Электромагнитная шкала
Перемещай частоту по порядкам величины и сравни длину волны в вакууме.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
c = 3·10⁸ м/с. Границы диапазонов условны и частично перекрываются; различие рентгеновского и гамма-излучения связано также с происхождением.
Поле: распространение электромагнитного возмущения
Электромагнитная волна представляет собой распространяющееся изменение электрического и магнитного полей. В свободной плоской волне в вакууме E и B перпендикулярны друг другу и направлению распространения. Поля колеблются согласованно и переносят энергию и импульс.
Механическая среда для такой волны не требуется. Скорость в вакууме c ≈ 3,00·10⁸ м/с. В веществе распространение зависит от взаимодействия с зарядами среды; скорость, поглощение и рассеяние могут зависеть от частоты.
Переменное поле источника
Создаёт возмущение
Электромагнитная волна
Распространяется с конечной скоростью
Взаимодействие с веществом
Передаёт энергию и импульс
Электромагнитным волнам для распространения не нужны колеблющиеся молекулы среды.
Почему радиосигнал достигает космического аппарата через вакуум?
Его переносит электромагнитное поле, а не механические колебания воздуха.
Параметры: одна связь для всей шкалы
Для монохроматической волны c = λν в вакууме. При увеличении частоты длина волны уменьшается. Частота и длина волны описывают одну волну разными способами, поэтому рядом с числом обязательно указывают единицу.
Радиосигнал частотой 100 МГц имеет λ ≈ 3 м. Частоте 6·10¹⁴ Гц соответствует λ ≈ 500 нм. Скорость обеих волн в вакууме одинакова; различие частот не означает, что более высокая частота летит быстрее.
Связь в вакууме
λν = c
Частота
ν = c/λ
Время прохождения
t = l/c
Разные частоты электромагнитных волн имеют одну скорость c в вакууме.
Что происходит с частотой при переходе через неподвижную границу сред?
Она сохраняется, тогда как скорость и длина волны могут измениться.
Солнце глазами космической обсерватории SDO
Солнце испускает электромагнитное излучение разных диапазонов. На снимках космических приборов цвета могут быть условным отображением выбранного диапазона.
NASA/SDO/AIA · Общественное достояние · Источник фотографии.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Лампа через дифракционную решётку
Решётка создаёт несколько порядков спектра. Положения максимумов связаны с длиной волны и периодом решётки.
© Robert D. Anderson · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Шкала: условные границы диапазонов
При увеличении частоты идут радиоволны, микроволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. Границы диапазонов условны и могут перекрываться; рентгеновское и гамма-излучение различают также по происхождению.
Один и тот же диапазон может использоваться для связи, наблюдений или исследований вещества. Само название диапазона не задаёт интенсивность и не определяет все последствия взаимодействия. Для анализа нужны частота, мощность, длительность и свойства среды.
| Область | Пример применения |
|---|---|
| Радио и микроволны | Связь и радиолокация |
| Инфракрасное | Тепловое наблюдение |
| Видимое | Зрение и оптика |
| Рентгеновское | Исследование внутреннего строения объектов |
Вся шкала объединена электромагнитной природой, а различия связаны с частотой и взаимодействием с веществом.
Есть ли резкая физическая стенка между цветами видимого света?
Нет. Частота меняется непрерывно, а названия цветов и границы участков условны.
Модель: логарифмическая шкала и дальность
Диапазон частот огромен, поэтому в интерактиве положение на шкале задаётся порядком величины. Сдвиг на единицу по десятичному логарифму увеличивает частоту в десять раз и уменьшает длину волны в десять раз.
Для отражённого радиосигнала путь двойной: l = cΔt/2. Возврат через 2 мкс соответствует дальности около 300 м. Эта формула предполагает известную скорость и отделение времени распространения от задержек аппаратуры.
Прочитать показатель степени
МГц = 10⁶ Гц, нм = 10⁻⁹ м
Применить λν = c
Согласовать единицы
Для эха учесть двойной путь
l = cΔt/2
Логарифмическая шкала показывает отношения порядков величин, а не равные прибавки частоты.
Почему 10¹⁵ Гц не в два раза больше 10¹⁴ Гц?
Разность показателей равна единице, поэтому отношение частот равно десяти.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 11 класс», § 12. Тема и содержание сверены с файлом «11 класс. Физика — § 12. Электромагнитные волны и их свойства.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.