О скорости распространения электрического тока

Скорость распространения электрического тока.. Скорость движения носителей зарядов в электрическом поле.. От чего зависит скорость дрейфа носителей зарядов?.. Тепловое действие тока..

При изучении электрического тока часто возникают трудности понимания процессов, которые происходят на атомарном уровне и недоступны нашим органам чувств — электрический ток нельзя увидеть, услышать или пощупать. Это порождает целый ряд вопросов, в частности: почему проводники нагреваются? Какова скорость электронов в проводнике и от чего она зависит? Почему, когда мы нажимаем на выключатель, лампочка загорается практически мгновенно? Попробуем вместе разобраться и ответить на эти и другие интересующие вас вопросы.

Почему лампочка загорается практически мгновенно?

Прежде всего, нужно различать и не смешивать понятия «скорость распространения электрического тока

» и «скорость движения носителей заряда» — это не одно и то же.

Когда мы говорим о скорости распространения электрического тока в проводнике, то имеется в виду скорость распространения по проводнику электрического поля, которая примерно равна скорости света (≈ 300 000 км/сек). Однако это не означает, что движение носителей зарядов в проводнике происходит с этой огромной скоростью. Совсем нет.

Движение носителей заряда (в проводнике — это свободные электроны) происходит всегда довольно медленно, со скоростью направленного дрейфа от долей миллиметра до нескольких миллиметров в секунду,

поскольку электрические заряды, сталкиваясь с атомами вещества, преодолевают большее или меньшее сопротивление своему движению в электрическом поле.

Но дело в том, что свободных электронов в проводнике очень, очень много (если каждый атом меди имеет один свободный электрон, то в проводнике столько подвижных электронов, сколько и атомов меди). Свободные электроны имеются везде в электрической цепи, включая, в том числе, и нить накаливания лампочки, которая является частью этой цепи.
При присоединении проводника к источнику электрической энергии в нем распространяется электрическое поле (со скоростью, близкой к скорости света), которое  начинает действовать на ВСЕ свободные электроны

практически одновременно.

Поэтому мы не наблюдаем никакого запаздывания между замыканием контактов выключателя и началом свечения лампочки, находящейся за десятки или сотни километров от электростанции. Включили напряжение, свободные электроны начали движение (во всей цепи одновременно), перенесли заряд, передали кинетическую энергию атомам вольфрама (нить накаливания), последняя нагрелась до свечения — вот и светит лампочка.

В случае переменного тока для получения требуемого тепла (рассеиваемой мощности нити накаливания) направление тока не имеет значения. Свободные электроны совершают колебания в соответствии с изменениями электрического поля и переносят заряд туда-обратно.

При этом электроны сталкиваются с атомами кристаллической  решетки вольфрама, передавая им свою энергию. Это приводит к нагреву нити накаливания лампочки и ее свечению.

От чего зависит скорость дрейфа носителей зарядов?

Скорость направленного дрейфа носителей зарядов в электрическом поле пропорциональна величине электрического тока

: небольшой ток означает медленную скорость потока зарядов, большой ток означает большую скорость.

На скорость носителей заряда влияет также сопротивление проводника. Тонкий проводник имеет большее сопротивление, проводник большого диаметра имеет меньшее сопротивление. Соответственно, в тонком проводнике скорость потока свободных электронов будет больше, чем в толстом проводнике (при одном и том же токе).

Имеет значение и материал проводника: в алюминиевом проводнике скорость потока электронов будет больше, чем в медном проводнике такого же сечения.

Это означает, кроме прочего, что один и тот же ток будет нагревать алюминиевый проводник больше, чем медный.

Тепловое действие тока

Рассмотрим природу теплового действия тока более подробно.
При отсутствии электрического поля свободные электроны перемещаются в кристалле металла хаотически. Под действием электрического поля свободные электроны, кроме хаотического движения, приобретают упорядоченное движение в одном направлении, и в проводнике возникает электрический ток.

Свободные электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки, отдавая им при каждом столкновении кинетическую энергию, приобретенную при свободном пробеге под действием электрического поля. В результате упорядоченное движение электронов в металле можно рассматривать как равномерное движение с некоторой постоянной скоростью.

Поскольку кинетическая энергия электронов, приобретаемая под действием электрического поля, передается ионам кристаллической решетки при столкновении, то при прохождении постоянного тока проводник нагревается.
 
В случае переменного тока имеет место тот же эффект. С той лишь разницей, что электроны не перемещаются в одном направлении, а под действием переменного электрического поля они колеблются вперед-назад с частотой сети (50/60 Гц), оставаясь практически на месте.
При этом электроны также сталкиваются с атомами кристаллической  решетки металла, передают свою кинетическую энергию и это приводит к нагреву кристаллической  решетки. При достаточно больших  значениях тока сильно разогретая решетка может даже потерять постоянные связи (металл начнет плавиться).

