Электромагнитные волны могут распространяться с разной скоростью

Физика. 11 класс

§ 12. Электромагнитные волны и их свойства. Шкала электромагнитных волн

Практически до начала ХХ в. человеческая цивилизация не знала о существовании электромагнитных волн, использование свойств которых до неузнаваемости изменило быт современных людей. Как тепловое излучение Солнца достигает Земли через холодные просторы космоса? Конечна ли скорость света? Как осуществляется связь с космонавтами на околоземной орбите?

Впервые гипотезу о существовании электромагнитных волн высказал в 1864 г. английский физик Джеймс Максвелл. В своих работах он показал, что источниками электрического поля могут быть как электрические заряды, так и магнитные поля, изменяющиеся во времени.

В свою очередь магнитные поля могут возбуждаться либо движущимися электрическими зарядами (электрическим током), либо переменными электрическими полями.

Изменение индукции магнитного поля с течением времени вызывает появление в окружающем пространстве вихревого электрического поля. Силовые линии этого поля замкнуты и охватывают линии индукции магнитного поля, и напряженность в любой точке пространства перпендикулярна индукции магнитного поля
(рис. 72, а).

Максвелл предположил, что любое изменение напряженности вихревого электрического поля сопровождается возникновением переменного магнитного поля (рис. 72, б). Далее этот процесс может повторяться «до бесконечности», поскольку поля смогут попеременно воспроизводить друг друга даже в вакууме.

Таким образом, в вакууме возникает система изменяющихся и взаимно поддерживающих друг друга электрических и магнитных полей, захватывающих все большие и большие области пространства (рис. 73).
Совокупность связанных друг с другом периодически изменяющихся электрического и магнитного полей называют переменным электромагнитным полем. Согласно теории Максвелла электромагнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью.
Рассмотрим подробнее процесс образования электромагнитного поля в пространстве, окружающем проводник.
Пусть в проводнике возбуждены электромагнитные колебания, в результате чего сила электрического тока в нем непрерывно меняется. Поскольку сила тока связана со скоростью движения свободных зарядов в проводнике, то скорость движения последних также будет непрерывно изменяться с течением времени. Это говорит о том, что свободные заряды внутри проводника будут двигаться с ускорением.
Согласно теории Максвелла при ускоренном движении свободных зарядов в проводнике в пространстве вокруг него создается переменное магнитное поле, которое порождает переменное вихревое электрическое поле. Последнее, в свою очередь, вновь вызывает появление переменного магнитного поля уже на большем расстоянии от заряда и т. д. Таким образом, в пространстве вокруг проводника образуются взаимосвязанные электрические и магнитные поля, которые распространяются с течением времени в виде волны.

Электромагнитное поле, распространяющееся в вакууме или в какой-либо среде с конечной скоростью, называется электромагнитной волной (рис. 74).
Электромагнитные волны являются поперечными. В них направления колебаний векторов напряженности электрического поля и индукции магнитного поля волны происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны

Подобно упругим механическим волнам электромагнитные волны испытывают отражение от препятствий, преломление на границах сред. Но в отличие от упругих волн электромагнитные волны могут распространяться и в вакууме.

Частота электромагнитных волн совпадает с частотой колебаний излучающих частиц. Максимальное значение ускорения при гармонических колебаниях пропорционально квадрату частоты колебаний . Так как излучают только ускоренно движущиеся заряды, то модуль напряженности электрического поля и модуль индукции магнитного поля пропорциональны модулю ускорения E ~ α, B ~ α , то E ~ ν 2 . Тогда интенсивность излучаемой электромагнитной волны пропорциональна четвертой степени частоты I ~ ~ ν 4 .

Таким образом, для получения интенсивных электромагнитных волн от некоторого источника необходимо создать в нем колебания излучающих заряженных частиц достаточно высокой частоты.

