Кем впервые были обнаружены электромагнитные волны

Виды электромагнитных волн

Кем впервые были обнаружены электромагнитные волны

Источником электромагнитных волн может служить любой электрический колебательный контур или проводник с текущим по нему переменным током, поскольку для возбуждения электромагнитных волн следует генерировать в пространстве переменное электрическое или магнитное поле.

Следует отметить, что излучающая способность источника определена его формой, размерами и частотой колебаний. Для увеличения роли излучения необходимо увеличивать объем пространственной локализации поля. Это приводит к выводу о том, что для того, чтобы получить электромагнитные волны закрытые колебательные контуры не годятся.

Открытый контур Герца

Первый открытый колебательный контур создал Герц. Он представлял собой два стержня, которые разделял искровой промежуток. В такой конструкции переменное электрическое поле заполняет все окружающее контур пространство, что значительно увеличивает интенсивность электромагнитного излучения.

Колебания в открытом контуре Герца поддерживает источник ЭДС, подключенный к обкладкам конденсатора. Искровой промежуток необходим для увеличения разности потенциалов первоначального заряда обкладок.

  • Курсовая работа 430 руб.
  • Реферат 280 руб.
  • Контрольная работа 250 руб.

Электромагнитные колебания в вибраторе Герца возбуждаются при помощи индуктора (рис.1). При достижении напряжением на искровом промежутке пробивного значения, появлялась искра, которая закорачивала обе половинки вибратора. В вибраторе при этом, появляются свободные затухающие колебания. Когда искра исчезала, контур размыкался и колебания завершались. Для повторения процесса необходимо было зарядить индуктор. Для регистрации электромагнитных волн Герц применял второй вибратор.

Рисунок 1. Электромагнитные колебания в вибраторе Герца возбуждаются при помощи индуктора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Шкала электромагнитных волн

Теория Максвелла показывает, что разные электромагнитные волны имеют общую природу. В этой связи все известные электромагнитные волны часто представляют в виде единой шкалы.

Деление всех электромагнитных волн в зависимости от частоты и длины волны в вакууме стало традиционным. Шкала электромагнитных волн условно делится на шесть диапазонов, это:

  • радиоволны, которые бывают длинными, средними и короткими;
  • инфракрасные волны;
  • видимый свет;
  • ультрафиолетовые волны;
  • рентгеновские лучи;
  • $γ$ — излучение.

Радиоволны вызываются переменными токами, которые текут в проводниках или контурах и потоками электронов (это макроизлучатели).

Инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение порождают атомы, молекулы и заряженные частицы, перемещающиеся с большой скоростью (это микроизлучатели).

Основными источниками радиоволн на нашей планете стали разнообразные явления в области электричества, которые идут в атмосфере, солнечное излучение, радиовещатели и телестанции, системы связи и радиолокаторы.

Рентгеновское излучение порождают процессы, проходящие внутри атомов. Например, рентгеновские лучи появляются при торможении изначально ускоренных электронов, если они попадают в вещество и переходах электронов в тяжелых атомах с внешних на внутренние орбиты.

Гамма излучение имеет ядерное происхождение. Такие лучи появляются в случае перехода ядер атомов из состояний возбуждения в невозбужденные.

Некоторые диапазоны могут перекрываться, поскольку волны равных длин способны возникать в различных процессах. Например, самые короткие волны ультрафиолетового диапазона перекрываются рентгеновскими лучами с самыми длинными волнами.

В данном отношении знаменательна пограничная область инфракрасных волн и радиоволн. Вплоть до 1922 года между данными диапазонами имелся пробел. Излучение с самой короткой длиной волны рассматриваемого промежутка было молекулярного происхождения (это излучение тела с повышенной температурой), а излучение с самой длинной волной создавали макроскопические вибраторы Герца.

Замечание 1

В настоящее время волны с длинами около миллиметра могут быть получены не только при помощи радиотехнических приборов, но и наблюдаться в молекулярных переходах.

Применение электромагнитных волн

Радиоволны применяются в самых разных областях жизни человека.

  1. Радиоволны используют для реализации беспроводной связи.
  2. Для нахождения точных расстояний используют электромагнитные волны.
  3. Астрономы применяют данные волны для исследования небесных тел.
  4. Электроагнитные излучения всех видов всех видов применяют в медицине.

