Sähkömagneettisten aaltojen luonne. Tiivistelmä: Sähkömagneettiset aallot
Sivu 1
Suunnitelma
1. Esittely
2. Aallon käsite ja sen ominaisuudet
3. Sähkömagneettiset aallot
4. Kokeellinen todiste sähkömagneettisten aaltojen olemassaolosta
5. Sähkömagneettisen säteilyn vuotiheys
6. Radion keksintö
7. Sähkömagneettisten aaltojen ominaisuudet
8. Modulointi ja havaitseminen
9. Radioaaltojen tyypit ja niiden jakautuminen
Johdanto
Aaltoprosessit ovat luonnossa erittäin yleisiä. Luonnossa on kahdenlaisia aaltoja: mekaanisia ja sähkömagneettisia. Mekaaniset aallot etenevät aineessa: kaasussa, nesteessä tai kiinteässä aineessa. Sähkömagneettiset aallot eivät vaadi leviäkseen mitään ainetta, mukaan lukien radioaallot ja valo. Sähkömagneettinen kenttä voi esiintyä tyhjiössä, eli tilassa, joka ei sisällä atomeja. Huolimatta merkittävästä erosta sähkömagneettisten ja mekaanisten aaltojen välillä, sähkömagneettiset aallot käyttäytyvät etenemisensä aikana samalla tavalla kuin mekaaniset aallot. Mutta kuten värähtelyjä, kaiken tyyppisiä aaltoja kuvataan kvantitatiivisesti samoilla tai lähes identtisillä laeilla. Työssäni yritän pohtia sähkömagneettisten aaltojen esiintymisen syitä, niiden ominaisuuksia ja käyttöä elämässämme.
Aallon käsite ja sen ominaisuudet
Aalto Niitä kutsutaan värähtelyiksi, jotka etenevät avaruudessa ajan myötä.
Aallon tärkein ominaisuus on sen nopeus. Minkä tahansa luonteiset aallot eivät leviä avaruuden läpi välittömästi. Niiden nopeus on rajallinen.
Kun mekaaninen aalto etenee, liike siirtyy kehon osasta toiseen. Liikkeen siirtoon liittyy energian siirto. Kaikkien aaltojen pääominaisuus niiden luonteesta riippumatta on anergian siirtyminen ilman aineen siirtymistä. Energia tulee lähteestä, joka herättää värähtelyjä johdon, nauhan jne. alussa ja leviää aallon mukana. Energia virtaa jatkuvasti minkä tahansa poikkileikkauksen läpi. Tämä energia koostuu narun osien liike-energiasta ja sen elastisen muodonmuutoksen potentiaalienergiasta. Värähtelyjen amplitudin asteittainen pieneneminen aallon edetessä liittyy osan mekaanisesta energiasta muuttumiseen sisäiseksi energiaksi.
Jos saat venytetyn kumilangan pään värähtelemään harmonisesti tietyllä taajuudella v, nämä värähtelyt alkavat levitä johtoa pitkin. Johdon minkä tahansa osan värähtely tapahtuu samalla taajuudella ja amplitudilla kuin johdon pään värähtely. Mutta vain nämä värähtelyt siirtyvät vaiheittain suhteessa toisiinsa. Tällaisia aaltoja kutsutaan yksivärinen.
Jos vaihesiirtymä johdon kahden pisteen värähtelyjen välillä on 2n, niin nämä pisteet värähtelevät täsmälleen samalla tavalla: cos(2лvt+2л) = =сos2пvt. Tällaisia värähtelyjä kutsutaan vaiheessa(tapahtuu samoissa vaiheissa).
Lähimpänä olevien, samoissa vaiheissa värähtelevien pisteiden välistä etäisyyttä kutsutaan aallonpituudeksi.
Aallonpituuden λ, taajuuden v ja aallonnopeuden c välinen suhde. Yhden värähtelyjakson aikana aalto etenee etäisyyden λ yli. Siksi sen nopeus määräytyy kaavan mukaan
Koska jakso T ja taajuus v liittyvät toisiinsa suhteella T = 1 / v
Aallon nopeus on yhtä suuri kuin aallonpituuden ja värähtelytaajuuden tulo.
Elektromagneettiset aallot
Siirrytään nyt tarkastelemaan suoraan sähkömagneettisia aaltoja.
Luonnon peruslait voivat paljastaa paljon enemmän kuin ne sisältävät tosiasiat, joista ne on johdettu. Yksi niistä on Maxwellin löytämät sähkömagnetismin lait.
Lukemattomien, erittäin mielenkiintoisten ja tärkeiden seurausten joukossa, jotka johtuvat Maxwellin sähkömagneettisen kentän laeista, yksi ansaitsee erityistä huomiota. Tämä on johtopäätös, että sähkömagneettinen vuorovaikutus etenee rajallisella nopeudella.
Lyhyen kantaman toiminnan teorian mukaan varauksen liikuttaminen muuttaa sen lähellä olevaa sähkökenttää. Tämä vaihtuva sähkökenttä synnyttää vuorottelevan magneettikentän avaruuden viereisille alueille. Vaihteleva magneettikenttä puolestaan tuottaa vaihtuvan sähkökentän jne.
Varauksen liike aiheuttaa siten sähkömagneettisen kentän "purkauksen", joka leviäessään kattaa yhä laajemmat alueet ympäröivästä avaruudesta.
Maxwell osoitti matemaattisesti, että tämän prosessin etenemisnopeus on yhtä suuri kuin valon nopeus tyhjiössä.
Kuvittele, että sähkövaraus ei ole yksinkertaisesti siirtynyt pisteestä toiseen, vaan se on asetettu nopeiksi värähtelyiksi tiettyä suoraa pitkin. Sitten sähkökenttä varauksen välittömässä läheisyydessä alkaa muuttua ajoittain. Näiden muutosten jakso on ilmeisesti yhtä suuri kuin varausvärähtelyjakso. Vaihteleva sähkökenttä synnyttää ajoittain muuttuvan magneettikentän, ja jälkimmäinen puolestaan aiheuttaa vaihtuvan sähkökentän ilmaantumisen suuremmalla etäisyydellä varauksesta jne.
Jokaisessa avaruuden pisteessä sähkö- ja magneettikentät muuttuvat määräajoin ajassa. Mitä kauempana piste on varauksesta, sitä myöhemmin kentän värähtelyt saavuttavat sen. Tästä johtuen eri etäisyyksillä varauksesta esiintyy värähtelyjä eri vaiheilla.
Sähkökentän voimakkuuden ja magneettikentän induktion värähtelyvektorien suunnat ovat kohtisuorassa aallon etenemissuuntaan nähden.
Sähkömagneettinen aalto on poikittainen.
Sähkömagneettisia aaltoja lähettävät värähtelevät varaukset. On tärkeää, että tällaisten varausten liikenopeus muuttuu ajan myötä, eli että ne liikkuvat kiihtyvällä vauhdilla. Kiihtyvyyden esiintyminen on sähkömagneettisten aaltojen säteilyn pääehto. Sähkömagneettinen kenttä säteilee havaittavasti paitsi varauksen värähteleessä, myös sen nopeuden nopean muutoksen aikana. Mitä suuremmalla kiihtyvyydellä varaus liikkuu, sitä suurempi on emittoidun aallon intensiteetti.
Maxwell oli syvästi vakuuttunut sähkömagneettisten aaltojen todellisuudesta. Mutta hän ei elänyt nähdäkseen heidän kokeellisen löytönsä. Vain 10 vuotta hänen kuolemansa jälkeen Hertz sai kokeellisesti sähkömagneettiset aallot.
Vladimirin alue
teollinen - kaupallinen
lyseum
abstrakti
Elektromagneettiset aallot
Valmistunut:
oppilas 11 "B" luokka
Lvov Mihail
Tarkistettu:
Vladimir 2001
1. Johdanto ………………………………………………………… 3
2. Aallon käsite ja sen ominaisuudet………………………………… 4
3. Sähkömagneettiset aallot…………………………………………… 5
4. Kokeellinen todiste olemassaolosta
sähkömagneettiset aallot……………………………………………………… 6
5. Sähkömagneettisen säteilyn vuontiheys……………. 7
6. Radion keksintö……………………………………………….… 9
7. Sähkömagneettisten aaltojen ominaisuudet………………………………10
8. Modulaatio ja havaitseminen……………………………………………
9. Radioaaltojen tyypit ja niiden jakautuminen…………………………… 13
Johdanto
Aaltoprosessit ovat luonnossa erittäin yleisiä. Luonnossa on kahdenlaisia aaltoja: mekaanisia ja sähkömagneettisia. Mekaaniset aallot etenevät aineessa: kaasussa, nesteessä tai kiinteässä aineessa. Sähkömagneettiset aallot eivät vaadi leviäkseen mitään ainetta, mukaan lukien radioaallot ja valo. Sähkömagneettinen kenttä voi esiintyä tyhjiössä, eli tilassa, joka ei sisällä atomeja. Huolimatta merkittävästä erosta sähkömagneettisten ja mekaanisten aaltojen välillä, sähkömagneettiset aallot käyttäytyvät etenemisensä aikana samalla tavalla kuin mekaaniset aallot. Mutta kuten värähtelyjä, kaiken tyyppisiä aaltoja kuvataan kvantitatiivisesti samoilla tai lähes identtisillä laeilla. Työssäni yritän pohtia sähkömagneettisten aaltojen esiintymisen syitä, niiden ominaisuuksia ja käyttöä elämässämme.
Aallon käsite ja sen ominaisuudet
Aalto Niitä kutsutaan värähtelyiksi, jotka etenevät avaruudessa ajan myötä.
Aallon tärkein ominaisuus on sen nopeus. Minkä tahansa luonteiset aallot eivät leviä avaruuden läpi välittömästi. Niiden nopeus on rajallinen.
Kun mekaaninen aalto etenee, liike siirtyy kehon osasta toiseen. Liikkeen siirtoon liittyy energian siirto. Kaikkien aaltojen pääominaisuus niiden luonteesta riippumatta on anergian siirtyminen ilman aineen siirtymistä. Energia tulee lähteestä, joka herättää värähtelyjä johdon, nauhan jne. alussa ja leviää aallon mukana. Energia virtaa jatkuvasti minkä tahansa poikkileikkauksen läpi. Tämä energia koostuu narun osien liike-energiasta ja sen elastisen muodonmuutoksen potentiaalienergiasta. Värähtelyjen amplitudin asteittainen pieneneminen aallon edetessä liittyy osan mekaanisesta energiasta muuttumiseen sisäiseksi energiaksi.
Jos saat venytetyn kumilangan pään värähtelemään harmonisesti tietyllä taajuudella v, nämä värähtelyt alkavat levitä johtoa pitkin. Johdon minkä tahansa osan värähtely tapahtuu samalla taajuudella ja amplitudilla kuin johdon pään värähtely. Mutta vain nämä värähtelyt siirtyvät vaiheittain suhteessa toisiinsa. Tällaisia aaltoja kutsutaan yksivärinen .
Jos johdon kahden pisteen värähtelyjen välinen vaihesiirto on 2n, niin nämä pisteet värähtelevät täsmälleen samalla tavalla: cos(2lvt+2l) = =сos2п vt . Tällaisia värähtelyjä kutsutaan vaiheessa(tapahtuu samoissa vaiheissa).
Lähimpänä olevien, samoissa vaiheissa värähtelevien pisteiden välistä etäisyyttä kutsutaan aallonpituudeksi.
Aallonpituuden λ, taajuuden v ja aallonnopeuden c välinen suhde. Yhden värähtelyjakson aikana aalto etenee etäisyyden λ yli. Siksi sen nopeus määräytyy kaavan mukaan
Kauden jälkeen T ja taajuus v liittyvät toisiinsa suhteella T = 1 / v
Aallon nopeus on yhtä suuri kuin aallonpituuden ja värähtelytaajuuden tulo.
Elektromagneettiset aallot
Siirrytään nyt tarkastelemaan suoraan sähkömagneettisia aaltoja.
Luonnon peruslait voivat paljastaa paljon enemmän kuin ne sisältävät tosiasiat, joista ne on johdettu. Yksi niistä on Maxwellin löytämät sähkömagnetismin lait.
Lukemattomien, erittäin mielenkiintoisten ja tärkeiden seurausten joukossa, jotka johtuvat Maxwellin sähkömagneettisen kentän laeista, yksi ansaitsee erityistä huomiota. Tämä on johtopäätös, että sähkömagneettinen vuorovaikutus etenee rajallisella nopeudella.
Lyhyen kantaman toiminnan teorian mukaan varauksen liikuttaminen muuttaa sen lähellä olevaa sähkökenttää. Tämä vaihtuva sähkökenttä synnyttää vuorottelevan magneettikentän avaruuden viereisille alueille. Vaihteleva magneettikenttä puolestaan tuottaa vaihtuvan sähkökentän jne.
