ЕЛЕКТРОМАГНЕТНИ БРАНОВИ

КРАТКО ЗАПОЗНАВАЊЕ/ПОТСЕТУВАЊЕ

Теоријата за електромагнетното поле, на која се базира теоријата за електромагнетните бранови, ја создал англискиот физичар-научник Џемс Кларк Максвел во втората половина на XIX век. Својата теорија ја засновал врз основа на следните две поставки (подоцна познати како Максвелови закони):

1. Секоја промена на јачината на магнетното поле ΔH доведува кон создавање на променливо вително електрично поле Е во околниот простор (сл. 1 а), со затворени силови линии, за разлика од електростатското поле чии силови линии секогаш се отворени, односно имаат почеток и крај.
2. Секоја промена на јачината на електричното поле Δ Е доведува кон создавање во околниот простор на променливо вително магнетно поле H (сл. 1 б).

Процесот на меѓусебното предизвикување на електричното и магнетното поле, односно едновременото создавање на електромагнетното поле во просторот е шематски претставено на сл. 2. Променливото електрично поле со јачина Е предизвикува создавање на магнетно поле со јачина H. Ова магнетно поле условува создавање на електрично поле со јачина Е1, а тоа пак, магнетно поле H1, и т.н.

Слика 1. (Петровски; Темелковски 1991)

Слика 2. (Петровски; Темелковски 1991)

ДЕБРОЈЕВИ БРАНОВИ

Луј де Број го воспостави мислењето дека сите честички со импулс поседуваат бранова должина.

каде h е Планковата постојана, и p е големината на импулсот на честичката. Оваа претпоставка беше основата на квантната механика. Денеска, оваа бранова должина се нарекува Дебројева бранова должина. На пример, електроните во CRT екраните поседуваат Дебројева бранова должина од околу 10‾¹³ m.
Бран кој ги претставува овие честички кои се движат во k-насока се изразуваат со следната бранова функција:

каде брановата должина е определена преку брановиот вектор k на следниот начин:

импулсот е определен од:

Но, бран како овој со определена бранова должина не е точно определена во просторот, и не може да се претстави како честичка која е определена во просторот. За да се определи честичката точно во просторот, Деброј предложи да се постават во суперпозиција од различни бранови должини кои се со големини слични на централните бранови должини на брановиот пакет, брановиот облик кој често се користи во квантната механика за да се опише брановата функција на честичката. Кај брановиот пакет, брановата должина на честичката не е точно определена, и локалната бранова должина се движи со вредноста близу до вредноста на главната бранова должина.

КВАНТНА МЕХАНИКА

Квантната механика е една од помладите гранки на физиката и истата се бави со проучување на механиката во рамките на микродимензии (т.е. движење на атомски и субатомски честички), интеракции и размена на енергија помеѓу нив сл.3.

Слика 3. Движење на Добројевите бранови

На сл. 4. е претставен електромагнетен бран кој се простира по должината на некој правец, на пример, правецот s. Векторите на електричното и магнетното поле Е и H, се нормални еден на друг, но нормални се и во правецот на простирање на бранот s. Овие вектори осцилираат во фаза, бидејќи едновремено ги достигнуваат своите максимални и нулти вредности. Со оглед на тоа дека осцилирањето на векторите Е и H се врши во насоки нормални на насоката на простирање на бранот, електромагнетните бранови се трансверзални. Тие се карактеризираат со истите параметри како и механичките.

Слика 4. Простирање на електромагнетен бран по должина во некој правец (Петровски; Темелковски 1991)

Не впуштајќи се во објаснувањето, кое би зафатило поголем простор, на сл. 5. а, б, в и г, на која изолирано и постапно е прикажано формирањето, откинувањето и ширењето на електричните силови линии од еден електричен дипол, а на сл. 6. а ,б, в и г, аналогно на магнетните силови линии.

Слика 5.  Откинување и ширење на електричните силови линии од еден (Петровски; Темелковски 1991)

Слика 6. Магнетни силови линии електричен дипол (Петровски; Темелковски 1991)

Се гледа дека на секој полупериод (Т/2), се променува нивната насока. Ако истовремено ги прикажеме и електричните и магнетните силови линии, во нивните меѓусебно нормални рамнини, ќе добиеме претстава како на сл.7. Со D e означен електричниот дипол кој истовремено ги зрачи (емитира) електричните и магнетни силови линии, односно електромагнетните бранови. На сликата е претставена само нивната една половина.

Слика 7. Електрични и магнетни силови линии и метален лист свиткан во параболична форма кое претставува сверно огледало
(Петровски; Темелковски (Петровски; Темелковски 1991)

Со оглед дека Херцовите експерименти заземаат многу важно место во потврдувањето на теоријата на електромагнетните бранови ќе опишеме еден експеримент кој го демонстрира насочувањето и одбивањето на електромагнетните бранови.

Метален лист се свиткува во параболична форма, како на сл. 10 а. Тој се однесува слично како сферното огледало во оптиката. Ако електричниот дипол (емитер Ем) се постави во фокусот на ова метално параболично “огледало” О₁ ќе се добие насочен рамен електромагнетен бран. Во фокусната линија на огледалото се поставува друго такво параболично огледало О₂, а во неговиот фокус се става резонаторот Ре (сл. 10 б). Насочените електромагнетни бранови од О₁ кон О₂ се рефлектираат и се сечат во фокусот на О₂, каде резонаторот Rе ги прима. Со вакви параболични огледала, кои играат улога на рефлектори на електромагнетните бранови, Херц успеал да докаже многу својства на истите.

Слика 8. Одвивање и пренасочување на електромагнетни бранови со метални параболични огледала (Петровски; Темелковски 1991)

Така на пример, од емитерот Em на параболичното огледало O1, електромагнетните бранови се насочуваат кон рамната метална плоча P под агол α. На местото каде што се очекуваат одбиените бранови се поставува друго метално параболично огледало O2, а во неговиот фокус се поставува резонаторот Re (сл. 11). Кога резонаторот го нагодиме најдобро да работи, го читаме аголот на одбивање β. Се уверуваме дека α=β т.е. дека наполно важи законот за одбивање. На овој принцип се засновува демонстрирањето и на другите својства.

Електромагнетните бранови имаат широка примена во науката и техниката. Благодарение на овие бранови, се остварува радио и телевизиската врска. Во поново време развиени се сосема нови области во техниката за дирижирање на разни објекти на копното, морето и воздухот, што достигнува непредвидени размери. Примената на електромагнетните бранови е толку разновидна што овде е невозможно дури да се набројуваат сите области во кои тие се користат.

Во 1890 год. рускиот физичар Лебедев експериментално го потврдил фактот дека со простирање на електромагнетните бранови се пренесува енергијата од осцилаторот, т.е електромагнетните бранови се носители на електромагнетна енергија.

На тој начин, процесот на меѓусебното претворање на променливото електрично поле во променливо магнетно поле и обратно, се пренесува во околниот простор на се поголеми растојанија. Во секоја точка на просторот електричното и магнетното поле се менуваат периодично. Според тоа, процесот на простирање на електромагнетното поле кое периодично се менува е наречен електромагнетен бран.

Токму тоа, знаејќи го фактот за нивното постоење и влијание на клеточно ниво, ние сме во можност да ги мериме, а потоа и да се заштитуваме со соодветни научнотехнички сретства.

П.С. (Во горниот текст електричното и магнетното поле се векторски величини, поради технички недостаток дадени се без ознака за вектор)