elektromagnetski valovi

ilustracija
ELEKTROMAGNETSKI VALOVI
ilustracija1ilustracija2

elektromagnetski valovi, širenje elektromagnetskoga polja. Električki nabijena tijela proizvode u svom okolišu električno polje, a električna struja u vodičima proizvodi u svojoj okolini magnetsko polje. Međutim, ako se u strujnom krugu bilo kako mijenjaju električni napon ili struja, pojavljuju se elektromagnetski valovi, koji se šire u prostor.

James Clerk Maxwell utvrdio je da postoji uzajamno djelovanje između električnog i magnetskog polja. Promjenljivo magnetsko polje proizvodi električno, a promjenljivo električno polje – magnetsko. Proces uzajamnoga proizvođenja električnog i magnetskog polja širi se po prostoru konačnom brzinom, koja je jednaka brzini svjetlosti. Širenje toga procesa naziva se elektromagnetski val u najširem smislu. Ako vodičem protječe struja koja se vremenski mijenja harmonički određenom frekvencijom, elektromagnetsko je polje sinusno promjenljivo s istom frekvencijom, a u prostoru se dobiva valni efekt. To je elektromagnetski val u užem smislu. Ako se valni efekt širi brzinom v, a polje se mijenja frekvencijom f, odgovarajuća duljina vala iznosi λ = v/f. Sredstvo koje ispunjava prostor sudjeluje aktivno u širenju elektromagnetskih valova. Ono se opire prodiranju vala. Zato se val u sredstvu širi manjom brzinom nego u praznom prostoru. Ako je brzina elektromagnetskoga vala u vakuumu c0, a u prostoru ispunjenom nekim sredstvom c, njihov omjer n = c0/c definira indeks loma. Ako je sredstvo u prostoru električki vodljivo, u njemu pod utjecajem elektromagnetskih valova nastaju električne struje. Val gubi na energiji i prigušuje s. Nastale električne struje proizvedu sa svoje strane valove te nastaje zbirni valni efekt, koji se širi manjom brzinom nego u sredstvu bez gubitaka. U vodljivim sredstvima mora se razlikovati brzina širenja procesa stvaranja vala ili brzina čela vala (grupna brzina) od brzine valnog efekta (fazna brzina). Čelo vala širi se uvijek brzinom svjetlosti, a fazna je brzina manja ako sredstvo troši energiju vala. Čim sredstvo troši energiju vala, val se pri prodiranju u vodljivo sredstvo prigušuje i njegove amplitude padaju. Udaljenost na kojoj se one smanje na 37% svojega prvotnog iznosa zove se dubina prodiranja vala. Ona ovisi o električnim i magnetskim svojstvima sredstva i o frekvenciji. Dubina prodiranja televizijskoga vala u morskoj vodi iznosi tek nekoliko centimetara. Kada val dođe na granicu između dvaju sredstava, drugo se sredstvo opire njegovu prodiranju. Val se jednim dijelom reflektira natrag u prvo sredstvo, a drugi dio nastavlja širenje u drugom sredstvu. Val ostvaruje tlak na drugo sredstvo. Tlak je vrlo malen jer je gustoća energije koju val prenosi vrlo malena. Na električki vodljivim plohama događa se totalna refleksija vala. Svojstvo refleksije vala iskorištava se u izradbi valnih reflektora, a na njemu se osniva i rad radara. Električni vodiči troše energiju elektromagnetskoga vala. Val gubi na energiji šireći se niz vodljivu plohu, on se prigušuje kao u sredstvu s gubitcima. Struje proizvedene u vodljivoj plohi sile val da se širi niz plohu. Takav je slučaj u vodova za prijenos električne energije. Valovi se na vodovima šire po njihovoj duljini također brzinom svjetlosti. Harmoničkim se valovima pripisuje duljina vala definirana kao prije u prostornih valova. Razmak među vodičima voda mora biti mnogo puta manji od duljine vala. Tada vod emitira u prostor tek zanemariv iznos svoje energije koju prenosi. Visokofrekventna električna energija prenosi se vodovima sve dok može biti zadovoljen spomenuti zahtjev. U području vrlo visokih frekvencija, odnosno vrlo malih duljina vala, primjenjuju se za prijenos takve električne energije cijevi vodljivih stijenki, valovodi. Uz harmoničke valove pojavljuju se kod svake promjene električnoga naboja ili električne struje valni impulsi. Atmosferska izbijanja izazivaju jake elektromagnetske valove. Slično djeluju i eksplozije na Suncu. Iskrenja u električnim instalacijama proizvode također valne impulse, koji smetaju npr. u radioprijamu. Elektromagnetski valovi iskorištavaju se za prijenos različitih signala na daljinu. U emisijskim uređajima proizvode se promjenljive električne struje koje prolaze vodičima te tako stvaraju elektromagnetske valove. Prvi je Nikola Tesla primijenio antenu u emisijskom uređaju.

Vrste elektromagnetskih valova

elektromagnetski valovi valna duljina
gama-zračenje manje od 0,02 nm
rendgensko zračenje 0,01 nm – 10 nm
ultraljubičasto zračenje 10 nm – 400 nm
vidljiva svjetlost 390 nm – 750 nm
infracrveno zračenje 750 nm – 1 mm
mikrovalovi 1 mm – 1 m
radiovalovi 1 m – 100 000 km

Za sve elektromagnetske valove vrijede iste zakonitosti, s time da su kod vrlo visoke frekvencije (energije) moguće dodatne pojave, koje se ne nalazi kod niskih frekvencija, kao što je npr. tvorba parova, koja je moguća samo ako je frekvencija elektromagnetskih valova veća od 1,5 · 1023 Hz.

elektromagnetski valovi. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 13.12.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=17633>.