Varauksen liike aiheuttaa siten sähkömagneettisen kentän "purkauksen", joka leviäessään kattaa yhä laajemmat alueet ympäröivästä avaruudesta.
Maxwell osoitti matemaattisesti, että tämän prosessin etenemisnopeus on yhtä suuri kuin valon nopeus tyhjiössä.
Kuvittele, että sähkövaraus ei ole yksinkertaisesti siirtynyt pisteestä toiseen, vaan se on asetettu nopeiksi värähtelyiksi tiettyä suoraa pitkin. Sitten sähkökenttä varauksen välittömässä läheisyydessä alkaa muuttua ajoittain. Näiden muutosten jakso on ilmeisesti yhtä suuri kuin varausvärähtelyjakso. Vaihteleva sähkökenttä synnyttää ajoittain muuttuvan magneettikentän, ja jälkimmäinen puolestaan aiheuttaa vaihtuvan sähkökentän ilmaantumisen suuremmalla etäisyydellä varauksesta jne.
Jokaisessa avaruuden pisteessä sähkö- ja magneettikentät muuttuvat määräajoin ajassa. Mitä kauempana piste on varauksesta, sitä myöhemmin kentän värähtelyt saavuttavat sen. Tästä johtuen eri etäisyyksillä varauksesta esiintyy värähtelyjä eri vaiheilla.
Sähkökentän voimakkuuden ja magneettikentän induktion värähtelyvektorien suunnat ovat kohtisuorassa aallon etenemissuuntaan nähden.
Sähkömagneettinen aalto on poikittainen.
Sähkömagneettisia aaltoja lähettävät värähtelevät varaukset. On tärkeää, että tällaisten varausten liikenopeus muuttuu ajan myötä, eli että ne liikkuvat kiihtyvällä vauhdilla. Kiihtyvyyden esiintyminen on sähkömagneettisten aaltojen säteilyn pääehto. Sähkömagneettinen kenttä säteilee havaittavasti paitsi varauksen värähteleessä, myös sen nopeuden nopean muutoksen aikana. Mitä suuremmalla kiihtyvyydellä varaus liikkuu, sitä suurempi on emittoidun aallon intensiteetti.
Maxwell oli syvästi vakuuttunut sähkömagneettisten aaltojen todellisuudesta. Mutta hän ei elänyt nähdäkseen heidän kokeellisen löytönsä. Vain 10 vuotta hänen kuolemansa jälkeen Hertz sai kokeellisesti sähkömagneettiset aallot.
Kokeellinen todiste olemassaolosta
elektromagneettiset aallot
Sähkömagneettiset aallot eivät ole näkyvissä, toisin kuin mekaaniset aallot, mutta miten ne sitten löydettiin? Vastataksesi tähän kysymykseen harkitse Hertzin kokeita.
Sähkömagneettinen aalto muodostuu vuorottelevien sähkö- ja magneettikenttien keskinäisen yhteyden vuoksi. Yhden kentän muuttaminen saa toisen näkyviin. Kuten tiedetään, mitä nopeammin magneettinen induktio muuttuu ajan myötä, sitä suurempi on tuloksena olevan sähkökentän intensiteetti. Ja vuorostaan, mitä nopeammin sähkökentän voimakkuus muuttuu, sitä suurempi on magneettinen induktio.
Voimakkaiden sähkömagneettisten aaltojen synnyttämiseksi on tarpeen luoda riittävän korkeataajuisia sähkömagneettisia värähtelyjä.
Suurtaajuisia värähtelyjä voidaan saada käyttämällä värähtelypiiriä. Värähtelytaajuus on 1/ √ LC. Tästä voidaan nähdä, että mitä pienempi piirin induktanssi ja kapasitanssi on, sitä suurempi se on.
Sähkömagneettisten aaltojen tuottamiseksi G. Hertz käytti yksinkertaista laitetta, jota nykyään kutsutaan Hertz-vibraattoriksi.
Tämä laite on avoin värähtelevä piiri.
Voit siirtyä suljetusta piiristä avoimeen piiriin, jos siirrät kondensaattorilevyjä vähitellen erilleen, jolloin niiden pinta-ala pienenee ja samalla käämin kierrosten lukumäärä pienenee. Lopulta se on vain suora lanka. Tämä on avoin värähtelevä piiri. Hertz-vibraattorin kapasitanssi ja induktanssi ovat pieniä. Siksi värähtelytaajuus on erittäin korkea.
Avoimessa piirissä varaukset eivät ole keskittyneet päihin, vaan ne jakautuvat johtimeen. Tietyn ajanhetken virta kaikissa johtimen osissa on suunnattu samaan suuntaan, mutta virran voimakkuus ei ole sama johtimen eri osissa. Päässä se on nolla ja keskellä saavuttaa maksimin (tavallisissa vaihtovirtapiireissä virranvoimakkuus kaikilla osilla tietyllä ajanhetkellä on sama.) Sähkömagneettinen kenttä kattaa myös koko piirin lähellä olevan tilan .
Hertz vastaanotti sähkömagneettisia aaltoja herättämällä sarjan nopeasti vaihtovirtapulsseja vibraattorissa käyttämällä korkeajännitelähdettä. Sähkövarausten värähtely vibraattorissa synnyttää sähkömagneettisen aallon. Vain vibraattorin värähtelyjä ei suorita yksi varautunut hiukkanen, vaan valtava määrä elektroneja, jotka liikkuvat yhdessä. Sähkömagneettisessa aallossa vektorit E ja B ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden. Vektori E on värähtelijän läpi kulkevassa tasossa ja vektori B on kohtisuorassa tätä tasoa vastaan. Aallot säteilevät maksimivoimakkuudella vibraattorin akseliin nähden kohtisuorassa suunnassa. Akselia pitkin ei tapahdu säteilyä.
Hertz tallensi sähkömagneettiset aallot käyttämällä vastaanottavaa vibraattoria (resonaattoria), joka on sama laite kuin säteilevä värähtelijä. Sähkömagneettisen aallon vaihtuvan sähkökentän vaikutuksesta vastaanottavassa värähtelijässä viritetään virran värähtelyjä. Jos vastaanottavan vibraattorin luonnollinen taajuus on sama kuin sähkömagneettisen aallon taajuus, havaitaan resonanssi. Resonaattorin värähtelyt tapahtuvat suurella amplitudilla, kun se sijaitsee samansuuntaisesti säteilevän värähtelijän kanssa. Hertz havaitsi nämä värähtelyt tarkkailemalla kipinöitä erittäin pienessä raossa vastaanottavan täryttimen johtimien välillä. Hertz ei vain saanut sähkömagneettisia aaltoja, vaan myös havaitsi, että ne käyttäytyvät kuten muun tyyppiset aallot.
Laskemalla vibraattorin sähkömagneettisten värähtelyjen ominaistaajuus. Hertz pystyi määrittämään sähkömagneettisen aallon nopeuden kaavalla c = λ v . Se osoittautui suunnilleen yhtä suureksi kuin valon nopeus: c = 300 000 km/s. Hertzin kokeet vahvistivat loistavasti Maxwellin ennusteet.
Sähkömagneettisen säteilyn vuotiheys
Siirrytään nyt tarkastelemaan sähkömagneettisten aaltojen ominaisuuksia. Yksi sähkömagneettisten aaltojen ominaisuuksista on sähkömagneettisen säteilyn tiheys.
Tarkastellaan pinta-alaa S, jonka läpi sähkömagneettiset aallot siirtävät energiaa.
Sähkömagneettisen säteilyn vuotiheys I on säteitä vastaan kohtisuorassa olevan alueen S pinnan läpi kulkevan sähkömagneettisen energian W suhde alueen S ja ajan t tuloon.
Säteilyvuon tiheys SI:nä ilmaistaan watteina neliömetriä kohti (W/m2). Tätä määrää kutsutaan joskus aallon intensiteetiksi.
Muutossarjan jälkeen saadaan, että I = w c.
eli säteilyvuon tiheys on yhtä suuri kuin sähkömagneettisen energiatiheyden ja sen etenemisnopeuden tulo.
Olemme useammin kuin kerran kohdanneet fysiikassa todellisten hyväksyttävien lähteiden idealisoinnin: materiaalin pisteen, ideaalikaasun jne. Tässä kohtaamme toisen.
Säteilylähdettä pidetään pistemäisenä, jos sen mitat ovat paljon pienempiä kuin etäisyys, jolla sen vaikutus arvioidaan. Lisäksi oletetaan, että tällainen lähde lähettää sähkömagneettisia aaltoja kaikkiin suuntiin samalla intensiteetillä.
Tarkastellaan säteilyvuon tiheyden riippuvuutta lähteen etäisyydestä.
Sähkömagneettisten aaltojen kuljettama energia jakautuu ajan myötä yhä suuremmalle pinnalle. Siksi yksikköpinta-alan läpi aikayksikköä kohti siirtyvä energia, eli säteilyvuon tiheys, pienenee etäisyyden mukaan lähteestä. Voit selvittää säteilyvuon tiheyden riippuvuuden lähteen etäisyydestä asettamalla pistelähteen säteisen pallon keskelle R . pallon pinta-ala S= 4 n R^2. Jos oletetaan, että lähde lähettää energiaa W kaikkiin suuntiin ajan t aikana
Pistelähteestä tuleva säteilyvuon tiheys pienenee käänteisesti suhteessa lähteen etäisyyden neliöön.
Harkitse nyt säteilyvuon tiheyden riippuvuutta taajuudesta. Kuten tiedetään, sähkömagneettisten aaltojen säteily tapahtuu varautuneiden hiukkasten kiihdytetyn liikkeen aikana. Sähkömagneettisen aallon sähkökentän voimakkuus ja magneettinen induktio ovat verrannollisia kiihtyvyyteen A säteileviä hiukkasia. Kiihtyvyys harmonisten värähtelyjen aikana on verrannollinen taajuuden neliöön. Siksi sähkökentän voimakkuus ja magneettinen induktio ovat verrannollisia taajuuden neliöön
Sähkökentän energiatiheys on verrannollinen kentänvoimakkuuden neliöön. Magneettikentän energia on verrannollinen magneettisen induktion neliöön. Sähkömagneettisen kentän kokonaisenergiatiheys on yhtä suuri kuin sähkö- ja magneettikenttien energiatiheysten summa. Siksi säteilyvuon tiheys on verrannollinen: (E^2+B^2). Tästä saamme, että I on verrannollinen w^4:ään.
Säteilyvuon tiheys on verrannollinen taajuuden neljänteen potenssiin.
Radion keksintö
Hertzin kokeet kiinnostivat fyysikot ympäri maailmaa. Tutkijat alkoivat etsiä tapoja parantaa sähkömagneettisten aaltojen lähettäjää ja vastaanotinta. Venäjällä Kronstadtin upseerikurssien opettaja Aleksandr Stepanovitš Popov oli yksi ensimmäisistä, joka tutki sähkömagneettisia aaltoja.
A. S. Popov käytti kohereria osana, joka "aisti" suoraan sähkömagneettisia aaltoja. Tämä laite on lasiputki, jossa on kaksi elektrodia. Putki sisältää pieniä metalliviilaa. Laitteen toiminta perustuu sähköpurkausten vaikutukseen metallijauheisiin. Normaaleissa olosuhteissa koheerin vastus on korkea, koska sahanpurulla on huono kosketus toisiinsa. Saapuva sähkömagneettinen aalto muodostaa korkeataajuisen vaihtovirran kohereriin. Sahanpurun väliin hyppäävät pienimmät kipinät, jotka sintraavat sahanpurun. Tämän seurauksena koheerin vastus laskee jyrkästi (A.S. Popovin kokeissa 100 000:sta 1000-500 ohmiin, eli 100-200 kertaa). Voit palauttaa laitteen korkeaan vastukseen ravistamalla sitä. Langattoman viestinnän edellyttämän automaattisen vastaanoton varmistamiseksi A. S. Popov käytti kellolaitetta ravistelemaan kohereria signaalin vastaanottamisen jälkeen. Sähkökellopiiri suljettiin herkän releen avulla sähkömagneettisen aallon saapuessa. Aallon vastaanoton päätyttyä kellon toiminta pysähtyi välittömästi, koska kellovasara osui kellokupin lisäksi myös kohereriin. Kohererin viimeisellä ravistelulla laite oli valmis vastaanottamaan uuden aallon.
Laitteen herkkyyden lisäämiseksi A. S. Popov maadoi yhden kohererin liittimistä ja liitti toisen korkealle kohotettuun johdinkappaleeseen, mikä loi ensimmäisen vastaanottoantennin langattomaan viestintään. Maadoitus muuttaa maan johtavan pinnan osaksi avointa värähtelypiiriä, mikä lisää vastaanottoaluetta.