Похожие статьи: 1. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
                              2. Направление электрического тока
                             

3. Что такое электрический ток?
                              4. Проводники и изоляторы. Полупроводники
                              5. Постоянный и переменный ток
                              6. Электрический ток в жидкостях 
                              7. Проводимость в газах
                              8. Электрический ток в вакууме
                              9. О проводимости полупроводников 

Вопрос: Какова скорость распространения электрического тока в цепи? Ответ на вопрос – iq2u

Точные науки Физика

Ответ:

Она равна скорости распространения в цепи электрического поля.

Проверь себя, пройди тесты онлайн

Физика.Электрический ток в металлах. 8 класс

Статистика теста

0–25% 1053 человека
26–50% 2211 человек
51–75% 876 человек
76–100% 1334 человека

0% Пройти тест

ОГЭ 2020. Физика. Вариант 1

Статистика теста

0–25% 1885 человек
26–50% 673 человека
51–75% 427 человек
76–100% 180 человек

0% Пройти тест

ЕГЭ 2021. Физика. Вариант 3

Статистика теста

0–25% 3 человека
26–50% 4 человека
51–75% 3 человека
76–100% 3 человека

0% Пройти тест

Физика. 7 класс. Итоговый тест 2 часть.

Статистика теста

0–25% 11511 человек
26–50% 6441 человек
51–75% 4410 человек
76–100% 4063 человека

0% Пройти тест

все тесты

Что? Где? Когда? Эрудит онлайн: ответы на вопросы:

• Какова была причина возвышения Москвы?
• Какова формула Джоуля — Ленца?
• В каких единицах измеряют работу электрического тока? Чему она равна?
• Какова траектория движения секундной стрелки часов?
• Каково напряжение на этом участке цепи?»> На участке цепи совершена работа 3 Дж при прохождении по нему заряда, равного 0,2 Кл. Каково напряжение на этом участке цепи?
• Какова была причина кризиса греческого полиса в IV в. до н.э.?
• Какое из приведенных ниже веществ наилучший проводник электричества? Какова особенность его удельного сопротивления?
• Мяч массой 200 г под действием постоянной силы увеличил свою скорость 5 м/с до 15 м/с. На какую величину возрос импульс?
• Какова сила тока в цепи, если в течении 4 мин сквозь ее поперечное сечение прошел заряд 120 Кл?
• Какова была цель крестовых походов XII — XIII вв. в Прибалтику и Северо-Западную Русь?
• Чему равна работа электрического тока на участке цепи?
• Чему равно общее сопротивление R цепи с последовательно включенными электроприборами?
• Какова масса тела?»> Тело объёмом 20 см3 состоит из вещества плотностью 2,5 г/см3. Какова масса тела?
• В катушке с индуктивностью 0,6 Гн сила тока равна 20 А. Как изменится энергия магнитного поля, если сила тока уменьшится вдвое?
• Какова форма магнитных линий магнитного поля катушки с током? Каково их направление?

Какова скорость распространения электрического тока в цепи — Строй Обзор

Содержание

1. Схема и особенности движения тока в проводнике
2. Переменный и постоянный ток – в чем разница
3. Скорость тока и скорость света – можно ли поставить знак равенства?

В. КРАВЧЕНКО (пос. Безенчук Самарской обл.).

Электрический ток в металле — это направленное движение электронов. Двигаться электроны заставляет электрическое поле, создаваемое источником питания. Но электрическое поле представляет собой одну компоненту поля электромагнитного и, следовательно, распространяется со скоростью света. Поэтому прибор в точке В покажет появление тока не сразу после замыкания цепи, как мы привыкли видеть, включая свет в квартире, а через час. Лампочка в точке А зажжется через два часа в полном соответствии с теорией относительности. Более того, если на пути электрического тока поставить замедляющую систему (линию задержки), можно существенно понизить скорость распространения поля, а значит, и тока. Отношение скорости волны в вакууме c к скорости ее распространения в системе v : n = c / v — называется коэффициентом замедления. Эта характеристика имеет тот же физический смысл, что и показатель преломления прозрачной среды для света.

Выбор читателей

Сосудистые заболевания мозга.

Все может начаться с головной боли

Головная боль, шум и головокружение, ухудшение памяти, повышенная утомляемость, снижение работоспособности — подобные «несерьезные» симптомы могут свидетельствовать о хронической недостаточности мозгового кровообращения.

«Какого цвета платье?»

Наше цветовое восприятие зависит от того, «совы» мы или «жаворонки».

Существует распространенное мнение о равенстве скорости тока и света, которое, однако, является заблуждением. Свет движется намного быстрее, что можно доказать после рассмотрения простейшей схемы движения тока по проводнику.

Схема и особенности движения тока в проводнике

Все вещества состоят из атомов – элементарных частиц. В центре атома находится ядро из протонов и нейтронов, а вокруг ядра вращаются отрицательно заряженные частицы. Их количество может быть разным у разных веществ.

Атомы твердых тел обладают кристаллической решеткой – структурой, в которой атомы расположены относительно друг друга в определенном порядке.

