электромагнитное излучение

# тег · @ автор · ! учёный

Электромагнитное излучение — распространяющиеся колебания электрических и магнитных полей. Они переносят энергию и импульс без необходимости в среде. Спектр простирается от длинных радиоволн до гамма-лучей. Видимый свет — лишь узкая полоса в этом диапазоне.

История

Джеймс Клерк Максвелл в XIX веке теоретически предсказал такие волны, а Генрих Герц позже создал их в лаборатории. Учёные поняли, что видимый свет — тоже электромагнитная волна.

Как работает

Если трясти электрический заряд, он создаёт вокруг себя меняющееся электрическое поле, а оно порождает магнитное, и так по цепочке — волна бежит вперёд. Похоже, как дёргаешь верёвку: толчок уходит вдоль неё.

💡 Микроволновая печь использует излучение с длиной волны около 12 см, заставляя молекулы воды вращаться и разогревать еду, но сухая тарелка почти не нагревается.

Электромагнитное излучение — возмущение электромагнитного поля, распространяющееся в вакууме со скоростью света c ≈ 3×10⁸ м/с. Классически описывается уравнениями Максвелла, из которых выводится волновое уравнение для полей E и B. Решения — поперечные волны: векторы E и B перпендикулярны друг другу и направлению распространения. Квантово излучение состоит из фотонов с энергией E = hν и импульсом p = h/λ. Спектр: радио (10³–10⁻¹ м), микроволны (10⁻¹–10⁻³ м), инфракрасный (10⁻³–7×10⁻⁷ м), видимый (7×10⁻⁷–4×10⁻⁷ м), ультрафиолет (4×10⁻⁷–10⁻⁸ м), рентген (10⁻⁸–10⁻¹² м), гамма (<10⁻¹² м).

История

Джеймс Клерк Максвелл в 1865 году объединил электричество и магнетизм, предсказав электромагнитные волны, скорость которых совпала со скоростью света, указав на электромагнитную природу света. Генрих Герц в 1887 году первым экспериментально получил радиоволны. Вильгельм Рентген в 1895 открыл X-лучи. Макс Планк (1900) и Альберт Эйнштейн (1905) заложили квантовую теорию, объяснив фотоэффект. Фредерик Гершель открыл инфракрасное излучение ещё в 1800 году.

Как работает

По уравнениям Максвелла, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое, и наоборот, создавая самоподдерживающуюся волну. Энергия волны пропорциональна квадрату амплитуды и частоте (формула Планка для фотонов). Эффект Доплера даёт красное или синее смещение при движении источника. Взаимодействие с веществом: поглощение, отражение, преломление. Спектроскопия использует разложение излучения для анализа состава веществ.

\nabla^2 \mathbf{E} = \frac{1}{c^2} \frac{\partial^2 \mathbf{E}}{\partial t^2}

E — вектор напряжённости электрического поля, c — скорость света в вакууме, c ≈ 3×10⁸ м/с, ∇² — оператор Лапласа (сумма вторых пространственных производных)

E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}

E — энергия фотона, h — постоянная Планка, h ≈ 6.626×10⁻³⁴ Дж·с, ν — частота излучения, c — скорость света, λ — длина волны

c = \frac{1}{\sqrt{\mu_0 \varepsilon_0}}

c — скорость света в вакууме, μ₀ — магнитная постоянная, μ₀ ≈ 4π×10⁻⁷ Гн/м, ε₀ — электрическая постоянная, ε₀ ≈ 8.854×10⁻¹² Ф/м

Открытые проблемы и интересные факты

Проблема иерархии: почему электромагнитная сила на много порядков сильнее гравитации?; Природа квантовой запутанности в электромагнитных взаимодействиях; Взаимодействие света с метаматериалами (например, для невидимости); Квантовая декогеренция электромагнитных состояний в горячих средах

💡 Электромагнитное поле имеет нулевую массу покоя, поэтому фотоны всегда летят со скоростью света, и время для них не течёт.

Пока нет статей

электромагнитное излучение

История

Как работает

История

Как работает

История

Как работает

Открытые проблемы и интересные факты

Статьи по теме