Vaikka nykyaikaiset radiovastaanottimet muistuttavat hyvin vähän A. S. Popovin vastaanotinta, niiden toiminnan perusperiaatteet ovat samat kuin hänen laitteessa. Nykyaikaisessa vastaanottimessa on myös antenni, jossa tuleva aalto tuottaa erittäin heikkoja sähkömagneettisia värähtelyjä. Kuten A. S. Popovin vastaanottimessa, näiden värähtelyjen energiaa ei käytetä suoraan vastaanottoon. Heikot signaalit ohjaavat vain niitä energialähteitä, jotka syöttävät virtaa seuraaviin piireihin. Nykyään tällainen ohjaus suoritetaan puolijohdelaitteiden avulla.
7. toukokuuta 1895 Venäjän fysikaalis-kemian seuran kokouksessa Pietarissa A. S. Popov esitteli laitteensa toimintaa, joka itse asiassa oli maailman ensimmäinen radiovastaanotin. 7. toukokuuta tuli radion syntymäpäivä.
Sähkömagneettisten aaltojen ominaisuudet
Nykyaikaiset radiotekniikan laitteet mahdollistavat erittäin visuaaliset kokeet sähkömagneettisten aaltojen ominaisuuksien tarkkailemiseksi. Tässä tapauksessa on parasta käyttää senttimetriaaltoja. Näitä aaltoja lähettää erityinen ultrakorkeataajuinen (mikroaalto)generaattori. Generaattorin sähköisiä värähtelyjä moduloidaan äänitaajuudella. Vastaanotettu signaali lähetetään tunnistuksen jälkeen kaiuttimeen.
En kuvaile kaikkien kokeiden suorittamista, vaan keskityn tärkeimpiin.
1. Dielektrit pystyvät absorboimaan sähkömagneettisia aaltoja.
2. Jotkut aineet (esimerkiksi metalli) pystyvät absorboimaan sähkömagneettisia aaltoja.
3. Sähkömagneettiset aallot pystyvät muuttamaan suuntaaan dielektrisellä rajalla.
4. Sähkömagneettiset aallot ovat poikittaisaaltoja. Tämä tarkoittaa, että aallon sähkömagneettisen kentän vektorit E ja B ovat kohtisuorassa sen etenemissuuntaan nähden.
Modulaatio ja tunnistus
On kulunut jonkin aikaa siitä, kun Popov keksi radion, kun ihmiset halusivat lähettää puhetta ja musiikkia lyhyistä ja pitkistä signaaleista koostuvien lennätinsignaalien sijaan. Näin radiopuhelinviestintä keksittiin. Tarkastellaan perusperiaatteita, kuinka tällainen yhteys toimii.
Radiopuhelinviestinnässä ääniaallon ilmanpaineen vaihtelut muunnetaan mikrofonilla samanmuotoisiksi sähkövärähtelyiksi. Vaikuttaa siltä, että jos nämä värähtelyt vahvistetaan ja syötetään antenniin, on mahdollista lähettää puhetta ja musiikkia kaukaa käyttämällä sähkömagneettisia aaltoja. Todellisuudessa tämä siirtotapa ei kuitenkaan ole mahdollinen. Tosiasia on, että äänen värähtelyt uudella taajuudella ovat suhteellisen hitaita värähtelyjä, ja matalien (ääni)taajuuksien sähkömagneettisia aaltoja ei lähetetä melkein ollenkaan. Tämän esteen voittamiseksi kehitettiin modulaatio, ja havaitsemisesta keskustellaan yksityiskohtaisesti.
Modulaatio. Radiopuhelinviestinnän suorittamiseksi on käytettävä antennin voimakkaasti lähettämiä suurtaajuisia värähtelyjä. Vaimentamattomat suurtaajuiset harmoniset värähtelyt tuotetaan generaattorilla, esimerkiksi transistorigeneraattorilla.
Äänen välittämiseksi näitä korkeataajuisia värähtelyjä muutetaan, tai kuten sanotaan, moduloidaan käyttämällä matalataajuisia (ääni) sähköisiä värähtelyjä. Äänitaajuudella on mahdollista muuttaa esimerkiksi suurtaajuisten värähtelyjen amplitudia. Tätä menetelmää kutsutaan amplitudimodulaatioksi.
suurtaajuisten värähtelyjen kaavio, jota kutsutaan kantoaaltotaajudeksi;
b) audiotaajuisten värähtelyjen eli moduloivien värähtelyjen kuvaaja;
c) amplitudimoduloitujen värähtelyjen kuvaaja.
Ilman modulaatiota voimme parhaimmillaan hallita onko asema toimiva vai äänetön. Ilman modulaatiota ei ole lennätin-, puhelin- tai televisiolähetystä.
Korkeataajuisten värähtelyjen amplitudimodulaatio saavutetaan jatkuvan värähtelyn generaattoriin kohdistuvilla erityistoimilla. Erityisesti modulointi voidaan suorittaa muuttamalla värähtelypiirin lähteen tuottamaa jännitettä. Mitä suurempi jännite generaattoripiirissä on, sitä enemmän energiaa virtaa lähteestä piiriin jaksoa kohden. Tämä johtaa värähtelyjen amplitudin kasvuun piirissä. Kun jännite laskee, myös piiriin tuleva energia pienenee. Siksi värähtelyjen amplitudi piirissä pienenee.
Yksinkertaisimmassa amplitudimodulaation toteuttavassa laitteessa ylimääräinen matalataajuisen vaihtojännitteen lähde on kytketty sarjaan vakiojännitelähteen kanssa. Tämä lähde voi olla esimerkiksi muuntajan toisiokäämi, jos sen ensiökäämin läpi kulkee äänitaajuusvirta. Tämän seurauksena värähtelyjen amplitudi generaattorin värähtelypiirissä muuttuu ajan myötä transistorin jännitteen muutosten myötä. Tämä tarkoittaa, että korkeataajuisten värähtelyjen amplitudi moduloidaan matalataajuisella signaalilla.
Amplitudimodulaation lisäksi joissain tapauksissa käytetään taajuusmodulaatiota - värähtelytaajuutta muutetaan ohjaussignaalin mukaisesti. Sen etuna on suurempi kestävyys häiriöille.
Havaitseminen. Vastaanottimessa matalataajuiset värähtelyt erotetaan moduloiduista suurtaajuisista värähtelyistä. Tätä signaalin muunnosprosessia kutsutaan havaitsemiseksi.
Tunnistuksen tuloksena saatu signaali vastaa lähettimen mikrofoniin vaikuttanutta äänisignaalia. Vahvistettuaan matalataajuiset värähtelyt voidaan muuttaa ääneksi.
Vastaanottimen vastaanottama moduloitu suurtaajuussignaali ei edes vahvistuksen jälkeen pysty suoraan aiheuttamaan tärinää puhelimen tai äänitaajuuden omaavan kaiutintorven kalvoon. Se voi aiheuttaa vain korkeataajuisia värähtelyjä, joita korvamme eivät havaitse. Siksi vastaanottimessa on ensin eristettävä äänitaajuussignaali suurtaajuisista moduloiduista värähtelyistä.
Havaitseminen suoritetaan laitteella, joka sisältää elementin, jolla on yksisuuntainen johtavuus - ilmaisin. Tällainen elementti voi olla elektroniputki (tyhjiödiodi) tai puolijohdediodi.
Tarkastellaanpa puolijohdeilmaisimen toimintaa. Kytke tämä laite sarjaan moduloitujen värähtelyjen lähteen ja kuorman kanssa. Virta virtaa piirissä pääasiassa yhteen suuntaan.
Piirissä kulkee sykkivä virta. Tämä aaltoiluvirta tasoitetaan suodattimen avulla. Yksinkertaisin suodatin on kuormaan kytketty kondensaattori.
Suodatin toimii näin. Niillä hetkillä, jolloin diodi kuljettaa virtaa, osa siitä kulkee kuorman läpi ja toinen osa haarautuu kondensaattoriin lataaen sitä. Virran tuuletus vähentää kuorman läpi kulkevaa aaltoiluvirtaa. Mutta pulssien välisenä aikana, kun diodi on kiinni, kondensaattori puretaan osittain kuorman kautta.
Siksi pulssien välisenä aikana virta kulkee kuorman läpi samaan suuntaan. Jokainen uusi pulssi lataa kondensaattorin uudelleen. Tämän seurauksena kuorman läpi kulkee äänitaajuusvirta, jonka aaltomuoto toistaa lähes tarkasti lähetysaseman matalataajuisen signaalin muodon.
Radioaaltojen tyypit ja niiden jakautuminen
Olemme jo tutkineet sähkömagneettisten aaltojen perusominaisuuksia, niiden käyttöä radiossa ja radioaaltojen muodostumista. Tutustutaan nyt radioaaltojen tyyppeihin ja niiden leviämiseen.
Maan pinnan muoto ja fysikaaliset ominaisuudet sekä ilmakehän tila vaikuttavat suuresti radioaaltojen etenemiseen.
Erityisen merkittävää radioaaltojen leviämiseen vaikuttavat ionisoidun kaasun kerrokset ilmakehän yläosissa 100-300 km korkeudessa maan pinnasta. Näitä kerroksia kutsutaan ionosfääriksi. Ilmakehän ylemmissä kerroksissa olevan ilman ionisoituminen johtuu Auringon sähkömagneettisesta säteilystä ja sen lähettämästä varautuneiden hiukkasten virtauksesta.
Sähkövirtaa johtava ionosfääri heijastaa radioaaltoja, joiden aallonpituus on > 10 m, kuten tavallinen metallilevy. Mutta ionosfäärin kyky heijastaa ja absorboida radioaaltoja vaihtelee merkittävästi vuorokaudenajan ja vuodenaikojen mukaan.
Vakaa radioyhteys maanpinnan etäisten pisteiden välillä näkölinjan ulkopuolella on mahdollista johtuen aaltojen heijastumisesta ionosfääristä ja radioaaltojen kyvystä taipua kuperan maan pinnan ympäri. Tämä taivutus on sitä selvempi mitä pidempi aallonpituus. Siksi radioviestintä pitkiä etäisyyksiä pitkin maan ympäri taipuvien aaltojen vuoksi on mahdollista vain aallonpituuksilla, jotka ylittävät merkittävästi 100 m ( keskipitkät ja pitkät aallot)
Lyhyet aallot(aallonpituusalue 10-100 m) leviävät pitkiä matkoja vain ionosfääristä ja Maan pinnasta tulevien useiden heijastusten vuoksi. Juuri lyhyiden aaltojen avulla radioviestintä voidaan suorittaa millä tahansa etäisyydellä maan radioasemien välillä.
Ultralyhyet radioaallot (λ <10 м) проникают сквозь ионосферу и почти не огибают поверхность Земли. Поэтому они используются для радиосвязи между пунктами в пределах прямой видимости, а также для связи с космическими кораблями.
Katsotaanpa nyt toista radioaaltojen sovellusta. Tämä on tutka.
Kohteiden havaitsemista ja tarkkaa sijaintia radioaaltojen avulla kutsutaan tutka. Tutkan asennus - tutka(tai tutka) - koostuu lähettävistä ja vastaanottavista osista. Tutka käyttää erittäin korkeataajuisia sähköisiä värähtelyjä. Tehokas mikroaaltogeneraattori on kytketty antenniin, joka lähettää erittäin suunnattua aaltoa. Säteilyn terävä suuntaavuus saadaan aaltojen lisäyksen ansiosta. Antenni on suunniteltu siten, että kunkin vibraattorin lähettämät aallot, kun ne lisätään, vahvistavat toisiaan vain tiettyyn suuntaan. Muissa suunnissa, kun aallot lisätään, tapahtuu niiden täydellinen tai osittainen keskinäinen kumoaminen.
Heijastunut aalto siepataan samalla lähettävällä antennilla tai toisella, myös voimakkaasti suuntautuvalla vastaanottoantennilla.
Etäisyyden määrittämiseksi kohteeseen käytetään pulssisäteilytilaa. Lähetin lähettää aaltoja lyhyinä purskeina. Kunkin pulssin kesto on sekunnin miljoonasosaa ja pulssien välinen aika on noin 1000 kertaa pidempi. Taukojen aikana vastaanotetaan heijastuneita aaltoja.
Etäisyys määritetään mittaamalla radioaaltojen kokonaismatka kohteeseen ja takaisin. Koska radioaaltojen nopeus c = 3*10 8 m/s ilmakehässä on lähes vakio, niin R = ct/2.
Katodisädeputkea käytetään tallentamaan lähetetyt ja heijastuneet signaalit.