У некоторых проводников наиболее удаленные от ядра электроны могут переходить к соседним атомам – это свободное движение. Но если подключить к проводнику внешнее электромагнитное поле, можно создать электрическую цепь. Все свободные электроны будут двигаться одинаково – это и называется движением тока в передатчике.

Пример его перемещения по проводам: есть лампочка, которая соединена с источником питания длиной в 10 км. Если включить выключатель в цепи, лампочка загорится через 300 000 км/с. Такая скорость света в вакууме. Лампочка загорается через 33,333 мксек, из чего можно сделать вывод, что электроны двигались так же быстро, как и свет. Однако то, что электроны перемещались со световой скоростью, не значит, что та же быстрота сохраняется в проводнике:

1. Цепь замкнулась с нажатием выключателя.
2. Электрическое поле уменьшилось в диэлектрике конденсатора, а электроны зашли на плюсовую клемму.
3. Так уменьшилась разность потенциалов, а так как электроны в присоединенном участке начали движение, пустые места были заняты соседними отрицательными частицами из другого участка провода.
4. Это продолжается по всему проводнику, и когда электроны достигают лампочки, она начинает светиться.
5. Из этого следует, что измененное электрическое поле мгновенно распространилось по проводнику, а частицы – немного медленнее.

Переменный и постоянный ток – в чем разница

Разница в том, что электрические заряды движутся неодинаково. Постоянный может двигаться только в одном направлении. В твердых телах двигаются электроны, в остальных – ионы. Поэтому в твердых телах ток всегда течет от минуса к плюсу. В жидких и газообразных веществах он может двигаться в 2-х направлениях: электроны – к плюсу, а ионы – к минусу и источнику подачи энергии.

С переменным движением частиц ситуация обстоит иначе: взамен его движения только в одном направлении последнее может периодически изменяться на противоположное. Например, в городских электросетях напряжение стандартное – 220 В, а частота – 50 Гц. Частота обозначает, что за 1 секунду ток проходит синусоидальный цикл 50 раз.

Это значит, что он меняет направление 100 раз в секунду, так как цикл изменяется дважды.

Скорость тока и скорость света – можно ли поставить знак равенства?

Очевидно, что быстрота движения электрических зарядов в проводах даже не близка к световой. Если бы это было правдой, современная энергетика не существовала в том виде, в котором она представлена сейчас. Добавилась бы необходимость решения сложных технических задач: на скорости 300 000 км/с заряженные частицы не способны следовать за поворотами. После разгона на прямом участке частицы бы просто вылетали по касательной, что в свою очередь требовало бы установок электромагнитных ловушек в проводах. Из-за этого участки проводки напоминали бы фрагменты адронного коллайдера.

Скорость передвижения элементарных частиц намного меньше, чем скорость света, несмотря на то, что в школе учат правилу: «Скорость тока в проводнике идентична быстроте распространения электромагнитной волны». Чтобы убедиться в этом, достаточно провести простые опыты с постоянными магнитами или эбонитом.

Жизнь современного человека полна комфорта. Сегодня мы имеем все блага цивилизации в свободном доступе. Главным достижением, которое совершенствовалось в течение долгого времени, является электрическая энергия, доступная практически в любой части мира. Мы привыкли к тому, что электроэнергия повсюду и задумываемся о ней лишь в тот момент, когда она внезапно пропадает. На самом деле явление электричества таит в себе много интересного, что желательно было бы знать каждому человеку.

Например, одним из вопросов, которым нужно задаться, является скорость электрического тока. Мало кто думал о том, как быстро зажжется лампочка, находящаяся в сотне километров от источника энергии. Этот вопрос актуален для населенных пунктов, которые находятся вдали от цивилизации.

Опытным путем учеными и исследователями было доказано, что электрический сигнал движется по кабелю со скоростью света, а именно 300 тысяч км/сек.

Важно отметить, что электроны и ионы в проводнике при этом движутся совсем не с такой скоростью. Они просто на просто не могут иметь столь высокую скорость в проводящем материале.

Под скоростью света в случае с электрическим током понимается показатель скорости, с которым заряженные частицы приходят в движение друг за другом, а не движутся относительно друг друга. Носители заряда при этом обладают средней скоростью, равной, как правило, нескольким миллиметрам за 1 сек.

Более подробно объясним данную ситуацию примером:

К заряженному конденсатору присоединяются провода большой длины, идущие к лампе, что находится на расстоянии около 100 км. Замыкание цепи происходит вручную. После этого носители зарядов приходят в движение на том отрезке провода, который подключен к конденсатору. При этом начинается покидание электронами минусовой обкладки конденсатора, следовательно, происходит уменьшение электрического поля в конденсаторе параллельно с уменьшением плюсовой обкладки.

Таким образом, между обкладками сокращается разность потенциалов. При этом электроны, пришедшие в движение, приходят на место тех, что ушли. То есть, запущен процесс перераспределения электронов внутри провода за счет влияния электрического поля. Данный процесс растет, как снежный ком, и переходит дальше по всей длине провода, достигая в итоге нити накаливания лампы.

