Фізика 11 клас

МЕХАНІЧНІ І ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ

Розділ 3 Коливання і хвилі

§ 29. ШВИДКІСТЬ ПОШИРЕННЯ, ДОВЖИНА, ЧАСТОТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ. ШКАЛА ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ

За теорією Максвелла, швидкість поширення електромагнітних хвиль — величина скінченна, вона визначається електричними і магнітними властивостями середовища, в якому поширюється електромагнітна хвиля:

де ε0 і μ0 — електрична і магнітна сталі; ε і μ  — відносні діелектрична і магнітна проникності середовища. Якщо електромагнітна хвиля поширюється у вакуумі, то ε  = 1, μ =1.

Обчислимо швидкість поширення електромагнітної хвилі у вакуумі:

Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі дорівнює швидкості світла у вакуумі: с = 3 • 108 м/с.

Відстань, на яку переміщується електромагнітна хвиля за час, що дорівнює одному періоду коливання, називають довжиною хвилі.

Якщо v — швидкість поширення електромагнітної хвилі в однорідному

середовищі, Т — її період, v — частота, а λ — довжина, то λ = vT, або

Для вакууму λ = сТ, або

Оскільки швидкість хвилі залежить від є і м середовища, тоді, якщо хвиля переходить з одного середовища в інше, то змінюються v і λ, а частота коливань залишається тією самою.

Якщо хвиля переходить з вакууму в середовище з діелектричною є і магнітною U проникностями середовища, то довжина хвилі зменшується:

де λ0 — довжина хвилі у вакуумі.

Електромагнітні хвилі, які мають досить широкий діапазон частот (або довжин хвиль λ = сТ, де с — швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі), відрізняються одна від одної за способами їх генерації і реєстрації, а також за своїми властивостями. Тому електромагнітні хвилі поділяються на кілька видів: радіохвилі, світлові хвилі, рентгенівське і у-випромінювання (табл. 1). Слід зазначити, що межі між різними видами електромагнітних хвиль досить умовні.

Таблиця 1

Види електромагнітних хвиль

Радіохвилі поділяють за довжиною хвилі на довгі (понад 10 км), середні (сотні метрів), короткі (десятки метрів). Усі вони переважно використовуються у радіозв'язку. Ультракороткі радіохвилі поділяють на метрові, дециметрові та міліметрові. Перші використовують у телебаченні, другі і треті — у радіолокації. Діапазон радіохвиль частково перекривається з інфрачервоними променями, які широко застосовують у техніці. У цьому діапазоні працюють лазери.

Ультрафіолетові промені використовують для знезаражування приміщень у лікарнях, стимуляції хімічних реакцій, утворення потрібних генних мутацій та ін. Поверхня Землі захищена від шкідливих складових ультрафіолетових променів Сонця озоновим шаром. Його збереження — це одна з важливих екологічних проблем.

Рентгенівське випромінювання отримують під час гальмування електронів, які прискорюються напругою в десятки кіловольт. На відміну від світлового проміння видимого спектра й ультрафіолетового проміння, воно має значно меншу довжину хвиль. Причому довжина хвилі рентгенівського проміння є тим меншою, чим більша енергія електронів, які бомбардують перешкоду.