Одним из важнейших результатов теории Максвелла было теоретическое определение модуля скорости распространения электромагнитных волн (света). Согласно этой теории модуль скорости распространения с электромагнитной волны в вакууме связан с электрической по­стоянной и магнитной постоянной следующим соотношением

Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме является максимально (предельно) достижимой величиной. В любом веществе скорость их распространения меньше с и зависит от его электрических и магнитных свойств.
Совпадение скорости электромагнитных волн со скоростью света дало возможность Максвеллу предположить, что свет имеет электромагнитную природу. Благодаря этому произошло объединение в одно учение оптики и электромагнетизма.
Электромагнитные волны были экспериментально открыты немецким физиком Генрихом Герцем в 1887 г. Для их генерации он использовал специальное устройство (рис. 75, а), впоследствии названное вибратором Герца.
Герц исследовал излучаемое вибратором электромагнитное поле. В воздушном зазоре между шарами при переменном напряжении, достигающем значения пробоя воздуха, происходил искровой разряд. При этом в вибраторе возникали электромагнитные колебания высокой частоты. Индикатором электромагнитных волн, возникающих в опытах Герца, служила искра, образующаяся в приемном контуре (рис. 75, б). Размеры приемного контура (в форме прямоугольного контура или кольца) выбирались таким образом, чтобы собственная частота возникающих в нем колебаний была равна частоте излучаемых волн.
Изменяя положение приемного контура по отношению к вибратору и наблюдая появление в нем искры, Герц определял наличие поля в различных точках пространства. Таким образом, Герц экспериментально доказал существование электромагнитных волн.
В своих экспериментах, проведенных в 1887— 1891 гг., Герц сумел не только убедительно доказать существование электромагнитных волн, но и установить их основные свойства.

Перечислим основные свойства электромагнитных волн:
• распространяются не только в различных средах, но и вакууме;
• в вакууме распространяются со скоростью ;
• отражаются и преломляются на границах раздела сред;
• являются поперечными.

Исследования по передаче информации электромагнитными волнами, проведенные русским ученым Александром Степановичем Поповым, показали, что для радиосвязи можно использовать колебательный контур. Закрытый контур излучает слабо, так как электрическое поле сосредоточено в основном между обкладками конденсатора, а магнитное — в катушке, т. е. поля пространственно разделены. Такая система с сосредоточенными параметрами практически не излучает электромагнитные волны.

Проследим за изменениями в системе при увеличении расстояния d между обкладками конденсатора, при уменьшении площади S обкладок конденсатора и при уменьшении числа N витков катушки.

Так как при этом электроемкость конденсатора и индуктивность катушки уменьшаются, то собственная частота колебаний контура увеличится. Соответственно, увеличится и интенсивность излучения, которая при прочих равных условиях .

Таким образом, для эффективного излучения контур необходимо «открыть», раздвинув обкладки конденсатора, т. е. создать условия «ухода» поля в пространство (рис. 75-1, а). Если заменить катушку прямым проводом, то частота ω увеличится еще больше. В результате приходим к открытому колебательному контуру — это прямой провод
(рис. 75-1, б).

Однако в таком виде его невозможно использовать на практике, так как мощность излучения и в этом случае невелика. Интенсивное излучение начинается при достижении частот порядка сотен тысяч герц. Поэтому в действительности контур состоит из катушки, конденсатора и длинного провода — антенны (рис. 75-1, в). Один конец провода соединен с землей (заземлен), второй — поднят над поверхностью Земли (см. рис. 75-1, в).

Длина антенны изготовляется кратной половине длины волны, так как в этом случае она настроена в резонанс с генератором колебаний, что обеспечивает оптимальные условия для излучения и приема электромагнитных волн. Вынужденные колебания высокой частоты в антенне создают в окружающем пространстве электромагнитное поле, и электромагнитные волны распространяются от антенны (рис. 75-2).

Спектр электромагнитного излучения удобно изображать в виде шкалы электромагнитных волн, приведенной на рисунке 76.