Получается, что перемены в состоянии электрического поля распространяются внутри проводника со скоростью, равной скорости света. При этом происходит активация электронов в электрической цепи с аналогичной скоростью. Хотя сами электроны движутся друг за другом по проводнику с гораздо меньшей скоростью.

Теперь разберемся в явлении гидравлической аналогии. Рассмотрим это понятие на примере движения водного потока из пункта А в пункт Б.

Допустим, что из небольшого населенного пункта по трубе в город поступает вода. Для этого функционирует специальный насос, который повышает давление внутри трубы, и вода под влиянием давления движется гораздо быстрее. Малейшие перемены в давлении по трубе распространяются очень быстро (приблизительно 1400 км/сек). Скорость распространения данных перемен напрямую зависит от показателя плотности жидкости, ее температуры и степени оказываемого давления. Через совсем короткий промежуток времени (доля секунды) вода уже поступила в город. Но это уже совсем другая вода. Ведь молекулы в ее составе провоцируют движение друг друга из-за столкновений между собой. При этом скорость движения данных молекул гораздо меньше, ведь дрейфовая скорость имеет прямую связь с силой напора. То есть, столкновения молекул друг с другом распространяются очень быстро, а скорость одной молекулы при этом не увеличивается.

Абсолютно аналогичный процесс происходит с электрическим током. Проведем параллели: скорость распространения поля есть скорость распространения давления, а скорость движения молекул, следовательно, есть скорость электронов, создающих ток.

Дрейфовая скорость – это скорость последовательного движения заряженных частиц. Электронами данная скорость приобретается за счет действия внешнего электрического поля.

В случае, если внешнее электрическое поле отсутствует, то движение электронов внутри проводника происходит хаотично. Иными словами, конкретного направления у электрического тока нет, а дрейфовая скорость при этом нулевая.

При наличии внешнего электрического поля у проводника носители заряда приходят в движение, скорость которого зависит от ряда факторов (концентрация свободных электронов, площадь сечения провода, величины тока).

Таким образом, электрический ток имеет скорость распространения по проводнику равную скорости света. При этом скорость движения тока в проводнике – очень мала.

Вам будут интересны такие познавательные статьи, как:

конденсированное вещество — Как электричество распространяется в проводнике?

Сначала я попытаюсь устранить недоразумения, а затем отвечу на вопрос.

Модель силы обмена частицами не является причинно-следственной

В вашем мышлении есть изъян: вы формулируете электромагнитное взаимодействие в терминах испускания и поглощения фотонов и в то же время рассказываете историю о будущем. Эти две идеи хороши по отдельности, но не вместе.

Картина испускания/поглощения частиц не является каузальной картиной — она ​​требует, чтобы частицы двигались вперед и назад во времени — так что вы не можете использовать каузальный язык, как электрон излучает фотон, который толкает электрон и т.д. Это часть истории, но другая часть истории такова: электрон испускает фотоны, которые уже пнул электрон раньше, который испустил другой фотон раньше, чем первый, и т.д. и т.п. назван унитарным по технической причине: возможно, кто-то мог бы сделать неунитарную гамильтонову формулировку с нефизическими поляризациями фотонов, которые содержат кулоновскую силу, но тогда эти нефизические фотоны были бы только промежуточными состояниями, поскольку физические фотоны в любом случае не ответственны за кулоновское взаимодействие ).

Акаузальность в описании Фейнмана не является проблемой непротиворечивости, поскольку существуют каузальные формулировки КЭД, одна из которых принадлежит Дираку. Здесь электростатическое отталкивание происходит не из-за обмена фотонами, а из-за мгновенного действия на расстоянии, в то время как фотоны движутся только с физической поперечной поляризацией. В представлении Фейнмана о толчке частиц электростатическое взаимодействие возникает из-за нефизически поляризованных фотонов, движущихся намного быстрее скорости света, и эти фотоны просто отсутствуют в эквивалентной формулировке Дирака.

В любом случае, лучший способ понять движение электронов — это использовать классические электрические и магнитные поля, создаваемые электронами.

Это не электроны толкают

Электроны в проводе не толкаются другими электронами. Их толкает внешнее напряжение, приложенное к проводу. Напряжение — это реальная вещь, это материальное поле, оно имеет источник где-то на электростанции, а электростанция передает энергию через электрические и магнитные поля, а не через толчки электронов.

Отталкивание электронов в металле сильно экранировано, а это означает, что электрон, движущийся с определенной скоростью, не будет отталкивать электрон на расстоянии 100 атомных радиусов. Во многих случаях он будет даже притягивать этого электрона из-за слабого фононного обмена (это слабое притяжение дает сверхпроводимость, и практически все обычные металлы становятся сверхпроводящими при некоторой достаточно низкой температуре).