Применение электромагнитных волн в медицине:

  • Гамма излучение применяют в диагностике части заболеваний и терапии.
  • Рентгеновские лучи ослабляются разными тканями организма по-разному, что позволяет получать рентгеновские изображения внутренних органов.
  • Видимые, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи порождают фотобиологические процессы в разных системах. Видимый свет необходим для фотосинтеза у растений.
  • Тепловые эффекты, которые вызывает инфракрасное излучение используют для лечения некоторых заболеваний тканей поверхностей.
  • Инфракрасные лучи активизируют метаболизм.
  • Ультрафиолетовые лучи с длиной волны 315≤λ≤380 нм участвуют в процессе образования витамина D у человека.
  • Короткие ультрафиолетовые лучи 200≤λ≤280 нм являются бактерицидными.
  • Нагрев тканей при помощи радиоволн применяют в физиотерапии. В этом случае применяют аппараты ультравысокой частоты и индуктотермии.

При УВЧ – терапии на избранную часть тела помещают два плоских электрода (они не касаются тела). Под воздействием электромагнитной волны в тканях появляются токи проводимости и по закону Джоуля — Ленца выделяется некоторой количество теплоты ($Q$):

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Чему равно сопротивление параллельного разветвления

$Q=\frac{kE_{ef}2V\Delta{}t}{\rho{}}\ (1)$, где:

  • $ E_{ef}$ — эффективная величина напряженности электрического поля;
  • $ρ$ – удельное сопротивление ткани тела;
  • $V$ — объем тела, которое подвергается прогреву;
  • $k$ — коэффициент пропорциональности;
  • $\Delta{}t$ – время процедуры.

В индуктотермии для действия на организм применяют переменное магнитное поле большой частоты. В этом случае в проводящих ток тканях появляются вихревые токи, и их энергия переходит в тепловую. Количество теплоты, которое выделяется равно:

$Q=\frac{k}{\rho{}}{\omega{}}2B_{ef}2\ \Delta{}t(2),$

где $\omega{}$ – циклическая частота изменения поля.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/vidy_elektromagnitnyh_voln/

Электромагнетизм: определение, история открытия и применение

Кем впервые были обнаружены электромагнитные волны

В данной статье вы узнаете что такое электромагнетизм, электромагнитное поле и электромагнитные волны.

Определение и история открытия

Электромагнетизм — это раздел физики, который занимается электричеством, магнетизмом и взаимодействием между ними. Впервые он был открыт в 19 веке и широко применяется в современном мире физики.

Электромагнетизм — это в основном наука об электромагнитных полях. Электромагнитное поле — это поле, создаваемое электрически заряженными объектами.

 Радиоволны, инфракрасные волны, ультрафиолетовые волны и рентгеновские лучи — это электромагнитные поля в определенном диапазоне частот. Электричество производится путем изменения магнитного поля.

 Это явление также называют «электромагнитной индукцией». Точно так же магнитное поле создается движением электрических зарядов.

Основной закон электромагнетизма известен как «закон индукции Фарадея». Феномен электромагнетизма был открыт в 19 веке, и это привело к открытию «специальной теории относительности» Альберта Эйнштейна. Согласно его теории, электрические и магнитные поля могли быть преобразованы друг в друга с относительным движением.

 Это явление и его применение были открыты благодаря многочисленным вкладам великих ученых и физиков, таких как Майкл Фарадей, Джеймс Клерк Максвелл, Оливер Хевисайд и Генрих Герц.

 В 1802 году итальянский ученый продемонстрировал связь между электричеством и магнетизмом, отклонив магнитную стрелку с помощью электростатических зарядов.

Электромагнетизм — это в основном гипотеза комбинированного выражения основной силы, известной как «электромагнитная сила». Эту силу можно увидеть, когда электрический заряд движется. Это движение производит магнетизм.

 Эта идея была представлена ​​Джеймсом Клерком Максвеллом, который опубликовал теорию электричества и магнетизма в 1865 году. На основе этой теории многие ученые совершили множество открытий и других эффектов.

 Электромагнетизм распространился и на область квантовой физики, где свет распространяется как волна и взаимодействует как частица.

Было доказано, что электричество может вызвать магнетизм и наоборот. Очень простой пример — это электрический трансформатор. Обмены происходят внутри трансформатора, который вызывает электромагнитные волны . Еще один факт, касающийся этих волн, заключается в том, что им не нужна среда для распространения, хотя их скорость относительно медленнее при путешествии через прозрачные вещества.

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны были впервые обнаружены Джеймсом Клерком Максвеллом, и они были подтверждены впоследствии Генрихом Герцем. Впоследствии Максвелл получил волновую форму электрических и магнитных уравнений, которая показала, что электрические и магнитные поля имеют волнообразную природу.