Radioaaltoja ei käytetä vain äänen, vaan myös kuvien lähettämiseen (televisio).
Periaate kuvien lähettämisestä etäisyyden yli on seuraava. Lähetysasemalla kuva muunnetaan sähköisten signaalien sarjaksi. Nämä signaalit moduloidaan sitten suurtaajuisen generaattorin synnyttämillä värähtelyillä. Moduloitu sähkömagneettinen aalto kuljettaa tietoa pitkiä matkoja. Käänteinen muunnos suoritetaan vastaanottimessa. Korkeataajuiset moduloidut värähtelyt havaitaan ja tuloksena oleva signaali muunnetaan näkyväksi kuvaksi. Liikkeen välittämiseen he käyttävät elokuvan periaatetta: hieman erilaisia kuvia liikkuvasta kohteesta (kehykset) lähetetään kymmeniä kertoja sekunnissa (televisiossamme 50 kertaa).
Kehyskuva muunnetaan lähettävän tyhjiöelektroniputken - ikonoskoopin - avulla sarjaksi sähköisiä signaaleja. Ikonoskoopin lisäksi on muita lähetyslaitteita. Ikonoskoopin sisällä on mosaiikkiruutu, jolle objektin kuva heijastetaan optisen järjestelmän avulla. Jokainen mosaiikkikenno on varautunut, ja sen varaus riippuu kennoon tulevan valon voimakkuudesta. Tämä varaus muuttuu, kun elektronipistoolin tuottama elektronisuihku osuu kennoon. Elektronisuihku osuu peräkkäin kaikkiin elementteihin ensin mosaiikin yhdellä rivillä, sitten toisella rivillä jne. (yhteensä 625 juovaa).
Vastuksen virta riippuu siitä, kuinka paljon kennovaraus muuttuu. R . Siksi vastuksen yli oleva jännite muuttuu suhteessa valaistuksen muutokseen kehyksen viivoja pitkin.
Sama signaali vastaanotetaan televisiovastaanottimessa havaitsemisen jälkeen. Tämä videosignaali Se muunnetaan näkyväksi kuvaksi vastaanottavan tyhjiöelektroniputken näytöllä - kineskooppi.
Television radiosignaaleja voidaan lähettää vain ultralyhyillä (metri)aaltoalueella.
Bibliografia.
1. Myakishev G.Ya. , Bukhovtsev B.B. Fysiikka - 11. M. 1993.
2. Telesnin R.V., Jakovlev V.F. Fysiikan kurssi. Sähkö. M. 1970
3. Yavorsky B.M., Pinsky A.A. Fysiikan perusteet. osa 2. M. 1981
Osio: "Luonnon voimat - fysiikka ilman kaavoja"
Opas itsekoulutukseen lapsille ja aikuisille
Perustuu V. Grigorjevin ja G. Myakishevin materiaaleihin lisäyksineen ja selityksineen verkkosivuilla
osion sivu 21
Luku neljä
SÄHKÖMAGNEETTISET VOIMAT TOIMINNASSA
5. Sähkömagneettiset aallot luonnossa
5-1. auringonsäteet
"Keväällä kukkivat tahmeat lehdet ovat minulle rakkaita, sininen taivas on rakas", sanoi Ivan Karamazov, yksi Dostojevskin neroista syntyneistä sankareista.
Auringonvalo on aina ollut ja pysyy ihmiselle ikuisen nuoruuden symbolina, kaiken parhaan, mitä elämässä voi olla. Auringon alla elävän miehen kiihtyneen ilon voi tuntea ja nelivuotiaan pojan ensimmäisessä runossa:
Olkoon aurinko aina
Olkoon aina taivas, olkoon aina äiti,
Olkoon se aina minä!
Ja upean runoilijan Dmitri Kedrinin nelisarjoissa:
Sanot, että tulimme on sammunut.
Sanot, että olemme vanhentuneet kanssasi,
Katso kuinka sininen taivas loistaa!
Mutta se on meitä paljon vanhempi...
Pimeyden valtakunta, pimeyden valtakunta, ei ole vain valon puutetta, vaan symboli kaikesta, mikä on raskasta ja ahdistavaa ihmissielulle.
Auringonpalvonta on ihmiskunnan vanhin ja kaunein kultti. Tämä on perulaisten upea jumala Kon-Tiki, tämä on muinaisten egyptiläisten jumaluus - Ra. Heti olemassaolonsa kynnyksellä ihmiset ymmärsivät, että aurinko on elämää. Olemme tienneet jo pitkään, että aurinko ei ole jumaluus, vaan kuuma pallo, mutta ihmiskunnalla on ikuisesti kunnioittava asenne sitä kohtaan.
Jopa fyysikon, joka on tottunut käsittelemään ilmiöiden tarkkaa tallentamista, tuntuu kuin hän syyllistyisi jumalanpilkkaa, kun hän sanoo, että auringonvalo on tietynpituisia sähkömagneettisia aaltoja eikä mitään muuta. Mutta tämä on juuri niin, ja kirjassamme sinun ja minun pitäisi yrittää puhua vain tästä.
Valona havaitsemme sähkömagneettisia aaltoja, joiden aallonpituus on 0,4 mikrometristä 0,72 mikrometriin (ja jos punainen valo on erittäin kirkas, jopa 0,8 mikrometriä tai vähän enemmän). Muut aallot eivät aiheuta visuaalisia vaikutelmia.
Valon aallonpituus on hyvin lyhyt. Kuvittele keskimääräinen meriaalto, joka kasvoi niin paljon, että se miehitti koko Atlantin valtameren New Yorkista Amerikassa Lissaboniin Euroopassa. Valon aallonpituus samalla suurennuksella ylittäisi vain hieman kirjan sivun leveyden.
5-2. Kaasu ja sähkömagneettiset aallot
Mutta tiedämme erittäin hyvin, että on olemassa täysin eri aallonpituisia sähkömagneettisia aaltoja. Siellä on kilometriä pitkiä aaltoja; On olemassa myös näkyvää valoa lyhyempiä: ultravioletti, röntgensäteet jne. Miksi luonto teki silmämme (samoin kuin eläinten silmät) herkät tietylle, suhteellisen kapealle aallonpituusalueelle?
Sähkömagneettisen aallon asteikolla näkyvä valo sijaitsee ultravioletti- ja infrapunasäteiden välissä olevan pienen nauhan välissä. Reunoja pitkin ulottuvat leveät radioaaltojen ja gammasäteiden kaistat, joita atomiytimet lähettävät.
Kaikki nämä aallot kuljettavat energiaa, ja näyttäisi siltä, että ne voisivat yhtä hyvin tehdä meille sen, mitä valo tekee. Silmä voi olla niille herkkä.
Voimme tietysti heti sanoa, että kaikki aallonpituudet eivät ole sopivia. Gammasäteitä ja röntgensäteitä säteilee havaittavasti vain erityisolosuhteissa, eikä niitä ole lähes ollenkaan ympärillämme. Kyllä, tämä on "jumalan kiitos". Ne (etenkin gammasäteet) aiheuttavat säteilysairautta, joten ihmiskunta ei voinut pitkään nauttia maailmankuvasta gammasäteinä.
Pitkät radioaallot olisivat erittäin epämukavia. Ne taipuvat vapaasti metrin kokoisten esineiden ympärille, aivan kuten meren aallot taipuvat ulkonevien rannikkokivien ympärille, emmekä voineet tutkia esineitä, jotka meidän on ehdottomasti nähtävä selvästi. Aaltojen taipuminen esteiden ympärille (diffraktio) johtaisi siihen, että näkisimme maailman "kuin kala mudassa".
Mutta on myös infrapunasäteitä (lämpösäteitä), jotka voivat lämmittää ruumiita, mutta ovat meille näkymättömiä. Vaikuttaa siltä, että ne voisivat menestyksekkäästi korvata silmän havaitsemat aallonpituudet. Tai lopulta silmä voisi sopeutua ultraviolettivaloon.
No, kapea aallonpituuskaistale, jota kutsumme näkyväksi valoksi, juuri tässä asteikon osassa, on täysin satunnainen? Loppujen lopuksi Aurinko lähettää sekä näkyvää valoa että ultravioletti- ja infrapunasäteitä.
Ei ja ei! Tämä ei ole kaukana tästä. Ensinnäkin Auringon sähkömagneettisten aaltojen suurin emissio on juuri näkyvän spektrin kelta-vihreällä alueella. Mutta tämä ei ole pääasia! Säteily tulee olemaan varsin voimakasta myös spektrin lähialueilla.
5-3. "Ikkunat" ilmakehässä
Elämme ilmameren pohjalla. Maapalloa ympäröi ilmakehä. Pidämme sitä läpinäkyvänä tai lähes läpinäkyvänä. Ja hän
on sellainen todellisuudessa, mutta vain kapealle osalle aallonpituuksia (kapea osa spektristä, kuten fyysikot sanovat tällaisessa tapauksessa), jonka silmämme havaitsee.
Tämä on ensimmäinen optinen "ikkuna" ilmakehässä. Happi imee voimakkaasti ultraviolettisäteilyä. Vesihöyry estää infrapunasäteilyn. Pitkät radioaallot heijastuvat takaisin ionosfääristä.
On vain yksi toinen "radioikkuna", joka on läpinäkyvä 0,25 senttimetrin ja noin 30 metrin aalloille. Mutta nämä aallot, kuten jo mainittiin, sopivat huonosti silmälle, ja niiden intensiteetti aurinkospektrissä on hyvin alhainen. Radiotekniikan kehityksessä tarvittiin suuri harppaus, jonka aiheutti tutkien parantaminen toisen maailmansodan aikana, oppiakseen tunnistamaan nämä aallot luotettavasti.
Siten elävät organismit hankkivat olemassaolotaistelun aikana elimen, joka reagoi juuri niihin säteilyihin, jotka olivat voimakkaimpia ja sopivat erittäin hyvin tarkoitukseensa.
Sitä, että Auringon maksimisäteily osuu tarkalleen "optisen ikkunan" keskelle, pitäisi luultavasti pitää luonnon lisälahjana. (Luonto ylipäänsä osoittautui äärimmäisen anteliaaksi planeettaamme kohtaan. Voimme sanoa, että hän teki kaiken tai melkein kaiken, jotta voisimme syntyä ja elää onnellisina. Hän ei tietenkään voinut "ennakoi" kaikkea Hänen anteliaisuuden seuraukset, mutta hän antoi meille syyn ja sai siten meidät vastuuseen tulevasta kohtalostamme.) Luultavasti olisi mahdollista tehdä ilman Auringon maksimisäteilyn silmiinpistävää yhteensopivuutta ilmakehän suurimman läpinäkyvyyden kanssa. Auringon säteet, ennemmin tai myöhemmin, herättäisivät silti elämän maapallolla ja voisivat tukea sitä tulevaisuudessa.
5-4. Sinitaivas
Jos luet tätä kirjaa ei itsekoulutuksen käsikirjana, joka olisi sääli heittää pois, koska aikaa ja rahaa on jo käytetty, vaan "tunteella, järkellä, järjestelyllä", sinun tulee kiinnittää huomiota ilmeisen ilmeinen ristiriita. Auringon maksimisäteily osuu spektrin kelta-vihreälle osalle, ja näemme sen keltaisena.
Ilmapiiri on syyllinen. Se välittää spektrin pitkän aallon osan (keltainen) paremmin ja huonommin lyhytaaltoosan. Siksi vihreä valo näyttää heikentyneen suuresti.
Lyhyitä aallonpituuksia ilmakehä hajottaa yleensä kaikkiin suuntiin erityisen voimakkaasti. Siksi yllämme "sininen taivas loistaa", ei keltainen tai punainen. Jos ilmapiiriä ei olisi ollenkaan, ei yläpuolellamme olisi tuttua taivasta. Sen sijaan on musta kuilu, jossa häikäisee aurinko. Toistaiseksi vain astronautit ovat nähneet tämän.
Sellainen aurinko ilman suojavaatteita on tuhoisa. Korkealla vuorilla, kun vielä on jotain hengitettävää, Auringosta tulee sietämättömän polttava *): et voi pysyä ilman vaatteita ja lumessa - ilman tummia laseja. Voit polttaa ihosi ja verkkokalvosi.
*) Ilmakehän ylemmät kerrokset eivät absorboi riittävästi ultraviolettisäteilyä.
SuperCook Huomautus. Maan taivaan sinisyyden päälähde on ilmakehän happi (typpi on väritöntä). Ilmassa oleva pöly hajottaa tämän hapen sinisen värin ja tekee siitä valkeahtavan. Mitä puhtaampi ilma, sitä kirkkaampi ja sinisempi maan taivas. Jos maapallolla olisi klooriilmakehä, taivas olisi vihreä.