Вы можете полностью пренебречь межэлектронным отталкиванием для проблемы проводимости и просто спросить о внешних полях, переставляющих заряды в проводе.

Поверхность Ферми, а не поверхность проволоки

Ток переносят только те электроны, которые находятся вблизи поверхности Ферми. Поверхность Ферми находится в импульсном пространстве, а не в физическом пространстве. Электроны, которые переносят ток, распределяются повсюду по проводу. Но все они имеют почти одинаковую величину импульса (если поверхность Ферми сферическая, что я буду предполагать в дальнейшем без комментариев).

Поведение ферми-газа не похоже ни на ни на частицу, ни на волну. Это не волна, потому что число заполнения равно 0 или 1, так что нет когерентной суперпозиции большого количества частиц в одном и том же состоянии, но это также и не похоже на частицу, потому что частица не может иметь состояния импульса ниже, чем импульс Ферми, за счет исключения Паули. Частица движется через жидкость, состоящую из одинаковых частиц, которые захлестывают все состояния с импульсом, меньшим импульса Ферми.

Эта странная новинка (новая, по крайней мере, в 1930-х годах) — квазичастица Ферми. Это возбуждение холодного квантового газа, и чтобы изобразить его в каких-то разумных терминах, вы должны представить себе единственную частицу, которая всегда должна двигаться быстрее определенной скорости, она не может замедлиться ниже этой скорости, потому что все эти состояния уже заняты, но его направление может меняться. Он имеет энергию, которая пропорциональна разнице в скорости от нижней границы. Это нижняя граница скорости Ферми, которая в металлах является скоростью электрона с длиной волны в несколько ангстрем, что примерно соответствует орбитальной скорости в модели Бора, или несколько тысяч метров в секунду.

Ферми-жидкостная модель плотных металлов является правильной моделью и заменяет все предыдущие модели. Скорость электронов, несущих ток, составляет несколько тысяч метров в секунду, но на больших расстояниях существуют примеси и фононы, которые рассеивают электроны, и это может свести распространение к диффузионному процессу. Электронная диффузия не имеет скорости, потому что расстояние в диффузии не пропорционально времени. Так что единственный разумный ответ на вопрос «какова скорость электрона в металле?» есть скорость Ферми, хотя следует подчеркнуть, что инжектированный электрон не пролетит макроскопическое расстояние с такой скоростью в металле с примесями.

1. Предположительно на этом уровне электроны действуют больше как волны и меньше как частицы, но есть ли в картине какая-то классическая составляющая, т.е. приходят ли электроны, сообщая другим электронам кинетическую энергию посредством отталкивания, или не работает то, что путь?

Чтобы использовать упорядоченный во времени причинный язык (это делает то, затем это делает то), вам нужны электрические и магнитные поля, а не фотоны. Электроны — это не то, что входит в провод, чтобы заставить его проводить, то, что входит, — это электрическое поле.

Когда вы включаете свет, вы прикасаетесь металлом под высоким напряжением к нейтральному металлу, мгновенно повышая напряжение и создавая электрическое поле вдоль металла. Это поле ускоряет электроны вблизи поверхности Ферми (не на поверхности проволоки, вблизи импульса Ферми), чтобы двигаться быстрее в направлении (минус) электрического поля E. Оно может ускорять только те электроны, которые могут быть ускорены до новых состояний, поэтому он только ускоряет электроны, которые уже бегают со скоростью Ферми. Эти электроны продолжают двигаться, пока не накопит достаточно заряда на поверхности металла, чтобы нейтрализовать электрическое поле и изменить направление электрического поля, чтобы следовать за проводом, где бы он ни изгибался. Это причинное распространение представляет собой поле-электроны-поле, и единственными электронами, которые служат для шунтирования поля, являются те, которые накапливают заряды на поверхности провода (и протоны на поверхности, которые также перенаправляют поле туда, где оно должно быть). положительный заряд)

Когда вы прикладываете постоянное напряжение, электроны приходят в устойчивое состояние, когда они переносят ток от отрицательного напряжения к положительному напряжению, заставляя падения напряжения выстраиваться в пространстве вдоль направления провода, независимо от того, какое форму и отражаясь от примесей и фононов, чтобы рассеять энергию, которую они получают от поля, в фононы (тепло). Локальное электрическое поле управляет их движением, а не их взаимным отталкиванием. В этом смысле это не вода в трубе. Это больше похоже на набор независимых шарикоподшипников, толкаемых магнитом, за исключением того, что шарикоподшипники шунтируют магнитное поле, чтобы двигаться в направлении своего движения.

2. Если электроны на мгновение обладают энергией, а затем передают ее фотону, что определяет, когда этот фотон будет испущен и какой будет его частота? Я предполагаю, что электроны в этом облаке не ограничены никаким принципом исключения, и что возможны любые частоты?

