

Что такое электромагнитные волны: э/м излучение

Электромагнитные волны или Э/М-излучение являются основным типом волн, которые используются для радиоволн, света и многих других форм излучения. Радиосигналы существуют как форма электромагнитной волны. Это такая же форма излучения, как свет, ультрафиолет, инфракрасное излучение и т. д., отличающаяся только длиной волны или частотой излучения. Электромагнитные волны играют ключевую роль в современной жизни. Они используются в огромном количестве областей, и современная жизнь была бы совершенно другой, если бы мы не могли их использовать. современные системы связи, радары и множество других вещей были бы возможны без них. Электромагнитное излучение может проходить через многие формы среды. Воздух и свободное пространство образуют идеальную среду. Однако проводящие среды, такие как металлы, образуют барьер, через который они не проходят. Есть также некоторые среды, через которые они могут путешествовать, но ослаблены.

Применение электромагнитных волн

В наши дни существует огромный уровень использования электромагнитных волн. Они используются для таких приложений, как радиосвязь и радиовещание, где радиосигналы используются для передачи данных в той или иной форме из места передачи в другое. Электромагнитные волны используются для всего: от традиционного вещания и радиосвязи до новейшей мобильной связи с высокоскоростными линиями связи 5G mmwave ближнего действия, а также беспроводными локальными сетями Wi-Fi и многим другим. Другое применение электромагнитных волн — навигация. Существует множество различных методов и систем, от старых гиперболических систем до современной спутниковой навигации. Все они используют электромагнитные волны. Электромагнитные волны используются для обнаружения и мониторинга. Радар является ключевым примером этого. Радар используется для всего: от контроля положения на традиционных экранах радаров для авиации и морского использования до контроля скорости с помощью доплеровских радаров, а также других приложений, таких как геофизический радар для обнаружения того, что находится под землей.

Электромагнитные волны – основы э/м излучения

Электромагнитные волны или э/м-излучение имеют две составляющие. Излучение состоит из электрических и магнитных компонентов, которые неразделимы. Плоскости полей расположены под прямым углом друг к другу и к направлению, в котором распространяется волна. Традиционный способ понять, что такое электромагнитные волны, состоит в том, чтобы думать о них как о синхронизированных колебаниях электрического и магнитного полей, другими словами, о поле, состоящем из электрических и магнитных полей, которые колеблются вместе.

Электромагнитная волна

Полезно посмотреть, откуда исходят различные элементы волны, чтобы получить более полное представление об электромагнитных волнах. Электрическая составляющая волны возникает в результате изменений напряжения, происходящих при возбуждении антенного элемента переменным сигналом. Силовые линии в электрическом поле проходят вдоль той же оси, что и антенна, но расширяются по мере удаления от нее. Это электрическое поле измеряется с точки зрения изменения потенциала на заданном расстоянии, например, вольт на метр, и это известно как напряженность поля. Эта мера часто используется при измерении интенсивности электромагнитной волны в определенной точке. Другая составляющая, а именно магнитное поле, находится под прямым углом к электрическому полю и, следовательно, под прямым углом к плоскости антенны. Он создается в результате протекания тока в антенне. Как и другие формы электромагнитных волн, радиосигналы могут отражаться, преломляться и претерпевать дифракцию. На самом деле некоторые из первых экспериментов с радиоволнами подтвердили эти факты, и они были использованы для установления связи между радиоволнами и световыми лучами.

Ключевые аспекты электромагнитных волн

Существует ряд основных свойств электромагнитных волн или любых повторяющихся волн, если уж на то пошло, которые особенно важны. Частота, длина волны и скорость являются тремя ключевыми параметрами любой электромагнитной волны.