 Факторами, которые отличают электромагнитные волны друг от друга, являются частота, амплитуда и поляризация. Например, лазерный луч когерентен, а излучение имеет только одну частоту. Существуют и другие типы волн, различающихся по частоте, такие как радиоволны, которые находятся на очень низких частотах, гамма-лучи и рентгеновские лучи очень высокой частоты.

 Электромагнитные волны могут распространяться на очень большие расстояния, и на них не влияют никакие препятствия, будь то огромные стены или башни.

Это особое взаимодействие электричества и магнетизма привело к большим достижениям в современной науке и технике, и предпринимаются усилия, чтобы узнать больше об электромагнетизме и его применениях. Другими силами являются гравитационные силы, сильные и слабые силы. Электромагнетизм также сочетается со слабой силой, известной как «электрослабая сила».

Применение электромагнетизма

Электромагнетизм имеет множество применений в современном мире науки и физики. Самым основным применением электромагнетизма является использование двигателей. Двигатель имеет переключатель, который непрерывно переключает полярность снаружи двигателя. Электромагнит делает то же самое. Мы можем изменить направление, просто изменив направление тока. Внутри двигателя есть электромагнит, но ток регулируется таким образом, что внешний магнит отталкивает его.

Еще одно очень полезное применение электромагнетизма — «машина сканирования CAT». Эта машина обычно используется в больницах для диагностики заболеваний. Поскольку мы знаем, что в нашем теле присутствует ток, и чем он сильнее, тем сильнее магнитное поле. Эта технология сканирования способна улавливать магнитные поля, и ее легко можно идентифицировать, если внутри тела присутствует большое количество электрической активности.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Что такое нулевой рабочий проводник

Работа человеческого мозга основана на электромагнетизме. Электрические импульсы вызывают операции внутри мозга, и у него есть некоторое магнитное поле. Когда два магнитных поля пересекаются друг с другом внутри мозга, возникает помеха, которая вредна для мозга.

Источник: https://meanders.ru/chto-takoe-jelektromagnetizm.shtml

Кто изобрёл электричество: история возникновения, век и год изобретения

Кем впервые были обнаружены электромагнитные волны

Электричество — это вид энергии, которую не требовалось изобретать, а только обнаружить и изучить. История отдает должное первооткрывателю Бенджамину Франклину, именно его эксперименты помогли установить связь между молнией и электричеством. Хотя на самом деле, правда об открытии электроэнергии намного сложнее, поскольку в ее истории не существует единого определяющего момента, дающего прямой ответ на вопрос, кто изобрёл электричество.

История

То, как люди стали производить, распределять и использовать электроэнергию и устройства, на которых протекают процессы генерации, является кульминацией почти 300 летней истории исследований и разработок электричества.

История открытия

Сегодня ученые считают, что человечество начало использовать электроэнергию намного раньше. Примерно в 600 году до н.э. древние греки обнаружили, что потирание меха на янтаре вызывает притяжение между ними. Это явление демонстрирует статическое электричество, которое полностью описали ученые в 17 веке в пояснениях, как появляется электричество.

https://www.youtube.com/watch?v=LbA8e71Oi7w

Кроме того, исследователи и археологи в 1930-х годах обнаружили горшки с листами меди внутри, и объяснили их происхождение, как древние батареи, предназначенные для получения света в древнеримских местах. Подобные устройства также были найдены в археологических раскопках возле Багдада, а это означает, что древние персы также могли открыть конструкцию ранней формы батарей.

Кто изобрёл электричество

К 17 веку было сделано много открытий, связанных с электричеством, таких как изобретение раннего электростатического генератора, разграничение положительных и отрицательных зарядов и классификация материалов в качестве проводников или изоляторов.

Важно! В 1600 году английский врач Уильям Гилберт использовал латинское слово «electricus», чтобы описать силу, которую некоторые вещества создают, если их потереть друг с другом. Чуть позже другой английский ученый Томас Браун, написал несколько книг с использованием термина «электричество», чтобы описать свои исследования, основанные на работе Гилберта.

Кто изобрел электричество

Изобретение электричества в 19 веке стало возможным благодаря открытиям целой плеяды великих ученых. В 1752 году Бен Франклин провел свой эксперимент с воздушным змеем, ключом и штормом. Это просто доказало, что молния и крошечные электрические искры — это одно и то же.