Электроны в облаке не только ограничены исключением, в них преобладает исключение, это газ Ферми. Это не электроны толкают другие электроны, это поле толкает электроны. Картина фотонного обмена частицами к этому не относится, но если вы настаиваете на ее использовании, то фотоны выходят из настенной розетки, следуя по высоковольтным проводам от электростанции туда-сюда зигзагом. -zag во времени, и ничтожная часть фотонов испускается электронами проводимости, поскольку все эти фотоны поглощаются металлом в фононы в пределах длины экранирования.

Фотоны, исходящие от стены, отражаются поверхностными зарядами на проводе (статическими электронами и протонами), так что они отскакивают, следуя по пути провода в устойчивом состоянии.

3. Почему фотон, испускаемый электроном, должен быть в направлении движения? Закон сохранения импульса говорит мне, что если электрон движется, фотон должен испускаться в этом направлении, замедляя электрон, но может ли электрон излучать фотон в противоположном направлении? Если бы это было так, я предполагаю, что он каким-то образом должен был бы поглощать энергию откуда-то еще? Это кажется возможным по аналогии с квантовым туннелированием.

Фотоны испускаются во всех направлениях и назад во времени. Просто бесполезно думать о картине Фейнмана, когда вы хотите мыслить причинно.

4. По какому механизму распространяющиеся электроны повышают температуру материала? Передают ли они энергию электронам в валентной оболочке, которые тянут ядро, некоторые фотоны попадают прямо в ядро, или есть какой-то другой путь?

До сих пор я рассматривал электроны как газ свободных частиц. Но вы можете расстроиться — вокруг полно ядер! Как можно относиться к ним как к газу? Разве они не отскакивают от ядер?

Причина, по которой вы можете это сделать, заключается в том, что квантово-механическая частица, заключенная в решетку и имеющая амплитуды прыжков в соседние точки, ведет себя точно так же, как свободная частица, подчиняющаяся уравнению Шрёдингера (по крайней мере, на больших расстояниях) . Он вовсе не диссипирует, а просто движется, подчиняясь дискретной версии уравнения Шредингера с другой массой, определяемой амплитудами прыжков.

В физике твердого тела этот тип изображения называется «моделью жесткой связи», но на самом деле он более универсален, чем этот. При любом потенциале электроны образуют полосы, и полосы заполняются до поверхности Ферми. Но картина ничем не отличается от свободного газа частиц, за исключением потери вращательной симметрии.

Если бы решетка была идеальной, эта картина была бы точной, и в металле вообще не было бы потерь на рассеяние. Но при конечной температуре есть фононы, дефекты и тепловая оболочка электронов, уже возбужденных при немного большей энергии, чем поверхность Ферми. Фононы, дефекты и тепловые электроны могут неупруго рассеивать проводящие электроны, и это механизм потери энергии. Электроны также могут спонтанно излучать фононы, если их энергия находится достаточно далеко от поверхности Ферми, так что они больше не стабильны. Все эти эффекты имеют тенденцию к исчезновению при нулевой температуре (за исключением дефектов, которые могут быть вморожены, но тогда дефекты становятся упругими). Но при достаточно низких температурах вы не можете плавно перейти к нулевой проводимости. Вместо этого вы, как правило, имеете фазовый переход в сверхпроводящее состояние.

5. Предположительно, электричество движется медленнее света, потому что есть некоторое время в каждом обмене и некоторое время, когда электроны движутся с субсветовыми скоростями, прежде чем испустить фотон. Насколько это медленнее света и какова скорость каждого взаимодействия?

Это снова путает описание Фейнмана с описанием причин. Но я проводил этот эксперимент будучи студентом, и по хорошему коаксиальному кабелю скорость была 2/3 скорости света. Я предполагаю, что если вы используете обычную проволоку в катушке на полу, она будет значительно медленнее, возможно, всего на 1% от скорости света, потому что требуется больше манипуляций с поверхностными зарядами, чтобы проволока создала поле для следуйте за его кривыми.

16.3: Плоские электромагнитные волны — Физика LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

4450

• OpenStax
• OpenStax

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу этого раздела вы сможете:

• Описывать, как уравнения Максвелла предсказывают относительные направления электрических полей и магнитных полей, а также направление распространения плоских электромагнитных волн
• Объясните, как уравнения Максвелла предсказывают, что скорость распространения электромагнитных волн в свободном пространстве в точности равна скорости света
• Рассчитать относительную величину электрического и магнитного полей в плоской электромагнитной волне
• Описать, как возникают и обнаруживаются электромагнитные волны

Механические волны распространяются в такой среде, как струна, вода или воздух. Возможно, наиболее важным предсказанием уравнений Максвелла является существование комбинированных электрических и магнитных (или электромагнитных) полей, которые распространяются в пространстве в виде электромагнитных волн. Поскольку уравнения Максвелла выполняются в свободном пространстве, предсказанные электромагнитные волны, в отличие от механических волн, не требуют среды для своего распространения.

Общее рассмотрение физики электромагнитных волн выходит за рамки этого учебника. Однако мы можем исследовать частный случай электромагнитной волны, которая распространяется в свободном пространстве вдоль оси x заданной системы координат.