5-5. Auringon lahjat
Maahan putoavat valoaallot ovat korvaamaton luonnon lahja. Ensinnäkin ne tarjoavat lämpöä ja sen mukana elämää. Ilman niitä kosminen kylmä olisi kahlitsenut Maan. Jos kaiken ihmiskunnan kuluttaman energian (polttoaine, putoava vesi ja tuuli) määrä kasvaisi 30-kertaiseksi, silloinkin tämä olisi vain tuhannesosa siitä energiasta, jonka aurinko toimittaa meille ilmaiseksi ja vaivattomasti.
Lisäksi tärkeimmät polttoainetyypit - kivihiili ja öljy - eivät ole mitään muuta kuin "puristettuja auringonsäteitä". Nämä ovat kasvillisuuden jäänteitä, jotka kerran peittivät rehevästi planeettamme ja ehkä osittain myös eläinmaailman.
Voimalaitosten turbiinien vesi nousi kerran ylöspäin höyryn muodossa auringonsäteiden energian vaikutuksesta. Auringon säteet liikuttavat ilmamassoja ilmakehässämme.
Mutta siinä ei vielä kaikki. Valoaallot tekevät enemmän kuin vain lämpöä. Ne herättävät aineen kemiallisen toiminnan, jota yksinkertainen kuumennus ei voi aiheuttaa. Kankaan haalistuminen ja ruskettuminen ovat seurausta kemiallisista reaktioista.
Tärkeimmät reaktiot tapahtuvat "tahmeissa kevätlehdissä" sekä männyn neulasissa, ruohonlehdissä, puissa ja monissa mikro-organismeissa. Vihreässä lehdessä Auringon alla tapahtuu prosesseja, jotka ovat välttämättömiä kaikelle maan elämälle. He antavat meille ruokaa, he antavat meille myös happea hengittääksemme.
Kehomme, kuten muiden korkeampien eläinten organismit, ei pysty yhdistämään puhtaita kemiallisia alkuaineita monimutkaisiksi atomiketjuiksi - orgaanisten aineiden molekyyleiksi. Hengitysmme myrkyttää jatkuvasti ilmakehää. Kuluttamalla elintärkeää happea hengitämme ulos hiilidioksidia (CO2), sitoen happea ja tehden ilmasta hengittämättömäksi. Se on puhdistettava jatkuvasti. Maan kasvit ja valtamerten mikro-organismit tekevät tämän puolestamme.
Lehdet imevät hiilidioksidia ilmasta ja hajottavat sen molekyylit osaosiin: hiileksi ja hapeksi. Hiiltä käytetään elävien kasvikudosten rakentamiseen, ja puhdasta happea palautetaan ilmaan. Kiinnittämällä hiiliketjuun muiden maasta juurillaan uutettujen alkuaineiden atomeja kasvit rakentavat proteiinien, rasvojen ja hiilihydraattien molekyylejä: ruokaa meille ja eläimille.
Kaikki tämä tapahtuu auringonsäteiden energian vuoksi. Lisäksi erityisen tärkeää tässä ei ole vain itse energia, vaan muoto, jossa se tulee. Fotosynteesi (kuten tiedemiehet kutsuvat tätä prosessia) voi tapahtua vain sähkömagneettisten aaltojen vaikutuksesta tietyllä spektrin alueella.
Emme yritä puhua fotosynteesin mekanismista. Asiaa ei ole vielä täysin selvitetty. Kun näin tapahtuu, ihmiskunnalle koittaa todennäköisesti uusi aikakausi. Proteiinit ja muut orgaaniset aineet voidaan kasvattaa suoraan retorteissa sinisen taivaan alla.
5-6. Kevyt paine
Hienoimmat kemialliset reaktiot syntyvät valon vaikutuksesta. Samalla hän osoittautuu kykeneväksi yksinkertaisiin mekaanisiin toimiin. Se aiheuttaa painetta ympäröiville kehoille. Totta, tässäkin valo osoittaa tiettyä herkkua. Kevyt paine on erittäin alhainen. Voimaa on vain noin puoli milligrammaa maanpinnan neliömetriä kohden kirkkaana aurinkoisena päivänä.
Koko maapalloon vaikuttaa melko merkittävä voima, noin 60 000 tonnia, mutta painovoimaan verrattuna se on mitätön (1014 kertaa pienempi).
Siksi P. N. Lebedevin valtava lahjakkuus tarvittiin kevyen paineen havaitsemiseen. Vuosisadamme alussa hän mittasi painetta kiinteiden aineiden lisäksi myös kaasuissa.
Huolimatta siitä, että valonpaine on hyvin alhainen, sen vaikutus voidaan joskus havaita suoraan paljaalla silmällä. Tätä varten sinun on nähtävä komeetta.
Jo pitkään on huomattu, että komeetan pienistä hiukkasista koostuva häntä on Auringon ympärillä liikkuessaan aina suunnattu vastakkaiseen suuntaan Aurinkoa vastaan.
Komeetan hännän hiukkaset ovat niin pieniä, että kevyen paineen voimat osoittautuvat vertailukelpoisiksi tai jopa suuremmiksi kuin niiden vetovoimat Aurinkoon. Siksi komeettojen hännät työnnetään pois auringosta.
Ei ole vaikea ymmärtää, miksi näin tapahtuu. Painovoima on verrannollinen massaan ja siten kappaleen lineaaristen mittojen kuutioon. Auringonpaine on verrannollinen pinnan kokoon ja siten lineaaristen mittojen neliöön. Kun hiukkaset pienenevät, painovoimat pienenevät painetta nopeammin, ja kun hiukkaskoot ovat riittävän pieniä, valon paineen voimat pienenevät.
Mielenkiintoinen tapaus tapahtui amerikkalaisen satelliitin Echo kanssa. Satelliitin saapuessa kiertoradalle suuri polyeteenikuori täytettiin painekaasulla. Muodostettiin kevyt pallo, jonka halkaisija oli noin 30 metriä. Yllättäen kävi ilmi, että yhden kierroksen aikana auringonsäteiden paine syrjäyttää sen kiertoradalta 5 metrillä. Tämän seurauksena satelliitti pysyi kiertoradalla suunnitellun 20 vuoden sijaan alle vuoden.
Tähtien sisällä, useiden miljoonien asteiden lämpötiloissa, sähkömagneettisten aaltojen paineen tulisi saavuttaa valtavia arvoja. On oletettava, että sillä on gravitaatiovoimien ja tavallisen paineen ohella merkittävä rooli tähtien sisäisissä prosesseissa.
Kevyen paineen esiintymismekanismi on suhteellisen yksinkertainen, ja voimme sanoa siitä muutaman sanan. Aineeseen osuvan sähkömagneettisen aallon sähkökenttä keinuttaa elektroneja. Ne alkavat värähdellä poikittain aallon etenemissuuntaan nähden. Mutta tämä ei sinänsä aiheuta painetta.
Aallon magneettikenttä alkaa vaikuttaa liikkeelle tulleisiin elektroneihin. Juuri tämä työntää elektroneja pitkin valonsädettä, mikä lopulta johtaa paineen esiintymiseen aineen palassa kokonaisuutena.
5-7. Kaukaisten maailmojen sanansaattajat
Tiedämme kuinka suuria ovat universumin rajattomat avaruudet, joissa galaksimme on tavallinen tähtijoukko ja Aurinko on tyypillinen keltaisiin kääpiöihin kuuluva tähti. Vain aurinkokunnassa paljastetaan maapallon etuoikeutettu asema. Maa on kaikista aurinkokunnan planeetoista sopivin elämälle.
Tiedämme paitsi lukemattomien tähtimaailmojen sijainnin, myös niiden koostumuksen. Ne on rakennettu samoista atomeista kuin maapallomme. Maailma on yksi.
Valo on kaukaisten maailmojen sanansaattaja. Hän on elämän lähde, hän on myös tietomme lähde maailmankaikkeudesta. "Kuinka suuri ja kaunis maailma onkaan", maan päälle tulevat sähkömagneettiset aallot kertovat meille. Vain sähkömagneettiset aallot "puhuvat" - gravitaatiokentät eivät anna mitään vastaavaa tietoa maailmankaikkeudesta.
Tähdet ja tähtijoukot voidaan nähdä paljaalla silmällä tai kaukoputken läpi. Mutta mistä tiedämme, mistä ne on tehty? Tässä silmän avuksi tulee spektrilaite, joka "lajitelee" valoaallot pituuden mukaan ja lähettää ne eri suuntiin.
Kuumennetut kiinteät aineet tai nesteet lähettävät jatkuvaa spektriä eli kaikkia mahdollisia aallonpituuksia, jotka vaihtelevat pitkästä infrapunasta lyhyeen ultraviolettisäteilyyn.
Eristetyt tai lähes eristetyt aineen kuumien höyryjen atomit ovat täysin eri asia. Niiden spektri on värikkäiden viivojen palisadi, joiden kirkkaus vaihtelee ja joita erottavat leveät tummat raidat. Jokainen värillinen viiva vastaa tietynpituista sähkömagneettista aaltoa *).
*) Huomaa muuten, että meidän ulkopuolellamme luonnossa ei ole värejä, on vain eripituisia aaltoja.
Tärkein asia: minkä tahansa kemiallisen alkuaineen atomit antavat oman spektrinsä, toisin kuin muiden alkuaineiden atomien spektrit. Kuten ihmisen sormenjäljillä, atomien viivaspektreillä on ainutlaatuinen persoonallisuus. Sormen iholla olevien kuvioiden ainutlaatuisuus auttaa löytämään rikollisen. Samalla tavalla spektrin yksilöllisyys antaa fyysikoille mahdollisuuden määrittää kappaleen kemiallinen koostumus koskematta siihen, eikä vain sen ollessa lähellä, vaan myös silloin, kun se poistetaan etäisyyksillä, jotka jopa valo kulkee miljoonien vuosien aikana. . On vain välttämätöntä, että vartalo hehkuu kirkkaasti **).
**) Auringon ja tähtien kemiallista koostumusta ei määrätä tarkasti ottaen emissiospektreistä, koska tämä on tiheän fotosfäärin jatkuva spektri, vaan auringon ilmakehän absorptiospektreistä. Aineen höyryt absorboivat voimakkaimmin juuri niitä aallonpituuksia, jotka ne lähettävät kuumassa tilassa. Tummat absorptioviivat jatkuvan spektrin taustalla mahdollistavat taivaankappaleiden koostumuksen määrittämisen.
Ne alkuaineet, jotka ovat maan päällä, "löytyivät" myös auringosta ja tähdistä. Helium löydettiin vielä aikaisemmin Auringosta ja vasta sitten maapallolta.
Jos emittoivat atomit ovat magneettikentässä, niiden spektri muuttuu merkittävästi. Yksittäiset värilliset raidat on jaettu useisiin riveihin. Tämä mahdollistaa tähtien magneettikentän havaitsemisen ja sen suuruuden arvioimisen.
Tähdet ovat niin kaukana, että emme voi suoraan havaita liikkuvatko ne vai eivät. Mutta heistä tulevat valoaallot tuovat meille tämän tiedon. Aallonpituuden riippuvuus lähteen nopeudesta (jo aiemmin mainittu Doppler-ilmiö) antaa mahdollisuuden arvioida paitsi tähtien nopeuksia myös niiden pyörimistä.
Perustieto maailmankaikkeudesta tulee meille ilmakehän "optisen ikkunan" kautta. Radioastronomian kehittyessä yhä enemmän uutta tietoa galaksista tulee "radioikkunan" kautta.
5-8. Mistä sähkömagneettiset aallot tulevat?
SuperCook Huomautus: Ainoa sähkömagneettisten aaltojen lähde on varautuneiden hiukkasten kiihtyvyys. Ja tällaiset kiihtyvyydet voivat tapahtua täysin eri syistä.
Tiedämme tai luulemme tietävämme, kuinka radioaallot syntyvät maailmankaikkeudessa. Eräs säteilyn lähteistä mainittiin aiemmin ohimennen: törmäävien varautuneiden hiukkasten hidastumisesta syntyvä lämpösäteily. Kiinnostavampi on ei-lämpöinen radiosäteily.
Näkyvä valo, infrapuna- ja ultraviolettisäteet ovat lähes yksinomaan termistä alkuperää. Auringon ja muiden tähtien korkea lämpötila on tärkein syy sähkömagneettisten aaltojen syntymiseen. Tähdet lähettävät myös radioaaltoja ja röntgensäteitä, mutta niiden voimakkuus on hyvin alhainen.