Э/м скорость волны

скорость электромагнитных волн была чем-то, что ученым было трудно измерить в течение многих лет. Первоначально их интересовала только скорость света, потому что природа электромагнитных волн не была понята. Методы были приборами, и скорость света измерялась на удивление точно. Когда были открыты радиоволны, одним из первых измерений было измерение их скорости. Это было еще одним подтверждением того, что они были той же формой излучения, что и свет. Радиоволны распространяются с той же скоростью, что и свет. Для большинства практических целей скорость принимается равной 300 000 000 метров в секунду, хотя более точное значение составляет 299 792 500 метров в секунду. Несмотря на то, что они чрезвычайно быстры, им все же требуется конечное время, чтобы преодолеть заданное расстояние. При использовании современных методов радиосвязи необходимо учитывать время распространения сигнала на определенное расстояние. Радар, например, использует тот факт, что сигналу требуется определенное время для прохождения, чтобы определить расстояние до цели. Другие приложения, такие как мобильные телефоны, также должны учитывать время, затрачиваемое сигналами на распространение, чтобы гарантировать, что критические временные интервалы в системе не будут нарушены, а сигналы не будут перекрываться.

Длина волны волны E/m

Это расстояние между данной точкой в одном цикле и той же точкой в следующем цикле, как показано. Проще всего выбрать пики, так как их часто легче всего найти. Длина волны использовалась на заре радио или беспроводной связи для определения положения сигнала на циферблате радиоприемника. Хотя сегодня он не используется для этой цели, он, тем не менее, является важной характеристикой любого радиосигнала или, если уж на то пошло, любой электромагнитной волны. Длина волны радиоволны определяет многие аспекты проектирования электронных схем и радиочастот. Все, от размеров радиоантенн до допустимых расстояний в печатных платах.

Частота

Частота электромагнитной волны и, в частности, радиосигнала определяет его положение в радиоспектре. Видно на циферблатах радиоприемников, а также очень многих других элементах электронной аппаратуры. Частота сигнала — это количество раз, когда конкретная точка на волне перемещается вверх и вниз за заданное время (обычно за секунду). Единицей частоты является герц, и он равен одному циклу в секунду. Эта единица названа в честь немецкого ученого, открывшего радиоволны. Частоты, используемые в радио, обычно очень высокие. Соответственно часто встречаются префиксы кило, мега и гига. 1 кГц — это 1000 Гц, 1 МГц — это миллион герц, а 1 ГГц — тысяча миллионов герц, т. е. 1000 МГц. Первоначально единице частоты не давали названия, и использовались циклы в секунду (c/s). В некоторых старых книгах эти единицы могут указываться вместе с их префиксами: kc/s; Мгц/с и т. д. для более высоких частот.

Преобразование частоты в длину волны

Хотя длина волны использовалась в качестве меры для сигналов, сегодня используются исключительно частоты. Очень легко связать частоту и длину волны, поскольку они связаны со скоростью света, как показано:

Где

Л = длина волны в метрах,

f = частота в герцах

c = скорость радиоволн (света), принятая равной 300 000 000 метров в секунду для всех практических целей.

Уравнения Максвелла

Уравнения Максвелла — это способ математического описания электромагнитных волн. Уравнения подробно описывают то, как существуют электромагнитные волны, и на самом деле Джеймс Клерк Максвелл разработал уравнения до того, как кто-либо узнал, что такое электромагнитные волны. Только когда Генрих Герц провел эксперименты, он смог доказать, что некоторые обнаруженные им волны были электромагнитными волнами уравнений Максвелла. Со временем было достигнуто гораздо большее понимание этих волн, и стало понятно, что свет и другие формы излучения одинаковы и являются электромагнитными волнами: радиоволнами, светом, инфракрасным, ультрафиолетовым и т.д. Электромагнитные волны являются ключом к радио и беспроводной связи. Тот факт, что они могут перемещаться на огромные расстояния, а также отражаться, преломляться и дифрагировать, означает, что они уже много лет используются в качестве основы для радиосвязи на всех расстояниях от нескольких сантиметров до многих сотен тысяч или миллионов миль.