Свойства электромагнитных волн очень сильно зависят от их частоты. Излучение электронов, обусловленное их движением в проводниках, позволяет генерировать электромагнитные волны с частотой до 10 12 Гц. Для генерации излучений с частотой выше 10 12 Гц используют излучение атомов. Верхний предел частот, которые могут генерировать атомные системы, составляет 10 30 Гц.

Излучения более высоких частот (гамма-излучение) испускаются атомными ядрами.

Классификация электромагнитных волн в зависимости от частот (длин волн) приведена в таблице 7

Приемники
излучения (применение)

Генераторы пере­мен­ного тока, электрические машины

Передача элект­ри­ческой энер­гии, обработка металлов

Солнце, электро­лампы, лазеры, све­то­диоды

Кожа человека (загар, лечение заболеваний ко­жи), уничто­же­ние бактерий, сигнализация

Бетатроны, солнеч­ная корона, небес­ные тела, рентгенов­ские трубки

Ионизация, счетчик Гейгера-Мюллера, рент­гено­графия, радио­логия, обна­ружение подделок произ­ведений искус­ства

Космическое излу­чение, радиоактив­ные распады, бетатрон, циклотрон

В настоящее время электромагнитные волны находят широкое применение в науке и технике в таких процессах и явлениях, как:
• плавка и закалка металлов в электротехнической промышленности, изготовление постоянных магнитов (низкочастотные волны);
• телевидение, радиосвязь, радиолокация (радиоволны);
• мобильная связь, радиолокация (микроволны);
• сварка, резка, плавка металлов лазерами, приборы ночного видения (инфракрасное излучение);
• освещение, голография, лазеры (видимое излучение);
• люминесценция в газоразрядных лампах, лазеры (ультрафиолетовое излучение);
• рентгенотерапия, рентгеноструктурный анализ, лазеры (рентгеновское излучение);
• дефектоскопия, диагностика и терапия в медицине, исследование внутренней структуры атомов, военное дело (гамма-излучение).

7 мая 1895 г. русский ученый Александр Степанович Попов на заседании Русского физико-химического общества в Санкт — Петербурге сообщил о возможности приема электромагнитных сигналов на расстоянии. А уже 18 декабря 1897 г. он передал на расстояние 250 м первую в мире радиограмму из двух слов «Heinrich Hertz» (Генрих Герц) в честь первого в мире человека, наблюдавшего электромагнитные волны.

В 1901 г . итальянский инженер Г. Маркони впервые осуществил радиосвязь через Атлантический океан. В 1909 г. он получил Нобелевскую премию за развитие радиотехники и распространение радио как средства связи.

Что такое электромагнитная волна

Многие закономерности волновых процессов имеют универсальный характер и в равной мере справедливы для волн различной природы: механических волн в упругой среде, волн на поверхности воды, в натянутой струне и т. д. Не являются исключением и электромагнитные волны, представляющие собой процесс распространения колебаний электромагнитного поля.

Но в отличие от других видов волн, распространение которых происходит в какой-то материальной среде, электромагнитные волны могут распространяться в пустоте: никакой материальной среды для распространения электрического и магнитного полей не требуется. Однако электромагнитные волны могут существовать не только в вакууме, но и в веществе. Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано Максвеллом в результате анализа предложенной им системы уравнений, описывающих электромагнитное поле. Максвелл показал, что электромагнитное поле в вакууме может существовать и в отсутствие источников — зарядов и токов.

