विद्युत चुंबकीय लहरी, विद्युत चुंबकीय विकिरण, विद्युत चुंबकीय लहरींचा प्रसार

1864 मध्ये, जेम्स क्लर्क मॅक्सवेलने अंतराळात विद्युत चुंबकीय लहरींची शक्यता वर्तवली. वीज आणि चुंबकत्व संबंधी त्या वेळी ज्ञात असलेल्या सर्व प्रायोगिक डेटाच्या विश्लेषणातून काढलेल्या निष्कर्षांच्या आधारे त्यांनी हा दावा केला आहे.

मॅक्सवेलने गणितीयदृष्ट्या इलेक्ट्रोडायनॅमिक्सचे नियम एकत्र केले, विद्युत आणि चुंबकीय घटनांना जोडले आणि अशा प्रकारे ते निष्कर्षापर्यंत पोहोचले की विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्रे, जे वेळेनुसार बदलतात, एकमेकांना निर्माण करतात.

सुरुवातीला, त्याने चुंबकीय आणि विद्युत घटनांमधील संबंध सममितीय नसतात या वस्तुस्थितीवर जोर दिला आणि "एडी इलेक्ट्रिक फील्ड" हा शब्द प्रचलित केला, फॅराडेने शोधलेल्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शनच्या घटनेचे स्वतःचे, खरोखर नवीन स्पष्टीकरण दिले: "चुंबकीयातील प्रत्येक बदल फील्ड भोवरा इलेक्ट्रिक फील्डच्या सभोवतालच्या जागेत शक्तीच्या बंद रेषांसह दिसू लागते.

मॅक्सवेलच्या मते, "बदलत्या विद्युत क्षेत्रामुळे आजूबाजूच्या जागेत चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते" हे उलट विधानही खरे आहे, परंतु हे विधान सुरुवातीला केवळ एक गृहितक राहिले.

मॅक्सवेलने गणितीय समीकरणांची एक प्रणाली लिहून ठेवली जी चुंबकीय आणि विद्युत क्षेत्रांच्या परस्पर परिवर्तनाच्या नियमांचे सातत्याने वर्णन करते, ही समीकरणे नंतर इलेक्ट्रोडायनामिक्सची मूलभूत समीकरणे बनली आणि महान शास्त्रज्ञाच्या सन्मानार्थ त्यांना "मॅक्सवेलची समीकरणे" म्हटले जाऊ लागले. त्यांना खाली. लिखित समीकरणांवर आधारित मॅक्सवेलच्या गृहीतकामध्ये विज्ञान आणि तंत्रज्ञानासाठी अत्यंत महत्त्वाचे असलेले अनेक निष्कर्ष आहेत, जे खाली सादर केले आहेत.

विद्युत चुंबकीय लहरी अस्तित्वात आहेत

ट्रान्सव्हर्स इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटा अवकाशात अस्तित्वात असू शकतात ज्या कालांतराने प्रसारित होतात इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड… चुंबकीय प्रेरण B आणि विद्युत क्षेत्र सामर्थ्य E चे वेक्टर परस्पर लंब आहेत आणि दोन्ही विद्युत चुंबकीय लहरींच्या प्रसाराच्या दिशेने लंब असलेल्या समतलामध्ये आहेत हे वस्तुस्थिती यावरून दिसून येते.

विद्युत चुंबकीय लहरींचा प्रसार मर्यादित वेगाने होतो

दिलेल्या पदार्थातील विद्युत चुंबकीय लहरींच्या प्रसाराची गती मर्यादित असते आणि ती त्या पदार्थाच्या विद्युतीय आणि चुंबकीय गुणधर्मांद्वारे निर्धारित केली जाते ज्याद्वारे लहरींचा प्रसार होतो. या प्रकरणात सायनसॉइडल वेव्ह λ ची लांबी विशिष्ट अचूक गुणोत्तर λ = υ/f सह गती υ शी संबंधित आहे आणि फील्ड दोलनांच्या वारंवारता f वर अवलंबून आहे. व्हॅक्यूममधील इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हचा वेग सी हा मूलभूत भौतिक स्थिरांकांपैकी एक आहे - व्हॅक्यूममधील प्रकाशाचा वेग.