Эксперимент Бена Франклина

Итальянский физик Алессандро Вольта обнаружил, что определенные химические реакции могут производить электричество, а в 1800 году он создал гальванический элемент, раннюю электрическую батарею, вырабатывающую постоянный электроток. Он также выполнил первую передачу тока на расстояние, связав положительно и отрицательно заряженные разъемы и создав между ними напряжение. Поэтому многие историки считают, что 1800 — это год изобретения электричества.

В 1831 году электричество стало возможно использовать в технике, когда Майкл Фарадей создал электродинамо, решившее на практике проблему генерирования постоянного электротока. Довольно простое изобретение с использованием магнита, перемещавшегося внутри катушки из медного провода, создавал небольшой ток, протекающий через провод.

Оно помогло американцу Томасу Эдисону и британскому ученому Джозефу Свону, каждому в отдельности, примерно в одно время в 1878 году изобрести лампу накаливания. Сами лампочки для освещения были изобретены другими исследователями, но лампа накаливания была первым практичным устройством, дававшем свет в течение нескольких часов подряд.

Русский ученый и инженер А. Н. Лодыгин

В 1800-х и в начале 1900-х годов, сербско-американский инженер, изобретатель и мастер электротехники Никола Тесла стал одним из авторов зарождения коммерческого электричества. Он работал совместно с Эдисоном, сделал много революционных разработок в области электромагнетизма и хорошо известен своей работой с двигателями переменного тока и многофазной системой распределения энергии.

Обратите внимание! Русский ученый и инженер А. Н. Лодыгин изобрел и запатентовал в 1874 г. лампу освещения, где функцию нити накаливания выполнял угольный стержень, размещенный в вакуумной среде сосуда, изготовленного из стекла. Это были первые лампочки освещения в России. Только через 16 лет в 1890-х гг. он применил нить из тугоплавкого металла — вольфрама.

Однозначно нельзя заявить в каком году появился свет. Несмотря на то, что многие историки считают что лампочка была изобретена американцем Эдисоном, тем не менее первая лампа с платиновой нитью накаливания в вакуумном стеклянном сосуде была изобретена в 1840 изобретателем из Англии Де ла Рю.

Дополнительная информация. Российскому ученому П. Н. Яблочкову россияне были благодарны за возникновение электродуговой лампы и хотя ресурс ее работы не превышал 4 часов, осветительный прибор широко использовался на территории Зимнего дворца почти 5 лет.

Электродуговая лампа П.Н.Яблочкова

Кто является основоположниками науки об электричестве

Вот список некоторых известных ученых, сделавших свой вклад в развитии электроэнергии.

Французский физик Андре Мари Ампер

Основоположниками науки об электричестве являются:

  1. Французский физик Андре Мари Ампер, 1775-1836, работавший по электромагнетизму. Единица тока в системе СИ — ампер, названа в его честь.
  2. Французский физик Чарльз Августин из Кулона, 1736-1806, который был пионером в исследованиях трения и вязкости, распределения заряда на поверхностях и законов электрической и магнитной силы. Его именем названа единица заряда в системе СИ — кулон и закон Кулона.
  3. Итальянский физик Алессандро Вольта, 1745-1827, тот кто изобрел источник постоянного тока, награжден Нобелевской премией по физике 1921 года, в системе СИ единица напряжения — вольт, названа в его честь.
  4. Георг Симон Ом, 1789-1854, немецкий физик, первооткрыватель, оказавший влияние на развитие теории электричества, в частности закона Ома. В системе СИ единица сопротивления — ом, названа в его честь.
  5. Густав Роберт Кирхгоф, 1824-1887, немецкий физик, внесший вклад в фундаментальное понимание электрических цепей, известен своими двумя законами по теории цепей.
  6. Генрих Герц, 1857-1894, немецкий физик, демонстрирующий существование электромагнитных волн. В системе СИ единица частоты — Герц названа в его честь.
  7. Джеймс Клерк Максвелл,1831-1879, шотландский математик и физик, сформулировал систему уравнений об основных законах электричества и магнетизма, названную уравнениями Максвелла.
  8. Майкл Фарадей, 1791-1867, английский химик и физик, основоположник закона индукции. Один из лучших экспериментаторов в истории науки, его обычно считают отцом электротехники. Единица емкости в системе СИ — постоянная Фарадея, названа в его честь.
  9. Томас Эдисон, 1847-1931, американский изобретатель, имеющий более 1000 патентов, наиболее известен разработкой лампы накаливания.
ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Для чего нужен нулевой рабочий проводник

Томас Эдисон

Теории и законы электричества

Общие законы, регулирующие электричество, немногочисленны и просты и применяются неограниченным количеством вариантов.