Kun kosmisten säteiden varautuneet hiukkaset törmäävät maan ilmakehän atomien kanssa, syntyy lyhytaaltosäteilyä: gamma- ja röntgensäteitä. Totta, koska ne ovat syntyneet ilmakehän ylemmissä kerroksissa, ne imeytyvät melkein kokonaan, kulkevat sen paksuuden läpi eivätkä saavuta Maan pintaa.
Atomiytimien radioaktiivinen hajoaminen on tärkein gammasäteiden lähde Maan pinnalla. Täällä energiaa saadaan luonnon rikkaimmasta "energiavarastosta" - atomin ytimestä.
Kaikki elävät olennot lähettävät sähkömagneettisia aaltoja. Ensinnäkin, kuten mikä tahansa lämmitetty keho, infrapunasäteet. Jotkut hyönteiset (kuten tulikärpäset) ja syvänmeren kalat säteilevät näkyvää valoa. Täällä se syntyy kemiallisten reaktioiden vuoksi valoisissa elimissä (kylmä valo).
Lopuksi, solujen jakautumiseen liittyvien kemiallisten reaktioiden aikana kasvi- ja eläinkudoksissa säteilee ultraviolettisäteilyä. Nämä ovat niin sanottuja mitogeneettisiä säteitä, jotka Neuvostoliiton tiedemies Gurvich löysi. Aikoinaan vaikutti siltä, että niillä on suuri merkitys solujen elämässä, mutta myöhemmin tarkemmat kokeet, sikäli kuin voidaan arvioida, herättivät tässä useita epäilyksiä.
5-9. Hajuaisti ja sähkömagneettiset aallot
Ei voida sanoa, että vain näkyvä valo vaikuttaisi aisteihin. Jos nostat kätesi kuumalle vedenkeittimelle tai liedelle, tunnet lämmön kaukaa, ja kehomme pystyy havaitsemaan melko voimakkaita infrapunasäteitä. Tosin ihossa sijaitsevat herkät elementit eivät reagoi suoraan säteilyyn, vaan sen aiheuttamaan kuumenemiseen. Saattaa olla, että infrapunasäteet eivät tuota mitään muuta vaikutusta kehoon, mutta ehkä näin ei ole. Lopullinen vastaus saadaan hajuarvoituksen ratkaisemisen jälkeen.
Kuinka ihmiset, ja vielä useammat eläimet ja hyönteiset, haistavat tiettyjen aineiden läsnäolon huomattavan etäisyyden päästä? Yksinkertainen vastaus ehdottaa itseään: aineen molekyylit tunkeutuessaan hajuelimiin aiheuttavat näiden elinten erityistä ärsytystä, jonka havaitsemme tiettynä hajuna.
Mutta miten voimme selittää tämän tosiasian: mehiläiset kerääntyvät hunajaan, vaikka se on ilmatiiviisti suljettuna lasipurkissa? Tai toinen tosiasia: jotkut hyönteiset haisevat niin alhaisella ainepitoisuudella, että keskimäärin on vähemmän kuin yksi molekyyli yksilöä kohden.
Tältä osin on esitetty ja kehitteillä hypoteesi, jonka mukaan hajuaistin aiheuttavat sähkömagneettiset aallot, jotka ovat yli 10 kertaa pidempiä kuin näkyvän valon aallonpituus. Näitä aaltoja säteilevät molekyylien matalataajuiset värähtelyt ja ne vaikuttavat hajuelimiin. On outoa, että tämä teoria tuo silmämme ja nenämme lähemmäksi toisiaan odottamattomalla tavalla. Molemmat ovat erityyppisiä sähkömagneettisten aaltojen vastaanottimia ja analysaattoreita. On edelleen melko vaikea sanoa, onko tämä kaikki todella totta.
5-10. Merkittävä "pilvi"
Lukija, joka koko tämän pitkän luvun on luultavasti kyllästynyt hämmästymään sähkömagnetismin loputtomista ilmenemismuodoista, jotka tunkeutuvat jopa niin herkälle alueelle kuin hajuvedet, saattaa tulla siihen johtopäätökseen, että maailmassa ei ole suotuisampaa teoriaa kuin Tämä. Totta, atomin rakenteesta puhuttaessa oli jonkin verran hämmennystä. Muuten sähködynamiikka näyttää virheettömältä ja haavoittumattomalta.
Tämä valtavan hyvinvoinnin tunne syntyi fyysikkojen keskuudessa viime vuosisadan lopulla, jolloin atomin rakennetta ei vielä tiedetty. Tämä tunne oli niin täydellinen, että kuuluisa englantilainen fyysikko Thomson näytti kahden vuosisadan vaihteessa olevan syytä puhua pilvettömästä tieteellisestä horisontista, jossa hänen katseensa näki vain kaksi "pientä pilveä". Puheenvuorossa oli Michelsonin valonnopeuden mittauskokeita ja lämpösäteilyn ongelma. Michelsonin kokeiden tulokset muodostivat perustan suhteellisuusteorialle. Puhutaanpa lämpösäteilystä yksityiskohtaisesti.
Fyysikot eivät olleet yllättyneitä siitä, että kaikki kuumennetut kappaleet lähettävät sähkömagneettisia aaltoja. Piti vain oppia kuvaamaan tätä ilmiötä kvantitatiivisesti, luotaen harmoniseen Maxwellin yhtälöjärjestelmään ja Newtonin mekaniikkalakeihin. Ratkaiseessaan tätä ongelmaa Rayleigh ja Genet saivat hämmästyttävän ja paradoksaalisen tuloksen. Teoriasta seurasi esimerkiksi täysin muuttumattomalla tavalla, että jopa 36,6 °C:n lämpötilassa olevan ihmiskehon täytyisi kimmeltää häikäisevästi, väistämättä menettää energiaa ja jäähtyä nopeasti lähes absoluuttiseen nollaan.
Tässä ei tarvita hienovaraisia kokeita teorian ja todellisuuden välisen ilmeisen ristiriidan vahvistamiseksi. Ja samaan aikaan, toistamme, Rayleighin ja Jeansin laskelmat eivät herättäneet epäilyksiä. Ne olivat suora seuraus teorian yleisimmistä väitteistä. Mikään huijaus ei voinut pelastaa tilannetta.
Se tosiasia, että monta kertaa testatut sähkömagnetismin lait iskivät heti, kun niitä yritettiin soveltaa lyhyiden sähkömagneettisten aaltojen säteilyongelmaan, hämmästytti fyysikot niin, että he alkoivat puhua "ultraviolettikatastrofista" *). Tätä Thomson piti mielessä puhuessaan yhdestä "pilvistä". Miksi vain "pilvi"? Kyllä, koska fyysikot näyttivät tuolloin, että lämpösäteilyn ongelma oli pieni yksityinen asia, ei merkittävä yleisten jättimäisten saavutusten taustaa vasten.
*) "Katastrofia" kutsuttiin ultravioletiksi, koska ongelmat liittyivät hyvin lyhyiden aaltojen säteilyyn.
Tämän "pilven" oli määrä kuitenkin kasvaa ja muuttuessaan jättiläispilveksi hämärtää koko tieteellisen horisontin, kaataen ennennäkemättömän sateen, joka murensi koko klassisen fysiikan perustan. Mutta samalla se herätti henkiin myös uuden fyysisen ymmärryksen maailmasta, jota nyt lyhyesti kuvaamme kahdella sanalla - "kvanttiteoria".
Ennen kuin puhumme jostain uudesta, joka on merkittävästi mullistanut käsityksemme sekä sähkömagneettisista voimista että voimista yleensä, käännetään katseemme taaksepäin ja yritetään siitä korkeudesta, johon olemme nousseet, selvästi kuvitella, miksi sähkömagneettiset voimat näyttelevät luonnolla niin merkittävää roolia. .
Palvelimen vuokraus. Verkkosivuston isännöinti. Domain-nimet:
Uusia viestejä C --- redtramilta:
Uusia viestejä käyttäjältä C --- thor:
"Keväällä kukkivat tahmeat lehdet ovat minulle rakkaita, sininen taivas on rakas", sanoi Ivan Karamazov, yksi Dostojevskin neroista syntyneistä sankareista.
Auringonvalo on aina ollut ja pysyy ihmiselle ikuisen nuoruuden symbolina, kaiken parhaan, mitä elämässä voi olla. Auringon alla elävän miehen kiihtyneen ilon voi tuntea ja nelivuotiaan pojan ensimmäisessä runossa:
Olkoon aina aurinko, olkoon aina taivas, olkoon aina äiti, olkoon aina minä!
ja upean runoilijan Dmitri Kedrinin nelisarjoissa:
Sanot, että tulimme on sammunut. Sanot, että sinä ja minä olemme vanhentuneet, Katso kuinka sininen taivas loistaa! Mutta se on meitä paljon vanhempi...
Pimeyden valtakunta, pimeyden valtakunta, ei ole vain valon puutetta, vaan symboli kaikesta, mikä on raskasta ja ahdistavaa ihmisen sielulle.
Auringonpalvonta on ihmiskunnan vanhin ja kaunein kultti. Tämä on perulaisten upea jumala Kon-Tiki, tämä on muinaisten egyptiläisten jumaluus - Ra. Heti olemassaolonsa kynnyksellä ihmiset ymmärsivät, että aurinko on elämää. Olemme tienneet jo pitkään, että aurinko ei ole jumaluus, vaan kuuma pallo, mutta ihmiskunnalla on ikuisesti kunnioittava asenne sitä kohtaan.
Jopa fyysikon, joka on tottunut käsittelemään ilmiöiden tarkkaa tallentamista, tuntuu kuin hän syyllistyisi jumalanpilkkaa, kun hän sanoo, että auringonvalo on tietynpituisia sähkömagneettisia aaltoja eikä mitään muuta. Mutta tämä on juuri niin, ja kirjassamme sinun ja minun pitäisi yrittää puhua vain tästä.
Valona havaitsemme sähkömagneettisia aaltoja, joiden aallonpituus on 0,00004 - 0,000072 senttimetriä. Muut aallot eivät aiheuta visuaalisia vaikutelmia.
Valon aallonpituus on hyvin lyhyt. Kuvittele keskimääräinen meriaalto, joka kasvoi niin paljon, että se miehitti koko Atlantin valtameren New Yorkista Amerikassa Lissaboniin Euroopassa. Valon aallonpituus samalla suurennuksella olisi vain hieman pidempi kuin tämän sivun leveys.
Silmä ja sähkömagneettiset aallot
Mutta tiedämme erittäin hyvin, että on olemassa täysin eri aallonpituisia sähkömagneettisia aaltoja. Siellä on kilometriä pitkiä aaltoja; On olemassa myös näkyvää valoa lyhyempiä: ultravioletti, röntgensäteet jne. Miksi luonto teki silmämme (samoin kuin eläinten silmät) herkät tietylle, suhteellisen kapealle aallonpituusalueelle?
Sähkömagneettisen aallon asteikolla näkyvä valo sijaitsee ultravioletti- ja infrapunasäteiden välissä olevan pienen nauhan välissä. Reunoja pitkin ulottuvat leveät radioaaltojen ja gammasäteiden kaistat, joita atomiytimet lähettävät.
Kaikki nämä aallot kuljettavat energiaa, ja näyttäisi siltä, että ne voisivat yhtä hyvin tehdä meille sen, mitä valo tekee. Silmä voi olla niille herkkä.
Voimme tietysti heti sanoa, että kaikki aallonpituudet eivät ole sopivia. Gammasäteitä ja röntgensäteitä säteilee havaittavasti vain erityisolosuhteissa, eikä niitä ole lähes ollenkaan ympärillämme. Kyllä, tämä on "jumalan kiitos". Ne (etenkin gammasäteet) aiheuttavat säteilysairautta, joten ihmiskunta ei voisi pitkään nauttia maailmankuvasta gammasäteinä.
Pitkät radioaallot olisivat erittäin epämukavia. Ne taipuvat vapaasti metrin kokoisten esineiden ympärille, aivan kuten meren aallot taipuvat ulkonevien rannikkokivien ympärille, emmekä voineet tutkia esineitä, jotka meidän on ehdottomasti nähtävä selvästi. Aaltojen taipuminen esteiden ympärille (diffraktio) johtaisi siihen, että näkisimme maailman "kuin kala mudassa".
Mutta on myös infrapunasäteitä (lämpösäteitä), jotka voivat lämmittää ruumiita, mutta ovat meille näkymättömiä. Vaikuttaa siltä, että ne voisivat menestyksekkäästi korvata silmän havaitsemat aallonpituudet. Tai lopulta silmä voisi sopeutua ultraviolettivaloon.
No, kapea aallonpituuskaistale, jota kutsumme näkyväksi valoksi, juuri tässä asteikon osassa, on täysin satunnainen? Loppujen lopuksi Aurinko lähettää sekä näkyvää valoa että ultravioletti- ja infrapunasäteitä.