Поле без источников имеет вид волн, распространяющихся с конечной скоростью, в которых векторы электрического и магнитного полей в каждый момент времени в каждой точке пространства перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волн. Экспериментально электромагнитные волны были открыты и изучены Герцем уже после смерти Максвелла. Именно Герцу первому удалось создать такую установку по излучению и по приему электромагнитной волны. Для излучения электромагнитной волны требуется достаточно быстро движущийся электрический заряд. Следует создать такое устройство, где будет очень быстро движущийся или ускоренно движущийся электрический заряд.
Проведем небольшой эксперимент. Возьмем маленький рыхлый кусочек ваты массой 3-5 мг. Хоро¬шо наэлектризуйте полиэтиленовую расческу о чистые волосы или эбонитовую палку и опустите на нее ватку. Она притянется и наэлектризуется. Рывком палки в сторону оторвите ватку и быстро поднесите палку под ватку, а далее можно управлять ее движением. Покоящийся заряд создает только электрическое поле. Заряд по¬коится лишь относительно определенной системы отсчета. Относи¬тельно других систем отсчета он будет двигаться и, следовательно, создавать магнитное поле. Магнит, лежащий на столе, создает маг¬нитное поле. По движению относительно его наблюдатель обнаруживает и электрическое поле. Электрические и магнитные по¬ля — проявления единого целого электромагнитного поля. Примеры проявления электромагнитного поля мы ежесекундно испытываем на себе: тепловое излучение нагретых тел, свет, радиоволны, действие микроволновой печи, ядерные реакции, происходящие в недрах Солнца. Независимо от примеров действия в каждой исследуемой точке пространства и в каждый момент времени электромагнитное поле можно описать двумя основными векторами: вектором электрического поля Е и вектором магнитного поля В :Е — электрическая напряженность; В — магнитная индукция.
Е и В — силовые характеристики электромагнитного поля. Единица электрической напряженности:
Е [Н/Кл]. Единица магнитной индукции: В [Тл] (Тесла).
Как же передается электрическое взаимодействие? Если поместить два заряженных тела, которые имеют электрический заряд q1 и q2, на небольшое расстояние друг от друга, а затем один из них привести в движение, то действие передается мгновенно на другое. Приложим некоторую силу для перемещения заряженного тела с зарядом q1 относительно заряженного тела с зарядом q2. Заметим, что действие заряженного тела с зарядом q1 мгновенно передается на заряженное тело с зарядом q2. Перемещение заряженного тела с зарядом q1 практически мгновенно изменяет поле вокруг него. Как следствие, переменное электрическое поле заряженного тела с зарядом q1 порождает переменное магнитное поле в областях пространства вокруг него. А переменное во времени магнитное поле, в свою очередь, порождает переменное во времени электрическое поле и т.д. При перемещении заряженного тела с зарядом q1 наблюдается резкое изменение электрического поля, этот «всплеск» распространяется в пространстве на большие области действия. Спустя промежуток времени это действие электрического поля достигает заряженного тела с зарядом q2. Скорость распространения этого процесса равна ско¬рости света в пустоте — 300.000 км/с. Конечный результат. В окружающем заряд пространстве, захватывая все большие и большие области, возникает система взаимно перпендикулярных, периодически изменяющихся электрических и магнитных полей. Ha рисунке изображен «моментальный снимок» такой системы полей на большом расстоянии от колеблющегося заряда. Образуется так называемая электромагнитная волна, бегущая по всем направлениям от колеблющегося заряда. Не надо думать, что электромагнитная волна, показанная на рисунке, подобно волне на поверхности воды, представляет собой возмущение какой-либо среды. На рисунке изображены в некотором масштабе векторы Е и В в различных точках пространства, лежащих на оси Oz, в фиксированный момент времени. Никаких гребней и впадин среды, как в случае механических волн на поверхности воды, здесь нет. В каждой точке пространства электрические и магнитные поля меняются во времени периодически. Чем дальше расположена точка от заряда, тем позднее достигнут ее колебания полей. Следовательно, на разных расстояниях от заряда колебания происходят с различными фазами. Колебания векторов Е и В в любой точке совпадают по фазе. Расстояние между двумя ближайшими точками, в которых колебания происходят в одинаковы фазах, есть длина волны X. В данный момент времени векторы Е и В меняются периодически в пространстве с периодом X.
Электромагнитные волны излучаются колеблющимися зарядами. При этом существенно, что скорость движения таких зарядов меняется со временем, т. е. что они движутся с ускорением. Наличие ускорения — главное условие излучения электромагнитных волн.