Закон Ома

Закон Ома — ток, проходящий через проводник между двумя точками, прямо пропорционален напряжению между ними.

I = V / R или V = IR или R = V / I

Где:

I — ток через провод в амперах;

V — напряжение, измеренное на проводнике в вольтах;

R — сопротивление провода в Ом.

В частности, он также гласит, что R в этом отношении постоянна, не зависит от тока.

Закон Ватта, подобно закону Ома, подтверждает связь между мощностью (ваттами), током и напряжением: P = VI или P = I 2 R.

Закон Кирхгофа (KCL) доказывает, что суммарный ток или заряд, поступающий в соединение или узел, в точности равен заряду, покидающему узел, поскольку ему некуда деться, кроме как уйти, поскольку внутри узла заряд не может быть поглощён. Другими словами, алгебраическая сумма всех токов, входящих и выходящих из узла, должна быть равна нулю.

Закон Фарадея гласит о том, что индуцированная электродвижущая сила в любой замкнутой цепи равна отрицательному значению временной скорости изменения магнитного потока, заключенного в ней.

Закон Ленца утверждает, что направление тока, индуцированного в проводе изменяющимся магнитным полем по фарадеевскому закону, создаст магнитное поле, противостоящее изменению, которое его вызвало. Проще говоря, размер эдс, индуцированной в цепи, пропорциональна скорости изменения потока.

Закон Гаусса гласит, что суммарный электрический поток с замкнутой поверхности равен вложенному заряду, деленному на диэлектрическую проницаемость.

Какое было первое электрическое изобретение

В 1731 году в «Философских трудах», издании «Королевского общества», появилась статья, сделавшая гигантский скачок вперед для молодой электротехники. Ее автор английский ученый Стивен Грей (1670-1736), проводя эксперименты по передаче электрического тока на расстояние, случайно обнаружил, что не все материалы обладают способностью передавать электричество одинаково.

Создание Лейденской банки

Далее произошло создание аккумулятора — «Лейденской банки», устройства для хранения статического электричества. Процесс был случайно обнаружен и исследован голландским физиком Питером Ван Мюссенбруком из Лейденского университета в 1746 году и независимо от него немецким изобретателем Эвальдом Георгом фон Клейстом в 1745 году. Примерно в этот же период русские учёные Г. В. Рихман и М. В. Ломоносов проводили работы по изучению атмосферного электричества.

Когда появилось электричество на территории России

Практически электрическое освещение в России появилось в 1879 на Литейном мосте в Петербурге, а официально — в 1880, с созданием 1-го электротехнического отдела, занимавшегося внедрением электричества в экономику государства. В 1881 Царское село было освещено электрическими фонарями. Лампы накаливания в Кремле в 1881 г осветили вступления на трон Александра III.

Энергетика России 2018

Прообраз российской энергосистемы был создан в 1886 г с основанием промышленно-коммерческого общества. В его планы входила электрификация населенных пунктов: улиц, заводов, магазинов и жилых домов. Первая крупная электрическая станция начала свою работу в 1888 г. в Зимнем дворце и на протяжении 15 лет считалась самой мощной в Европе. К 1917 г.

в столице уже было электрифицировано около 30% домов. Далее развитие энергетики в СССР шло по плану ГОЭЛРО принятого 22 декабря 1920 года. Этот день до сих пор отмечается в России и странах СНГ, как День энергетика. План во многом позаимствовал наработки российских специалистов 1916 года. Благодаря ему была увеличена выработка электроэнергии, а к 1932 г.

она возросла с 2 до 13,5 млрд кВт.

В 1960 г. уровень выработки электроэнергии составил 197.0 млрд. кВт-часов, и далее он продолжал неуклонно расти. Ежегодно в стране вводились новые энергетические мощности: ГРЭС, ТЭЦ, КЭС, ГЭС и АЭС. Суммарная их мощность к концу 1980 составила 266.7 тыс. МВт, а выработка электрической энергии в СССР достигла рекордных 1293.9 млрд. кВт∙ч.

После развала СССР, Россия продолжала наращивать темп развития энергетики, по результатам 2018 года выработка электроэнергии в стране составила −1091 млрд. кВт∙ч, что позволило стране войти в четверку мировых лидеров после Китая, США и Индии.

Источник: https://rusenergetics.ru/novichku/kto-izobryol-elektrichestvo

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электрогенератор
Какие основные параметры характеризуют режим ручной дуговой сварки

Закрыть