कारण मॅक्सवेलने सांगितले की विद्युत चुंबकीय लहरींच्या प्रसाराचा वेग मर्यादित आहे, यामुळे त्याच्या गृहीतकांमध्ये आणि त्या वेळी मान्य केलेल्या लांब अंतरावरील कृती सिद्धांत यांच्यात विरोधाभास निर्माण झाला, ज्यानुसार लहरींच्या प्रसाराचा वेग असीम असायला हवा होता. म्हणून, मॅक्सवेलच्या सिद्धांताला शॉर्ट-रेंज क्रियेचा सिद्धांत म्हणतात.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह हे विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्र आहे जे परस्पर एकमेकांमध्ये रूपांतरित होते.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हमध्ये, विद्युत क्षेत्र आणि चुंबकीय क्षेत्र यांचे एकमेकांमध्ये रूपांतर एकाच वेळी होते, म्हणून चुंबकीय आणि विद्युत उर्जेची घनता घनता एकमेकांच्या बरोबरीची असते. त्यामुळे, हे खरे आहे की विद्युत क्षेत्राच्या ताकदीची मोड्युली आणि चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण खालील कनेक्शनद्वारे अवकाशातील कोणत्याही बिंदूवर एकमेकांशी संबंधित आहेत:

विद्युत चुंबकीय लहरी ऊर्जा वाहून नेतात

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह त्याच्या प्रसाराच्या प्रक्रियेत इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक उर्जेचा प्रवाह तयार करते आणि जर आपण विमानातील क्षेत्रफळाच्या प्रसाराच्या दिशेला लंबवर्तुळाकार विचारात घेतले तर विद्युत चुंबकीय ऊर्जा एक विशिष्ट प्रमाणात त्यामधून फिरते. अल्प वेळ. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक एनर्जी फ्लक्स डेन्सिटी म्हणजे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हद्वारे पृष्ठभागावर प्रति युनिट क्षेत्र प्रति युनिट वेळेत वाहून घेतलेली ऊर्जा. वेगाची मूल्ये, तसेच चुंबकीय आणि विद्युत ऊर्जा बदलून, E आणि B च्या परिमाणांच्या संदर्भात फ्लक्स घनतेसाठी अभिव्यक्ती प्राप्त करणे शक्य आहे.

पॉइंटिंग वेक्टर - लहरीच्या उर्जा प्रवाहाचा वेक्टर

तरंग उर्जेच्या प्रसाराची दिशा तरंगाच्या प्रसाराच्या वेगाच्या दिशेशी एकरूप असल्याने, विद्युत चुंबकीय लहरीमध्ये प्रसारित होणारा ऊर्जा प्रवाह तरंगाच्या प्रसाराच्या वेगाप्रमाणेच निर्देशित केलेल्या वेक्टरचा वापर करून सेट केला जाऊ शकतो. या वेक्टरला "पॉइंटिंग वेक्टर" म्हणतात - ब्रिटिश भौतिकशास्त्रज्ञ हेन्री पॉयंटिंग यांच्या सन्मानार्थ, ज्यांनी 1884 मध्ये इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डच्या ऊर्जा प्रवाहाच्या प्रसाराचा सिद्धांत विकसित केला. तरंग ऊर्जा प्रवाह घनता W/m2 मध्ये मोजली जाते.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरी त्या शरीरांवर दाबतात जे त्यांना प्रतिबिंबित करतात किंवा शोषतात

जेव्हा विद्युत क्षेत्र एखाद्या पदार्थावर कार्य करते तेव्हा त्यामध्ये लहान प्रवाह दिसतात, जे विद्युत चार्ज केलेल्या कणांच्या क्रमबद्ध हालचाली असतात. इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हच्या चुंबकीय क्षेत्रातील हे प्रवाह पदार्थामध्ये खोलवर निर्देशित केलेल्या अँपिअर फोर्सच्या क्रियेच्या अधीन असतात. परिणामी, अँपिअरची शक्ती दबाव निर्माण करते.