Электромагнитные волны в одном направлении

Электромагнитная волна состоит из электрического поля, определяемого, как обычно, в терминах силы, приходящейся на заряд на неподвижном заряде, и магнитного поля, определяемого в терминах силы, приходящейся на заряд на движущийся заряд. Предполагается, что электромагнитное поле является функцией только х -координата и время. Тогда y -компонента электрического поля записывается как \(E_y (x,t)\), z -компонента магнитного поля как \(B_z (x,t)\) и т. д. Поскольку мы предполагаем свободное пространство, свободных зарядов или токов нет, поэтому мы можем установить \(Q_{in} = 0\) и \(I = 0\) в уравнениях Максвелла.

Поперечная природа электромагнитных волн

Сначала мы исследуем, что подразумевает закон Гаусса для электрических полей относительно относительных направлений электрического поля и направления распространения электромагнитной волны. Предположим, что гауссовой поверхностью является поверхность прямоугольного ящика, поперечное сечение которого представляет собой квадрат со стороной 9.0120 l и третья сторона которого имеет длину \(\Delta x\), как показано на рисунке \(\PageIndex{1}\). Поскольку электрическое поле является функцией только x и t , y -компонента электрического поля одинакова как на верхней (обозначенной Стороной 2), так и на нижней (обозначенной Стороной 1) коробке, так что эти два вклада в поток сокращаются. Соответствующий аргумент справедлив и для суммарного потока от z -компоненты электрического поля через стороны 3 и 4. Таким образом, любой результирующий поток через поверхность исходит исключительно от х -компонента электрического поля. Поскольку электрическое поле не имеет y — или z -зависимости, \(E_x(x,t)\) постоянна на поверхности ящика площадью A и может иметь другое значение \(E_x ( x + \Delta x, t)\), которая постоянна на противоположной стороне ящика.

Применение закона Гаусса дает

\[\text{Чистый поток} = — E_x (x,t) A + E_x (x + \Delta x, t) A = \dfrac{Q_{in}}{\epsilon_0} \label{16.13}\]

где \(A = l \times l\) площадь передней и задней граней прямоугольной поверхности. Но заключенный заряд равен \(Q_{in} = 0\), поэтому чистый поток этого компонента также равен нулю, а уравнение \ref{16.13} подразумевает \(E_x (x,t) = E_x (x + \Delta x, t)\) для любого \(\Delta x\). Следовательно, если есть х — составляющая электрического поля, она не может меняться с х . Однородное поле такого рода можно было бы просто искусственно наложить на бегущую волну, например, с помощью пары параллельно заряженных пластин. Такой компонент \(E_x(x,t)\) не будет частью электромагнитной волны, распространяющейся вдоль оси x ; поэтому \(E_x(x,t) = 0\) для этой волны. Следовательно, единственными ненулевыми компонентами электрического поля являются \(E_y(x,t)\) и \(E_z(x,t)\), перпендикулярные направлению распространения волны.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Поверхность прямоугольного прямоугольника с размерами \(l \times l \times \Delta x\) является нашей гауссовой поверхностью. Показанное электрическое поле создается электромагнитной волной, распространяющейся вдоль оси x.

Аналогичный аргумент сохраняется, если заменить E на B и использовать закон Гаусса для магнетизма вместо закона Гаусса для электрических полей. Это показывает, что поле B также перпендикулярно направлению распространения волны. Таким образом, электромагнитная волна представляет собой поперечную волну с колеблющимися электрическими и магнитными полями, перпендикулярными направлению ее распространения.

Скорость распространения электромагнитных волн

Далее мы можем применить уравнения Максвелла к описанию, данному в связи с рис. 16.2.3 в предыдущем разделе, чтобы получить уравнение для поля E из изменяющегося поля B , а для поля B из меняющегося поля E . Затем мы объединяем два уравнения, чтобы показать, как изменяющиеся поля E и B распространяются в пространстве со скоростью, точно равной скорости света.

Сначала мы применим закон Фарадея к стороне 3 гауссовой поверхности, используя путь, показанный на рисунке \(\PageIndex{2}\). Поскольку \(E_x(x,t) = 0\), мы имеем

\[\oint \vec{E} \cdot d\vec{s} = — E_y(x,t)l + E_y(x + \ Delta x,t)l. \]

Предполагая, что \(\Delta x\) мало и приближается к \(E_y (x + \Delta x,t)\) на

\[E_y (x + \Delta x, t) = E_y (x,t) + \dfrac{\partial E_y(x,t)}{\partial x} \Delta x,\]

получаем

\[\oint \vec{E} \cdot d\vec{s} = \dfrac{\partial E_y (x,t)}{\partial x} (l\Delta x).\]

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Мы применяем закон Фарадея к передней части прямоугольника, оценивая \(\oint \vec{E} \cdot d\vec{s}\) вдоль прямоугольного края стороны 3 в указанном направлении, принимая поле B, пересекающее забой, примерно равным его значению в середине пройденного участка.