Электромагнитное поле излучается заметным образом не только при колебаниях заряда, но и при любом быстром изменении его скорости. Интенсивность излученной волны тем больше, чем больше ускорение, с которым движется заряд. Наглядно это можно представить себе так. При движении заряженной частицы с постоянной скоростью созданные ею электрическое и магнитное поля, подобно развевающемуся шлейфу, сопровождают частицу. При ускорении частицы обнаруживается присущая электромагнитному полю инертность. Поле «отрывается» от частицы и начинает самостоятельное существование в форме электромагнитных волн. Энергия электромагнитного поля волны в данный момент времени меняется периодически в пространстве с изменением векторов Е и В. Бегущая волна несет с собой энергию, перемещающуюся со скоростью с вдоль направления распространения волны. Благодаря этому энергия электромагнитной волны в любой области пространства меняется периодически со временем. Максвелл был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн. Но он не дожил до их экспериментального обнаружения. Лишь через 10 лет после его смерти электромагнитные волны были экспериментально получены Герцем.

Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!

• Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
• Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
• Повысим успеваемость по школьным предметам
• Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ

Скорость распространения электромагнитных волн

Эмпирический способ нахождения скорости электромагнитных волн

Скорость распространения электромагнитных волн эмпирически определяют, изучая стоячие волны, которые получают, например, в цепи, которая изображена на рис. 1, где выход генератора соединен с проводами линии через конденсаторы. Когда генератор работает, между проводами появляются колебания напряжения, а, значит, существуют колебания электрического поля, то есть возникает электромагнитная волна.

Для понимания об интенсивности колебаний в различных точках линии включают лампы накаливания. В таких опытах можно показать, что стоячие волны в линии появляются только при определенной частоте генератора, когда она совпадает с частотой собственных колебаний линии.

Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты

Измеряя расстояния ($\triangle x$) между соседними узлами или пучностями в стоячей волне, определяется $\frac$ длины волны ($\lambda $). При этом, известно, что:

где $\nu $ — частота генератора. Измерив $\nu $, легко найти скорость распространения электромагнитной волны. Опыты показали, что скорость электромагнитной волны ($v$) совпадает со скоростью света. В воздухе она приблизительно равна $v=c=3\cdot ^8\frac.$

Вывод скорости распространения электромагнитных волн из теории Максвелла

Раньше, чем электромагнитные волны были получены в экспериментах, Максвелл вычислил скорость этих волн, используя свою теорию поля. Рассмотри плоскую электромагнитную волну (одномерная задача, означающая, что $\overrightarrowи\ \overrightarrowзависят\ только\ от\ одной\ координаты,\ допустим\ x$), которая распространяется в однородной среде ($j_x=j_y=j_z=0,\ при\ \varepsilon =const,\ \mu =const$). В таком случае система уравнений Максвелла в скалярном виде будет записана как:

Исключим из уравнений Максвелла электрическое поле. С этой целью используем формулу, связывающую индукцию магнитного поля и его напряженность:

«Скорость распространения электромагнитных волн» ��
Помощь эксперта по теме работы
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Помощь с рефератом от нейросети

и продифференцируем второе уравнение системы (2) по времени, получим:

Первое уравнение системы (2) продифференцируем по $x$, и используем уравнение:

в результате имеем:

Сравним уравнения (4) и (6), запишем:

Уравнение (7) есть волновое уравнение, следовательно, коэффициент, который стоит при $\frac<<\partial >^2H><\partial x^2>$ — квадрат скорости распространения электромагнитной волны:

$c$- скорость света. В вакууме скорость электромагнитных волн будет выражена как:

Теория Максвелла предсказала, что скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости света — этот факт доказывает, что свет имеет электромагнитную природу.

Замечание 1

Основные процессы при распространении волн в проводах происходят не внутри проводов, а в окружающей их среде. Следовательно, если среда вне провода изменится, то скорость электромагнитных волн будет другой, длина волны при неизменной частоте генератора станет другой.

