ელექტრომაგნიტური გამოსხივება

ელექტრომაგნიტური გამოსხივება — ტალღური ტიპის მოვლენა, რომელიც ვრცელდება ვაკუუმში ან გარემოში. ის შედგება ელექტრული ველისა და მაგნიტური ველისგან, რომლებიც ირხევიან ერთსა და იმავე ფაზაში ერთმანეთისა და ტალღის გავრცელების მიმართულების მართობულ სიბრტყეში. ელექტომაგნიტურ გამოსხივებას ყოფენ რამდენიმე სხვადასხვა ტიპად, ტალღის სიხშირის მიხედვით. ეს ტიპები მოიცავს (სიხშირის ზრდის მიმართულებით) რადიოტალღებს, მიკროტალღებს, ტერაჰერცულ გამოსხივებას, ინფრაწითელ გამოსხივებას, ხილულ გამოსხივებას, ულტრაიისფერ გამოსხივებას, რენტგენის სხივებს და გამა-გამოსხივებას. სიხშირის საკმაოდ ვიწრო, ცვალებადი დიაპაზონი აღიქმება ცოცხალი ორგანიზმების თვალის მიერ. ამ დიაპაზონს ხილული სპექტრი, ან უბრალოდ სინათლე ეწოდება.

ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას გადააქვს ენერგია და იმპულსი, რომელიც შეიძლება გადასცეს გარემოს.

ფიზიკა
თეორია
ელექტრომაგნიტური ტალღების არსებობა პირველად ჯეიმზ კლარკ მაქსველმა იწინასწარმეტყველა და შემდგომში ჰაინრიხ რუდოლფ ჰერცმა დაადასტურა. მაქსველმა მიიღო ელექტრომაგნიტური ტალღური განტოლება, დაადგინა ელექტრომაგნიტურ ტალღაში ელექტრული და მაგნიტური ველების რხევების არსებობა და ამ ველების სიმეტრია ტალღაში. ვინაიდან მის მიერ მიღებული ელექტრომაგნიტური ტალღის გარცელების სიჩქარე დაემთხვა სინათლის სიჩქარეს, მაქსველმა დაასკვნა, რომ სინათლე თავად არის ელექტრომაგნიტური ტალღა.

მაქსველის განტოლებების მიხედვით ცვლადი ელექტრული ველი აგენერირებს მაგნიტურ ველს და პირიქით. მაშასადამე ოსცილირებადი ელექტრული ველი აჩენს ოსცილირებად მაგნიტურ ველს, რომელიც თავის მხრივ აჩენს ელექტრულ ველს და ა. შ. ეს მერხევი ველები ქმნიან ელექტრომაგნიტურ ტალღას.

ტალღური მოდელი
ტალღის ერთ-ერთი ძირითადი მახასიათებელია სიხშირე, რომელიც სისტემაში ჰერცებში იზომება. ერთი ჰერცი არის ისეთი რხევის სიხშირე, რომელიც ერთ სრულ ციკლს ერთ წამში ასრულებს. სინათლე, როგორც წესი, სხვადასხვა სიხშირის ტალღებისგან შედგება. სხვადასხვა სიხშირის ტალღები სხვადასხვაგვარად გარდატყდება (იხილეთ სურათი).

ტალღის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მახასითებელი ტალღის სიგრძეა, რომელიც განისაზღვრება, როგორც მანძილი ტალღის ორ მომდევნო მაქსიმუმს შორის. ელექტრომაგნიტური ტალღების სიგრძე იცვლება ფართო დიაპაზონში - რადიო ტალღებისთვის ის ასეულობით მეტრის რიგის შეიძლება იყოს, ხოლო გამა გამოსხივებისთვის კი შეიძლება ატომის ბირთვზე მცირე ზომის. გამოსხივების სიხშირე ტალღის სიგრძის უკუპროპორციულია. კავშირს ამ სიდიდეებს შორის შემდეგი სახე აქვს:

\ =\

სადაც არის ტალღის გავრცელების სიჩქარე (ვაკუუმში ის -ს ტოლია, ხოლო რაიმე გარემოში უფრო ნაკლებია), არის სიხშირე, ხოლო არის ტალღის სიგრძე. როდესაც ტალღა ერთი გარემოდან მეორეში გადადის, გავრცელების სიჩქარე იცვლება, ხოლო სიხშირე უცვლელი რჩება.

