Elektromagnetinė spinduliuotė

Elektromagnetinė spinduliuotė klasikinėje fizikoje suprantama kaip elektrinio ir magnetinio laukų, periodiškai kintančių laike, sklidimas aplinka elektromagnetinės bangos pavidalu. Elektromagnetinės spinduliuotės spektras apima visus žinomus bangos ilgius. Į šį spektrą patenka:

• radijo bangos,
• infraraudonoji (šiluminė) spinduliuotė,
• matomoji šviesa,
• ultravioletinė spinduliuotė,
• rentgeno spinduliai,
• gama spinduliai.

Elektromagnetinės spinduliuotės spektras

Čia išvardintos spinduliavimo rūšys, pradedant nuo mažiausią energiją pernešančių radijo bangų.

Elektromagnetinė banga.

Apie erdvėje judančius elektros krūvius susikuria kintantis elektrinis laukas ${\textstyle {\vec {E}}}$, aplink kurį susikuria kintantis magnetinis laukas ${\textstyle {\vec {B}}}$. Šis savo ruožtu sukuria kintantį elektrinį lauką ir visa tai atsikartoja be galo daug kartų. Tokiu būdu susidaro erdvėje sklindanti elektromagnetinė banga. Abu bangos komponentai (elektrinis ir magnetinis) svyruoja vienoje fazėje, yra statmeni vienas kitam ir tuo pat metu statmeni bangos sklidimo krypčiai ${\textstyle {\vec {C}}}$.

Elektromagnetinės bangos yra poliarizuotos. Poliarizacija priklauso nuo elektrinio lauko ${\textstyle {\vec {E}}}$ ir magnetinio lauko ${\textstyle {\vec {B}}}$ vektorių orientacijos. Jei elektrinių ir magnetinių laukų vektoriai visą laiką kinta kuria nors viena kryptimi, banga yra tiesiškai poliarizuota. Kitos poliarizacijos rūšys yra elipsinė ir apskritiminė. Šioms bangoms būdingos bendrosios bangų sklidimo savybės, tokios kaip atspindys, interferencija, difrakcija, lūžis ir kitos.

Elektromagnetinė spinduliuotė apibūdinama šiais parametrais:

• dažniu f, Hz;
• bangos ilgiu λ, m; (atstumas, kurį nusklidus elektromagnetinei bangai, jos fazė pasikeičia verte 2π.)
• bangos sklidimo greičiu c, m/s.

Elektromagnetinės bangos sklidimo greitis c priklauso nuo sklidimo terpės. Bangai sklindant laisvoje erdvėje (vakuume), jos greitis apytiksliai lygus $c=2.998\times 10^{8}$ m/s. Ryšys tarp dažnio ir bangos ilgio atrodo taip:

$f={\frac {c}{\lambda }}$.

Elektromagnetinio lauko zonos

Elektromagnetinės spinduliuotės šaltinio aplinkoje skiriamos trys zonos :

• indukcinė (artimoji) zona, kuri prasideda nuo šaltinio ir tęsiasi iki λ/2π ir kurioje vyksta energijos apykaita tarp šaltinio, elektrinio lauko ir magnetinio lauko. Ši zona yra erdvė, kurioje elektromagnetinė banga dar nesusiformavo;
• interferencijos (tarpinė) zona, kuri tęsiasi nuo λ/2π iki 2πλ;
• banginė (tolimoji) zona, kuri prasideda už interferencinės ir kurioje elektromagnetinis laukas yra susiformavęs į bangą sparčiai silpnėja tolstant nuo spinduliuotės šaltinio.

Elektromagnetinio lauko stipris tolstant nuo spinduliavimo šaltinio mažėja atvirkščiai proporcingai atstumo iki šaltinio kvadratui. Tai reiškia, kad jei atstumas nuo spinduliavimo šaltinio padidėja dvigubai, elektromagnetinio lauko stipris sumažės keturis kartus.

Elektromagnetinės spinduliuotės šaltiniai

Elektromagnetinę spinduliuotę skleidžia natūralūs (gamtiniai) ir žmogaus sukurti šaltiniai. Svarbiausias už Žemės ribų esantis gamtinis šaltinis yra Saulė, kuri skleisdama šviesą bei šilumą, įgalina gyvybės atsiradimą ir egzistavimą mūsų planetoje. Žemėje natūralų (gamtinį) spinduliavimą sukelia atmosferiniai reiškiniai ir pati planeta. Žmogaus pagaminti šaltiniai gali būti specialiai sukurti elektromagnetinių bangų spinduliavimui (rentgeno aparatai, radijo bangų siųstuvai, mobilūs telefonai ir kt.) arba tokie, kuriems veikiant elektromagnetinė spinduliuotė atsiranda kaip jų veikimo šalutinis efektas (šaldytuvai, transporto priemonės, elektros perdavimo linijos ir kt.).

Atradimų istorija

• Elektromagnetinių bangų egzistavimą 1832 m. numatė Maiklas Faradėjus (Michael Faraday 1791–1867).

• 1864 m. Džeimsas Klarkas Maksvelas (James Clerk Maxwell 1831–1879) teoriškai pagrindė elektromagnetinių bangų egzistavimo galimybę.

• Elektromagnetines bangas laboratorijoje 1885–1889 m. sukėlė ir tyrė Heinrichas Rudolfas Hercas (Heinrich Rudolf Hertz 1857-1894). Jis matavo bangų ilgį bei greitį, parodė, kad jo sukeltų bangų virpesių pobūdis ir jautrumas atspindžiui bei lūžiai buvo tokie patys kaip šviesos ir šiluminių bangų. Tokiu būdu H.R. Hercas nustatė, kad šviesa ir šiluma yra elektromagnetinė spinduliuotė. Elektromagnetinės bangos tuo metu buvo vadinamos Herco bangomis, o vėliau – radijo bangomis. H.R. Hercas nebuvo pirmasis, sukėlęs tokias bangas. Anglų-amerikiečių išradėjas Davidas Hughesas (David Hughes 1831–1900) tai padarė darbe, kuris 1879 m. buvo beveik visuotinai ignoruojamas, tačiau Hercas pirmasis teisingai suprato jų elektromagnetinę prigimtį.

• Frederikas Viljamas Heršelis (Frederick William Herschel 1792–1871) tyrinėdamas Saulės spektrą 1800 m. atrado jos infraraudonąją spinduliuotę.

• Ultravioletinę spinduliuotę 1801 m. atrado vokiečių chemikas Johannas Wilhelmas Ritteris (Johann Wilhelm Ritter 1776–1810) . Jis pastebėjo, kad nematomi spinduliai patamsino sidabro chloride išmirkytą popierių greičiau negu pati violetinė spalva.

• 1895 m. Vilhelmas Konradas Rentgenas (Wilhelm Conrad Röntgen 1845–1923) atrado rentgeno spinduliuotę ir ištyrė jos savybes – atspindį, sugertį, oro jonizaciją bei numatė taikymo medicinoje ir technikoje galimybes.

• Gama spinduliuotę 1900 m. atrado Paulis Ulrichas Villardas (Paul Ulrich Villard). Jos elektromagnetinę banginę prigimtį 1914 įrodė Ernestas Rutherfordas (Ernest Rutherford) ir Edwardas Nevillis da Costa Andrade (Edward Neville da Costa Andrade), sukėlę gama spinduliuotės difrakciją.

Taip pat skaitykite

• Banga