या घटनेची नंतर, 1900 मध्ये, रशियन भौतिकशास्त्रज्ञ प्योटर निकोलायेविच लेबेडेव्ह यांनी अनुभवपूर्वक तपासणी केली आणि पुष्टी केली, ज्यांचे प्रायोगिक कार्य मॅक्सवेलच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिझमच्या सिद्धांताची पुष्टी करण्यासाठी आणि भविष्यात त्याची स्वीकृती आणि मंजूरी देण्यासाठी खूप महत्वाचे होते.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह दबाव आणते या वस्तुस्थितीमुळे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डमध्ये यांत्रिक आवेगाच्या उपस्थितीचा अंदाज लावणे शक्य होते, जे प्रति युनिट व्हॉल्यूम इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक उर्जेच्या घनतेने आणि व्हॅक्यूममध्ये लहरींच्या प्रसाराच्या गतीद्वारे व्यक्त केले जाऊ शकते:

संवेग वस्तुमानाच्या हालचालीशी संबंधित असल्याने, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वस्तुमान म्हणून अशी संकल्पना सादर करणे शक्य आहे आणि नंतर युनिट व्हॉल्यूमसाठी हे गुणोत्तर (एसटीआर नुसार) निसर्गाच्या सार्वत्रिक नियमाचे वैशिष्ट्य गृहीत धरेल आणि ते वैध असेल. पदार्थाच्या स्वरूपाकडे दुर्लक्ष करून कोणत्याही भौतिक संस्थांसाठी. मग इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड हे भौतिक शरीरासारखे असते — त्यात ऊर्जा W, वस्तुमान m, संवेग p आणि टर्मिनल वेग v असते. म्हणजेच, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड हे निसर्गात अस्तित्वात असलेल्या पदार्थाच्या स्वरूपांपैकी एक आहे.

मॅक्सवेलच्या सिद्धांताची अंतिम पुष्टी

1888 मध्ये प्रथमच, हेनरिक हर्ट्झने प्रायोगिकपणे मॅक्सवेलच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक सिद्धांताची पुष्टी केली. त्याने प्रायोगिकरित्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींचे वास्तव सिद्ध केले आणि त्यांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास केला जसे की विविध माध्यमांमधील अपवर्तन आणि शोषण तसेच धातूच्या पृष्ठभागावरील लहरींचे प्रतिबिंब.

हर्ट्झ तरंगलांबी मोजतो इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक विकिरण, आणि दाखवले की विद्युत चुंबकीय लहरींच्या प्रसाराचा वेग प्रकाशाच्या वेगाइतका आहे. हर्ट्झचे प्रायोगिक कार्य हे मॅक्सवेलच्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक सिद्धांताच्या स्वीकृतीसाठी अंतिम पाऊल होते. सात वर्षांनंतर, 1895 मध्ये, रशियन भौतिकशास्त्रज्ञ अलेक्झांडर स्टेपनोविच पोपोव्ह यांनी वायरलेस कम्युनिकेशन तयार करण्यासाठी इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींचा वापर केला.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरी केवळ प्रवेगक गतिमान शुल्कामुळे उत्तेजित होतात

डायरेक्ट करंट सर्किट्समध्ये, चार्जेस स्थिर वेगाने फिरतात आणि या प्रकरणात इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरी अवकाशात उत्सर्जित होत नाहीत. रेडिएशन होण्यासाठी अँटेना वापरणे आवश्यक आहे ज्यामध्ये पर्यायी प्रवाह, म्हणजेच प्रवाह जे त्वरीत त्यांची दिशा बदलतात, उत्तेजित व्हायचे.

त्याच्या सर्वात सोप्या स्वरूपात, विद्युत चुंबकीय लहरींचे विकिरण करण्यासाठी लहान आकाराचा विद्युत द्विध्रुव योग्य आहे जेथे द्विध्रुवीय क्षण वेळेनुसार वेगाने बदलतो. अशा द्विध्रुवाला आज "हर्ट्झियन द्विध्रुव" असे म्हणतात, ज्याचा आकार तो उत्सर्जित केलेल्या तरंगलांबीपेक्षा कित्येक पट लहान असतो.

हर्ट्झियन द्विध्रुवातून उत्सर्जित केल्यावर, विद्युत चुंबकीय उर्जेचा जास्तीत जास्त प्रवाह द्विध्रुवाच्या अक्षावर लंब असलेल्या विमानावर पडतो. द्विध्रुवाच्या अक्षासह विद्युत चुंबकीय उर्जेचे कोणतेही विकिरण नाही. हर्ट्झच्या सर्वात महत्त्वाच्या प्रयोगांमध्ये, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटा उत्सर्जित करण्यासाठी आणि प्राप्त करण्यासाठी प्राथमिक द्विध्रुवांचा वापर केला गेला, ज्यामुळे इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींचे अस्तित्व सिद्ध झाले.