В справедливости формулы (8) легко убедиться на опыте, если часть двухпроводной линии, которая первоначально была в воздухе погрузить в воду. Для воды $\mu \approx 1,\ \varepsilon >1,$ следовательно, скорость электромагнитных волн в воде меньше, чем в воздухе, значит расстояние между соседними узлами (пучностями) станет меньше.

Следует учитывать, что $\mu \ и\ \ \varepsilon $ зависят от частоты. Поэтому при нахождении скорости применяя формулу (8) следует использовать их значения, соответствующие частоте колебаний в электромагнитной волне.

Задание: Параллельные провода (рис.2) находятся в некотором веществе, магнитная проницаемость которого равна $1$, диэлектрическая проницаемость не равна $1$. Они посредством индуктивности соединены с генератором. При высокой частоте колебаний $\nu $ в системе устанавливаются стоячие электромагнитные волны. Вдоль проводов перемещают газоразрядную трубку $А$, по интенсивности ее свечения определили положения пучностей напряженности электрического поля, расстояние между которыми оказались равны $\triangle x$. Какова диэлектрическая проницаемость вещества?

Решение:

Стоячие электромагнитные волны появляются как результат интерференции волн, которые распространяются по двухпроводной линии от генератора в прямом направлении с волнами, которые отражаются концами линии. При высокой частоте электромагнитных колебаний основные процессы, которые связаны с распространением волн, происходят в среде, которая окружает провода.

В соответствии с теорией Максвелла скорость электромагнитных волн в среде равна:

По условию задачи для данного вещества $\mu =1$, диэлектрическая проницаемость выразится из (1.1) как:

Скорость электромагнитных волн связана с длинной волны как:

\[v=\lambda \nu \left(1.3\right).\]

Расстояние между соседними пучностями в стоячей волне равно половине длины волны ($\triangle x=\frac\lambda $), в таком случае имеем:

Задание: Какова скорость распространения электромагнитной волны в концентрическом кабеле, в котором пространство между внешним и внутренним проводами заполнено диэлектриком с проницаемостью $\varepsilon ?$ Считайте, что потерями в кабеле можно пренебречь.

Решение:

Согласно теории Максвелла, скорость распространения электромагнитных волн в веществе равна:

Магнитную проницаемость среды можно считать равной единице, тогда выражение (2.1) перепишем в виде:

1. Введение. Несколько слов об электромагнитных волнах

svetcom.ru, 31 марта 2015

1. Введение. Несколько слов об электромагнитных волнах

Читатель, желающий получить представление исключительно о физических величинах, используемых в светотехнике и фотометрии, и имеющий представление о том, что такое волны, какими параметрами они характеризуются, может пропустить этот вводный раздел, и перейти сразу к следующей статье, посвящённой светотехническим параметрам и характеристикам.

Как известно из школьной физики, электрические заряды притягиваются или отталкиваются (в зависимости от их знаков). Это означает, что каждый заряд создаёт вокруг себя поле сил, действующих на другие заряды. Величина поля в каждой точке пространства характеризуется напряженностью (силой, действующей на заряд единичной величины). Заряд, движущийся с постоянной скоростью (постоянный ток) создаёт постоянное магнитное поле. А если заряд движется с переменной скоростью, например, совершает колебательные движения, то вокруг него возникают изменяющиеся во времени электрическое и магнитное поля. Причём, переменное электрическое поле создаёт переменное магнитное поле, и наоборот. Таким образом, поля начинают существовать уже независимо от вызвавшего их электрического заряда и могут распространяться, подпитывая друг друга, на значительные расстояния. Этот поцесс называется электромагнитной волной. Заряд может перестать двигаться, а вызванная им волна будет расходиться всё дальше и дальше от источника (точно, как круги на воде от упавшего камня).

Рис.1.1. Колебания напряженности электрического поля в фиксированной точке пространства

Электромагнитное поле, в общем случае, характеризуется двумя векторами напряженности – электрического и магнитного полей. Но когда мы имеем дело со световыми явлениями, оказывается, что в каждой точке пространства один из этих векторов полностью определяет и величину, и направление другого, поэтому достаточно рассматривать только один из них. Как правило, считают, что электромагнитная волна (в диапазоне видимого света и вне оптически анизотропных сред – кристаллов) полностью определяется её электрической составляющей — напряженностью электрического поля.