ინტერფერენცია არის ორი ან მეტი ტალღის სუპერპოზიცია, რომელიც ახალ ტალღურ სტრუქტურას ქმნის.

გავრცელების სიჩქარე
ნებისმიერი აჩქარებით მოძრავი მუხტი, ან დროში მაგნიტური ველი აგენერირებს ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას. ელექტრომაგნიტური ინფორმაცია მუხტის შესახებ ვრცელდება სინათლის სიჩქარით. სხვადასხვა სიტუაციაში ელექტრომაგნიტური გამოსხივება სხვადასხვაგვარად იქცევა - ან როგორც ტალღა, ან როგორც ნაწილაკების ერთობლიობა. როგორც ტალღა, ის ხასიათდება გავრცელების სიჩქარით (სინათლის სიჩქარე), სიხშირით და ტალღის სიგრძით. როდესაც გამოსხივება განიხილება როგორც ნაწილაკების ერთობლიობა (რომლებსაც ფოტონი ეწოდება), თითოეულ ნაწილაკს აქვს ენერგია, რომელიც მოიცემა ფორმულით = , სადაც არის ფოტონის ენერგია, = 6.626 × 10−34 ჯ·წმ არის პლანკის მუდმივა, ხოლო არის ტალღის სიხშირე.

ერთი მტკიცება სამართლიანია ნებისმიერ შემთხვევაში - ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ვაკუუმში ყოველთვის სინათლის სიჩქარით ვრცელდება, მიუხედავად გამოსხივების წყაროს სიჩქარისა.

ელექტრომაგნიტური სპექტრი
ზოგადად, ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ტალღის სიგრძის მიხედვით კლასიფიცირდება რადიოტალღოვან და მიკროტალღოვან, ინფრაწითელ, ხილულ (ამ უკანასკნელს სინათლეს უწოდებენ), ულტრაიისფერ, რენტგენის და გამა გამოსხივებად. ნებისმიერი ელექტრომაგნიტური ტალღა ფურიე-ანალიზის (ფურიეს გარდაქმნა) მეშვეობით შეიძლება დაიშალოს ბრტყელი მონოქრომატული ტალღების ერთობლიობად, რომლებიც თვის მხრივ ამ დიაპაზონებს მიეკუთვნებიან.

სინათლე
ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომლის ტალღის სიგრძე არის დაახლოებით 400 ნმ-დან 700  ნმ-მდე აღიქმება ადამაიანის თვალის მიერ და მას ხილული სინათლე ეწოდება.

როდესაც ხილული სინათლის შესაბამისი სიხშირის გამოსხივება ეცემა რაიმე სხეულს, მაგალითად ვაშლის ნაყოფს, ხოლო შემდეგ ხვდება ჩვენს თვალში, ამ სიგნალის ტვინში გადამუშავების შედეგად იქმნება ჩვენი ვიზუალური აღქმა.

რადიოტალღები
ტალღები, რომელთა სიხშირული დიაპაზონია – , ხოლო ტალღის სიგრძე შესაბამისად – . ეს დიაპაზონი პირობითია, რადგან სიხშირე ლაზერებით მიღებული ოპტიკური დიაპაზონის ელექტრომაგნიტური ტალღებისა, რომლებიც პირობით შეიძლება მივაკუთვნოთ რადიოტალღებს, -მდეა. 0.001 ჰც-მდე სიხშირის რადიოტალღებს ასხივებს მზე. ასეთი სიხშირის ტალღები დედამიწის ატმოსფეროშიც გენერირდება. რადიოტალღებს იყენებენ შორ მანძილზე სხვადასხვა სახის ინფორმაციის გადასაცემად (რადიომაუწყებლობა, რადიოსატელეფონო კავშირი, ტელევიზია და სხვა), ობიექტების აღმოსაჩენად და მათი მდებარეობის დასადგენად (რადიოლოკაცია), დისტანციური მართვისათვის (ტელემართვა), დისტანციური გაზომვის შედეგების გადასაცემად (ტელემეტრია), დედამიწის ატმოსფეროსა და ციური სხეულების (მზის, ვარსკვლავების, პლანეტების, გალაქტიკების) შესასწავლად და სხვა.