Ei ja ei! Tämä ei ole kaukana tästä. Ensinnäkin Auringon sähkömagneettisten aaltojen suurin emissio on juuri näkyvän spektrin kelta-vihreällä alueella. Mutta tämä ei ole pääasia! Säteily tulee olemaan varsin voimakasta myös spektrin lähialueilla.
"Ikkunat" ilmakehässä
Elämme ilmameren pohjalla. Maapalloa ympäröi ilmakehä. Pidämme sitä läpinäkyvänä tai lähes läpinäkyvänä. Ja se on todellisuudessa sellaista, mutta vain kapealle osalle aallonpituuksia (kapea osa spektristä, kuten fyysikot sanovat tällaisessa tapauksessa), jonka silmämme havaitsee.
Tämä on ensimmäinen optinen "ikkuna" ilmakehässä. Happi imee voimakkaasti ultraviolettisäteilyä. Vesihöyry estää infrapunasäteilyn. Pitkät radioaallot heijastuvat takaisin ionosfääristä.
On vain yksi toinen "radioikkuna", joka on läpinäkyvä 0,25 senttimetrin ja noin 30 metrin aalloille. Mutta nämä aallot, kuten jo mainittiin, sopivat huonosti silmälle, ja niiden intensiteetti aurinkospektrissä on hyvin alhainen. Radiotekniikan kehityksessä tarvittiin suuri harppaus, jonka aiheutti tutkien parantaminen toisen maailmansodan aikana, oppiakseen tunnistamaan nämä aallot luotettavasti.
Siten elävät organismit hankkivat olemassaolotaistelun aikana elimen, joka reagoi juuri niihin säteilyihin, jotka olivat voimakkaimpia ja sopivat erittäin hyvin tarkoitukseensa.
Sitä, että Auringon maksimisäteily osuu tarkalleen "optisen ikkunan" keskelle, pitäisi luultavasti pitää luonnon lisälahjana. (Luonto ylipäänsä osoittautui äärimmäisen anteliaaksi planeettaamme kohtaan. Voimme sanoa, että hän teki kaiken tai melkein kaiken, jotta voisimme syntyä ja elää onnellisina. Hän ei tietenkään voinut "ennakoi" kaikkea Hänen anteliaisuuden seuraukset, mutta hän antoi meille syyn ja sai siten meidät vastuuseen tulevasta kohtalostamme.) Luultavasti olisi mahdollista tehdä ilman Auringon maksimisäteilyn silmiinpistävää yhteensopivuutta ilmakehän suurimman läpinäkyvyyden kanssa. Auringon säteet, ennemmin tai myöhemmin, herättäisivät silti elämän maapallolla ja voisivat tukea sitä tulevaisuudessa.
Jos luet tätä kirjaa ei itsekoulutuksen käsikirjana, joka olisi sääli heittää pois, koska aikaa ja rahaa on jo käytetty, vaan "tunteella, järkellä, järjestelyllä", sinun tulee kiinnittää huomiota ilmeisen ilmeinen ristiriita. Auringon maksimisäteily osuu spektrin kelta-vihreälle osalle, ja näemme sen keltaisena.
Ilmapiiri on syyllinen. Se välittää spektrin pitkän aallon osan (keltainen) paremmin ja huonommin lyhytaaltoosan. Siksi vihreä valo näyttää heikentyneen suuresti.
Lyhyitä aallonpituuksia ilmakehä hajottaa yleensä kaikkiin suuntiin erityisen voimakkaasti. Siksi yllämme loistaa sininen taivas, ei keltainen tai punainen. Jos ilmapiiriä ei olisi ollenkaan, ei yläpuolellamme olisi tuttua taivasta. Sen sijaan on musta kuilu, jossa häikäisee aurinko. Toistaiseksi vain astronautit ovat nähneet tämän.
Sellainen aurinko ilman suojavaatteita on tuhoisa. Korkealla vuorilla, kun vielä on jotain hengitettävää, Auringosta tulee sietämättömän polttava *: et voi pysyä ilman vaatteita ja lumessa - ilman tummia laseja. Voit polttaa ihosi ja verkkokalvosi.
* (Ilmakehän ylemmät kerrokset eivät absorboi riittävästi ultraviolettisäteilyä.)
Maahan putoavat valoaallot ovat korvaamaton luonnon lahja. Ensinnäkin ne tarjoavat lämpöä ja sen mukana elämää. Ilman niitä kosminen kylmä olisi kahlitsenut Maan. Jos kaiken ihmiskunnan kuluttaman energian (polttoaine, putoava vesi ja tuuli) määrä kasvaisi 30-kertaiseksi, silloinkin tämä olisi vain tuhannesosa siitä energiasta, jonka aurinko toimittaa meille ilmaiseksi ja vaivattomasti.
Lisäksi tärkeimmät polttoainetyypit - kivihiili ja öljy - eivät ole mitään muuta kuin "puristettuja auringonsäteitä". Nämä ovat kasvillisuuden jäänteitä, jotka kerran peittivät rehevästi planeettamme ja ehkä osittain myös eläinmaailman.
Voimalaitosten turbiinien vesi nousi kerran ylöspäin höyryn muodossa auringonsäteiden energian vaikutuksesta. Auringon säteet liikuttavat ilmamassoja ilmakehässämme.
Mutta siinä ei vielä kaikki. Valoaallot tekevät enemmän kuin vain lämpöä. Ne herättävät aineen kemiallisen toiminnan, jota yksinkertainen kuumennus ei voi aiheuttaa. Kankaan haalistuminen ja ruskettuminen ovat seurausta kemiallisista reaktioista.
Tärkeimmät reaktiot tapahtuvat "tahmeissa kevätlehdissä" sekä männyn neulasissa, ruohonlehdissä, puissa ja monissa mikro-organismeissa. Vihreässä lehdessä Auringon alla tapahtuu prosesseja, jotka ovat välttämättömiä kaikelle maan elämälle. He antavat meille ruokaa, he antavat meille myös happea hengittääksemme.
Kehomme, kuten muiden korkeampien eläinten organismit, ei pysty yhdistämään puhtaita kemiallisia alkuaineita monimutkaisiksi atomiketjuiksi - orgaanisten aineiden molekyyleiksi. Hengitysmme myrkyttää jatkuvasti ilmakehää. Kuluttamalla elintärkeää happea hengitämme ulos hiilidioksidia (CO 2), mikä sitoo happea ja tekee ilman hengittämättömäksi. Se on puhdistettava jatkuvasti. Maan kasvit ja valtamerten mikro-organismit tekevät tämän puolestamme.
Lehdet imevät hiilidioksidia ilmasta ja hajottavat sen molekyylit osaosiin: hiileksi ja hapeksi. Hiiltä käytetään elävien kasvikudosten rakentamiseen, ja puhdasta happea palautetaan ilmaan. Kiinnittämällä hiiliketjuun muiden maasta juurillaan uutettujen alkuaineiden atomeja kasvit rakentavat proteiinien, rasvojen ja hiilihydraattien molekyylejä: ruokaa meille ja eläimille.
Kaikki tämä tapahtuu auringonsäteiden energian vuoksi. Lisäksi erityisen tärkeää tässä ei ole vain itse energia, vaan muoto, jossa se tulee. Fotosynteesi (kuten tiedemiehet kutsuvat tätä prosessia) voi tapahtua vain sähkömagneettisten aaltojen vaikutuksesta tietyllä spektrin alueella.
Emme yritä puhua fotosynteesin mekanismista. Asiaa ei ole vielä täysin selvitetty. Kun näin tapahtuu, ihmiskunnalle koittaa todennäköisesti uusi aikakausi. Proteiinit ja muut orgaaniset aineet voidaan kasvattaa suoraan retorteissa sinisen taivaan alla.
Kevyt paine
Hienoimmat kemialliset reaktiot syntyvät valon vaikutuksesta. Samalla hän osoittautuu kykeneväksi yksinkertaisiin mekaanisiin toimiin. Se aiheuttaa painetta ympäröiville kehoille. Totta, tässäkin valo osoittaa tiettyä herkkua. Kevyt paine on erittäin alhainen. Voimaa on vain noin puoli milligrammaa maanpinnan neliömetriä kohden kirkkaana aurinkoisena päivänä.
Koko maapalloon vaikuttaa melko merkittävä voima, noin 60 000 tonnia, mutta painovoimaan verrattuna se on mitätön (1014 kertaa pienempi).
Siksi P. N. Lebedevin valtava lahjakkuus tarvittiin kevyen paineen havaitsemiseen. Vuosisadamme alussa hän mittasi painetta kiinteiden aineiden lisäksi myös kaasuissa.
Huolimatta siitä, että valonpaine on hyvin alhainen, sen vaikutus voidaan joskus havaita suoraan paljaalla silmällä. Tätä varten sinun on nähtävä komeetta.
Jo pitkään on huomattu, että komeetan pienistä hiukkasista koostuva häntä on Auringon ympärillä liikkuessaan aina suunnattu vastakkaiseen suuntaan Aurinkoa vastaan.
Komeetan hännän hiukkaset ovat niin pieniä, että kevyen paineen voimat osoittautuvat vertailukelpoisiksi tai jopa suuremmiksi kuin niiden vetovoimat Aurinkoon. Siksi komeettojen hännät työnnetään pois auringosta.
Ei ole vaikea ymmärtää, miksi näin tapahtuu. Painovoima on verrannollinen massaan ja siten kappaleen lineaaristen mittojen kuutioon. Auringonpaine on verrannollinen pinnan kokoon ja siten lineaaristen mittojen neliöön. Kun hiukkaset pienenevät, painovoimat vähenevät seurauksena nopeammin, kuin paine, ja riittävän pienillä hiukkaskooilla kevyet painevoimat pienenevät.
Mielenkiintoinen tapaus tapahtui amerikkalaisen satelliitin Echo kanssa. Satelliitin saapuessa kiertoradalle suuri polyeteenikuori täytettiin painekaasulla. Muodostettiin kevyt pallo, jonka halkaisija oli noin 30 metriä. Yllättäen kävi ilmi, että yhden kierroksen aikana auringonsäteiden paine syrjäyttää sen kiertoradalta 5 metrillä. Tämän seurauksena satelliitti pysyi kiertoradalla suunnitellun 20 vuoden sijaan alle vuoden.
Tähtien sisällä, useiden miljoonien asteiden lämpötiloissa, sähkömagneettisten aaltojen paineen tulisi saavuttaa valtavia arvoja. On oletettava, että sillä on gravitaatiovoimien ja tavallisen paineen ohella merkittävä rooli tähtien sisäisissä prosesseissa.
Kevyen paineen esiintymismekanismi on suhteellisen yksinkertainen, ja voimme sanoa siitä muutaman sanan. Aineeseen osuvan sähkömagneettisen aallon sähkökenttä keinuttaa elektroneja. Ne alkavat värähdellä poikittain aallon etenemissuuntaan nähden. Mutta tämä ei sinänsä aiheuta painetta.
Aallon magneettikenttä alkaa vaikuttaa liikkeelle tulleisiin elektroneihin. Juuri tämä työntää elektroneja pitkin valonsädettä, mikä lopulta johtaa paineen esiintymiseen aineen palassa kokonaisuutena.
Kaukaisten maailmojen sanansaattajat
Tiedämme kuinka suuria ovat universumin rajattomat avaruudet, joissa galaksimme on tavallinen tähtijoukko ja Aurinko on tyypillinen keltaisten kääpiöiden joukkoon kuuluva tähti. Vain aurinkokunnassa paljastetaan maapallon etuoikeutettu asema. Maa on kaikista aurinkokunnan planeetoista sopivin elämälle.
Tiedämme paitsi lukemattomien tähtimaailmojen sijainnin, myös niiden koostumuksen. Ne on rakennettu samoista atomeista kuin maapallomme. Maailma on yksi.
Valo on kaukaisten maailmojen sanansaattaja. Hän on elämän lähde, hän on myös tietomme lähde maailmankaikkeudesta. "Kuinka suuri ja kaunis maailma onkaan", maan päälle tulevat sähkömagneettiset aallot kertovat meille. Vain sähkömagneettiset aallot "puhuvat" - gravitaatiokentät eivät tarjoa vastaavaa tietoa universumista.
Tähdet ja tähtijoukot voidaan nähdä paljaalla silmällä tai kaukoputken läpi. Mutta mistä tiedämme, mistä ne on tehty? Tässä silmän avuksi tulee spektrilaite, joka "lajitelee" valoaallot pituuden mukaan ja lähettää ne eri suuntiin.
Kuumennetut kiinteät aineet tai nesteet lähettävät jatkuvaa spektriä eli kaikkia mahdollisia aallonpituuksia, jotka vaihtelevat pitkästä infrapunasta lyhyeen ultraviolettisäteilyyn.