Рис.1.2. Распределение напряженности электрического поля в пространстве в фиксированный момент времени

Рассмотрим простейшую волну – гармоническую, то есть волну в которой в каждой точке пространства напряженность поля изменяется по гармоническому (синусоидальному) закону. Зависимость напряженности от времени в некоторой фиксированной точке пространства показана на Рис.1.1. Здесь важно отметить, что колебание напряженност поля происходит по периодическому закону с периодом равным Т. Частота колебаний обратно пропорциональна периоду ( f =1/ T ).

Рис.1.3. Бегущая волна

Теперь давайте выделим некоторое направление в пространстве, вдоль которого распространяется волна и зафиксируем момент времени. Если построить зависимость величины напряженности поля вдоль этого направления (сделать, так сказать, мгновенную фотографию), то мы увидим ту же синусоиду, как показано на Рис. 1.2. Расстояние между двумя гребнями волны называется длиной волны ? , которая равна поизведению скорости света на период колебания ( ? =сТ ). Рис.1. 2 соответствует некоторому моменту времени, через малый промежуток картина несколько изменится, точки, в которых напряженность максимальна , несколько сместятся по оси Х. Наглядно этот процесс можно наблюдать на Рис.1.3.

Рис.1.4. Спектральная плотность излучения лампы накаливания

Распространяясь таким образом в пространстве, электромагнитная волна переносит энергию. Надо отметить, что существуют электоромагнитные волны очень отличающиеся по частоте и, соответственно, по длине волны. Различают такие диапазоны длин волн как

— радиоволны (с длинами от 10 км до нескольких микрометров),

— инфракрасные волны (от 2 мкм до 0,76 мкм),

— световые волны, собственно те волны, которые способен воспринимать человеческий глаз (от 0,76 мкм до 0,4 мкм),

-ультрафиолетовые волны (от 0,4 мкм до 10 нм),

— рентгеновские волны (от 10 нм до 0,002 нм),

— гамма-излучение (менее 0,002 нм).

Как видим из всего многообразия электромагнитных колебаний, человеческий глаз воспринимает только очень узкий диапазон.

Очень важно понимать, что в действительности электромагнитные волны, излучаемые различными источниками, представляют собой сумму волн с разными длинами и разными направлениями распространения. Любой источник света излучает волны различной длины. Распределение мощности излучения в зависимости от длины волны называется спектральной плотностью или просто спектром излучения. У световых источников бывают очень разнообразные спектры.

На Рис.1.4 показана спектральная плотность лампы накаливания (линейной галогенной лампы). На видимую область приходится только часть спектра, в то время как его основная часть (показана пунктиром) относится к инфракрасной области. Таким образом, излучение ламп накаливания не может быть использовано для полностью, что и объясняет их малую экономичность.

Рис.1.5. Спектральная плотность излучения люминесцентной лампы

Типичный спектр люминесцентной лампы приведён на Рис.1.5. Характер распределения здесь совершенно другой, в спектре присутствуют несколько ярких линий. Это затрудняет восприятие цветов под таким освещением, но зато экономичность люминесцентных ламп много выше, чем ламп накаливания.

Рис.1.6. Спектральная плотность излучения белого светодиода

Для белых светодиодов или LED источников характерна форма спектра, показанная на Рис.1.6. Специфика спектра белого светодиода объясняется его устройством. Конструкция белых LED источников света представляет собой слой люминофора, свечение которого возбуждается излучением синего светодиода. Узкий всплеск излучения в синей области — это и есть излучение возбуждающего светодиода, а размазанная белая часть спектра- это собственно свет от люминофора. Весь спектр расположен в видимой области длин волн, что обуславливает высокую экономичность светодиодных ламп.

Обсудить статью возможно в блоге автора.