Eristetyt tai lähes eristetyt aineen kuumien höyryjen atomit ovat täysin eri asia. Niiden spektri on värikkäiden viivojen palisadi, joiden kirkkaus vaihtelee ja joita erottavat leveät tummat raidat. Jokainen värillinen viiva vastaa tietyn pituista sähkömagneettista aaltoa *.
* (Huomaa muuten, että meidän ulkopuolellamme luonnossa ei ole värejä, on vain eripituisia aaltoja.)
Tärkein asia: minkä tahansa kemiallisen alkuaineen atomit antavat oman spektrinsä, toisin kuin muiden alkuaineiden atomien spektrit. Kuten ihmisen sormenjäljillä, atomien viivaspektreillä on ainutlaatuinen persoonallisuus. Sormen iholla olevien kuvioiden ainutlaatuisuus auttaa löytämään rikollisen. Samalla tavalla spektrin yksilöllisyys antaa fyysikoille mahdollisuuden määrittää kappaleen kemiallinen koostumus koskematta siihen, eikä vain sen ollessa lähellä, vaan myös silloin, kun se poistetaan etäisyyksillä, jotka jopa valo kulkee miljoonien vuosien aikana. . On vain välttämätöntä, että vartalo hehkuu kirkkaasti *.
* (Auringon ja tähtien kemiallista koostumusta ei määrätä tarkasti ottaen emissiospektreistä, koska tämä on tiheän fotosfäärin jatkuva spektri, vaan auringon ilmakehän absorptiospektreistä. Aineen höyryt absorboivat voimakkaimmin juuri niitä aallonpituuksia, jotka ne lähettävät kuumassa tilassa. Tummat absorptioviivat jatkuvan spektrin taustalla mahdollistavat taivaankappaleiden koostumuksen määrittämisen.)
Ne alkuaineet, jotka ovat maan päällä, "löytyivät" myös auringosta ja tähdistä. Helium löydettiin vielä aikaisemmin Auringosta ja vasta sitten maapallolta.
Jos emittoivat atomit ovat magneettikentässä, niiden spektri muuttuu merkittävästi. Yksittäiset värilliset raidat on jaettu useisiin riveihin. Tämä mahdollistaa tähtien magneettikentän havaitsemisen ja sen suuruuden arvioimisen.
Tähdet ovat niin kaukana, että emme voi suoraan havaita liikkuvatko ne vai eivät. Mutta heistä tulevat valoaallot tuovat meille tämän tiedon. Aallonpituuden riippuvuus lähteen nopeudesta (jo aiemmin mainittu Doppler-ilmiö) antaa mahdollisuuden arvioida paitsi tähtien nopeuksia myös niiden pyörimistä.
Perustieto maailmankaikkeudesta tulee meille ilmakehän "optisen ikkunan" kautta. Radioastronomian kehittyessä yhä enemmän uutta tietoa galaksista tulee "radioikkunan" kautta.
Mistä sähkömagneettiset aallot tulevat?
Tiedämme tai luulemme tietävämme, kuinka radioaallot syntyvät maailmankaikkeudessa. Eräs säteilyn lähteistä mainittiin aiemmin ohimennen: törmäävien varautuneiden hiukkasten hidastumisesta syntyvä lämpösäteily. Kiinnostavampi on ei-lämpöinen radiosäteily.
Näkyvä valo, infrapuna- ja ultraviolettisäteet ovat lähes yksinomaan termistä alkuperää. Auringon ja muiden tähtien korkea lämpötila on tärkein syy sähkömagneettisten aaltojen syntymiseen. Tähdet lähettävät myös radioaaltoja ja röntgensäteitä, mutta niiden voimakkuus on hyvin alhainen.
Kun kosmisten säteiden varautuneet hiukkaset törmäävät maan ilmakehän atomien kanssa, syntyy lyhytaaltosäteilyä: gamma- ja röntgensäteitä. Totta, koska ne ovat syntyneet ilmakehän ylemmissä kerroksissa, ne imeytyvät melkein kokonaan, kulkevat sen paksuuden läpi eivätkä saavuta Maan pintaa.
Atomiytimien radioaktiivinen hajoaminen on tärkein gammasäteiden lähde Maan pinnalla. Täällä energiaa saadaan luonnon rikkaimmasta "energiavarastosta" - atomin ytimestä.
Kaikki elävät olennot lähettävät sähkömagneettisia aaltoja. Ensinnäkin, kuten mikä tahansa lämmitetty keho, infrapunasäteet. Jotkut hyönteiset (kuten tulikärpäset) ja syvänmeren kalat säteilevät näkyvää valoa. Täällä se syntyy kemiallisten reaktioiden vuoksi valoisissa elimissä (kylmä valo).
Lopuksi, solujen jakautumiseen liittyvien kemiallisten reaktioiden aikana kasvi- ja eläinkudoksissa säteilee ultraviolettisäteilyä. Nämä ovat niin sanottuja mitogeneettisiä säteitä, jotka Neuvostoliiton tiedemies Gurvich löysi. Aikoinaan vaikutti siltä, että niillä on suuri merkitys solujen elämässä, mutta myöhemmin tarkemmat kokeet, sikäli kuin voidaan arvioida, herättivät tässä useita epäilyksiä.
Hajuaisti ja sähkömagneettiset aallot
Ei voida sanoa, että vain näkyvä valo vaikuttaisi aisteihin. Jos laitat kätesi kuuman vedenkeittimen tai lieden lähelle, tunnet lämmön kaukaa. Kehomme pystyy havaitsemaan melko voimakkaita infrapunasäteitä. Tosin ihossa sijaitsevat herkät elementit eivät reagoi suoraan säteilyyn, vaan sen aiheuttamaan kuumenemiseen. Saattaa olla, että infrapunasäteet eivät tuota mitään muuta vaikutusta kehoon, mutta ehkä näin ei ole. Lopullinen vastaus saadaan hajuarvoituksen ratkaisemisen jälkeen.
Kuinka ihmiset, ja vielä useammat eläimet ja hyönteiset, haistavat tiettyjen aineiden läsnäolon huomattavan etäisyyden päästä? Yksinkertainen vastaus ehdottaa itseään: aineen molekyylit tunkeutuessaan hajuelimiin aiheuttavat näiden elinten erityistä ärsytystä, jonka havaitsemme tiettynä hajuna.
Mutta miten voimme selittää tämän tosiasian: mehiläiset kerääntyvät hunajaan, vaikka se on ilmatiiviisti suljettuna lasipurkissa? Tai toinen tosiasia: jotkut hyönteiset haisevat niin alhaisella ainepitoisuudella, että keskimäärin on vähemmän kuin yksi molekyyli yksilöä kohden.
Tältä osin on esitetty ja kehitteillä hypoteesi, jonka mukaan hajuaistin aiheuttavat sähkömagneettiset aallot, jotka ovat yli 10 kertaa pidempiä kuin näkyvän valon aallonpituus. Näitä aaltoja säteilevät molekyylien matalataajuiset värähtelyt ja ne vaikuttavat hajuelimiin. On outoa, että tämä teoria tuo silmämme ja nenämme lähemmäksi toisiaan odottamattomalla tavalla. Molemmat ovat erityyppisiä sähkömagneettisten aaltojen vastaanottimia ja analysaattoreita. On edelleen melko vaikea sanoa, onko tämä kaikki todella totta.
Merkittävä "pilvi"
Lukija, joka koko tämän pitkän luvun on luultavasti kyllästynyt hämmästymään sähkömagnetismin loputtomista ilmenemismuodoista, jotka tunkeutuvat jopa niin herkälle alueelle kuin hajuvedet, saattaa tulla siihen johtopäätökseen, että maailmassa ei ole suotuisampaa teoriaa kuin Tämä. Totta, atomin rakenteesta puhuttaessa oli jonkin verran hämmennystä. Muuten sähködynamiikka näyttää virheettömältä ja haavoittumattomalta.
Tämä valtavan hyvinvoinnin tunne syntyi fyysikkojen keskuudessa viime vuosisadan lopulla, jolloin atomin rakennetta ei vielä tiedetty. Tämä tunne oli niin täydellinen, että kuuluisa englantilainen fyysikko Thomson näytti kahden vuosisadan vaihteessa olevan syytä puhua pilvettömästä tieteellisestä horisontista, jossa hänen katseensa näki vain kaksi "pientä pilveä". Puheenvuorossa oli Michelsonin valonnopeuden mittauskokeita ja lämpösäteilyn ongelma. Michelsonin kokeiden tulokset muodostivat perustan suhteellisuusteorialle. Puhutaanpa lämpösäteilystä yksityiskohtaisesti.
Fyysikot eivät olleet yllättyneitä siitä, että kaikki kuumennetut kappaleet lähettävät sähkömagneettisia aaltoja. Piti vain oppia kuvaamaan tätä ilmiötä kvantitatiivisesti, luotaen harmoniseen Maxwellin yhtälöjärjestelmään ja Newtonin mekaniikkalakeihin. Ratkaiseessaan tätä ongelmaa Rayleigh ja Genet saivat hämmästyttävän ja paradoksaalisen tuloksen. Teoriasta seurasi esimerkiksi täysin muuttumattomalla tavalla, että jopa 36,6 °C:n lämpötilassa olevan ihmiskehon täytyisi kimmeltää häikäisevästi, väistämättä menettää energiaa ja jäähtyä nopeasti lähes absoluuttiseen nollaan.
Tässä ei tarvita hienovaraisia kokeita teorian ja todellisuuden välisen ilmeisen ristiriidan vahvistamiseksi. Ja samaan aikaan, toistamme, Rayleighin ja Jeansin laskelmat eivät herättäneet epäilyksiä. Ne olivat suora seuraus teorian yleisimmistä väitteistä. Mikään huijaus ei voinut pelastaa tilannetta.
Se tosiasia, että toistuvasti testatut sähkömagnetismin lait iskivät heti, kun niitä yritettiin soveltaa lyhyiden sähkömagneettisten aaltojen säteilyongelmaan, hämmästytti fyysikot niin, että he alkoivat puhua "ultraviolettikatastrofista" *. Tämä oli Thomsonin mielessä puhuessaan yhdestä "pilvistä". Miksi vain "pilvi"? Kyllä, koska fyysikot näyttivät tuolloin, että lämpösäteilyn ongelma oli pieni yksityinen asia, ei merkittävä yleisten jättimäisten saavutusten taustaa vasten.
* ("Katastrofia" kutsuttiin ultraviolettisäteilyksi, koska ongelmat liittyivät hyvin lyhyen aallonpituuden säteilyyn.)
Tämän "pilven" oli määrä kuitenkin kasvaa ja muuttuessaan jättiläispilveksi hämärtää koko tieteellisen horisontin, kaataen ennennäkemättömän sateen, joka murensi koko klassisen fysiikan perustan. Mutta samalla se herätti henkiin myös uuden fyysisen ymmärryksen maailmasta, jota nyt lyhyesti kuvaamme kahdella sanalla - "kvanttiteoria".
Ennen kuin puhumme jostain uudesta, joka on merkittävästi mullistanut käsityksemme sekä sähkömagneettisista voimista että voimista yleensä, käännetään katseemme taaksepäin ja yritetään siitä korkeudesta, johon olemme nousseet, selvästi kuvitella, miksi sähkömagneettiset voimat näyttelevät luonnolla niin merkittävää roolia. .
), joka kuvaa sähkömagneettista kenttää, osoitti teoreettisesti, että sähkömagneettinen kenttä tyhjiössä voi olla olemassa ilman lähteitä - varauksia ja virtoja. Kentällä ilman lähteitä on aaltojen muoto, jotka etenevät äärellisellä nopeudella, joka tyhjiössä on yhtä suuri kuin valon nopeus: Kanssa= 299792458±1,2 m/s. Sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeuden yhteensopivuus tyhjiössä aiemmin mitatun valonnopeuden kanssa antoi Maxwellille mahdollisuuden päätellä, että valo on sähkömagneettisia aaltoja. Samanlainen päätelmä muodosti myöhemmin valon sähkömagneettisen teorian perustan.
Vuonna 1888 sähkömagneettisten aaltojen teoria sai kokeellisen vahvistuksen G. Hertzin kokeissa. Käyttämällä korkeajännitelähdettä ja vibraattoreita (katso Hertz-vibraattori), Hertz pystyi suorittamaan hienovaraisia kokeita määrittääkseen sähkömagneettisen aallon etenemisnopeuden ja sen pituuden. Kokeellisesti vahvistettiin, että sähkömagneettisen aallon etenemisnopeus on yhtä suuri kuin valon nopeus, mikä osoitti valon sähkömagneettisen luonteen.