Поскольку \(\Delta x\) мала, магнитный поток через грань может быть аппроксимирован его значением в центре пройденного участка, а именно \(B_z\left(x + \dfrac{\Delta x}{2 }, т\справа)\). Поток 9Поле 0120 B через грань 3 является полем B , умноженным на площадь,

\[\oint_S \vec{B} \cdot \vec{n} dA = B_z \left(x + \dfrac{\Delta x {2}, t\справа) (l \Delta x). \label{16. 14}\]

Из закона Фарадея,

\[\oint \vec{E} \cdot d\vec{s} = -\dfrac{d}{dt} \int_S \vec{B} \ cdot \vec{n} dA.\label{16.15}\]

Следовательно, из уравнений \ref{16.13} и \ref{16.14}

\[\dfrac{\partial E_y (x,t)}{ \partial x} (l \Delta x) = — \dfrac{\partial}{\partial t} \left[ B_z \left( x + \dfrac{\Delta x}{2}, t\right) \right] (l\Дельта х).\]

Отменив \(l \Delta x\) и приняв предел как \(\Delta x = 0\), мы получим

\[\dfrac{\partial E_y (x,t)}{\partial x } = — \dfrac{\partial B_z(x,t)}{\partial t}. \label{16.16}\]

Вместо этого мы могли бы применить закон Фарадея к верхней поверхности (с номером 2) на рисунке \(\PageIndex{2}\), чтобы получить результирующее уравнение

\[\dfrac{\partial B_z(x,t)}{\partial t} = — \dfrac{\partial E_y (x,t)}{\partial x}. \label{16.17}\]

Это уравнение, описывающее пространственно зависимое 9Поле 0120 E , созданное зависящим от времени полем B .

Затем мы применяем закон Ампера-Максвелла (при \(I = 0\)) к тем же двум граням (Поверхность 3 и затем Поверхность 2) прямоугольного ящика на рисунке \(\PageIndex{2}\). Применение уравнения 16.2.16,

\[\oint \vec{B} \cdot d\vec{s} = \mu_0 \epsilon_0 (d/dt) \int_S \vec{E} \cdot n \, da\]

к поверхности 3, а затем к поверхности 2, дает два уравнения x,t)}{\partial t}, \label{16.18}\]

и

\[\dfrac{\partial B_z(x,t)}{\partial x} = — \epsilon_0 \mu_0 \dfrac{\partial E_y (x,t)}{\partial t}. \label{16.19}\]

Эти уравнения описывают пространственно зависимое поле B , создаваемое зависящим от времени полем E .

Затем мы объединяем уравнения, показывающие, что изменяющееся поле B создает поле E , с уравнением, показывающим изменяющееся поле E , производящее поле B . Взяв производную уравнения \ref{16.16} относительно 92}\]

Это форма, которую принимает общее волновое уравнение для нашей плоской волны. Поскольку уравнения описывают волну, бегущую с некоторой пока еще не определенной скоростью c , мы можем предположить, что каждая компонента поля является функцией x – ct для волны, бегущей в + x -направлении, т. е. есть,

\[E_y (x,t) = f(\xi) \, где \, \xi = x — ct. \label{16.21}\]

В качестве математического упражнения остается показать, используя цепное правило для дифференцирования, что уравнения \ref{16.17} и \ref{16.18} подразумевают 92.\]

Таким образом, скорость электромагнитной волны в свободном пространстве определяется через проницаемость и диэлектрическую проницаемость свободного пространства как

\[c = \dfrac{1}{\sqrt{\epsilon_0\mu_0} }. \label{16.22}\]

С тем же успехом мы могли бы предположить электромагнитную волну с компонентами поля \(E_z (x,t)\) и \(B_y (x,t)\). Тот же тип анализа с помощью уравнения \ref{16.25} и \ref{16.24} также показал бы, что скорость электромагнитной волны равна \(c = 1/\sqrt{\epsilon_0\mu_0}\). 98 м/с, \]

, что является скоростью света. Представьте себе волнение, которое, должно быть, испытал Максвелл, когда открыл это уравнение! Он обнаружил фундаментальную связь между двумя, казалось бы, не связанными между собой явлениями: электромагнитными полями и светом.

Упражнение \(\PageIndex{1}\)

Волновое уравнение было получено путем (1) нахождения поля E , создаваемого изменяющимся полем B , (2) нахождения поля B , создаваемого изменение поля E и объединение двух результатов. Какое из уравнений Максвелла легло в основу шага (1), а какое — шага (2)?

Ответ (шаг 1)

Закон Фарадея

Ответ (шаг 2)

закон Ампера-Максвелла

Как связаны поля

E и B

До сих пор мы видели, что скорости изменения различных компонентов полей E и B связаны, что электромагнитная волна является поперечной, и что волна распространяется со скоростью с . Далее мы покажем, что уравнения Максвелла подразумевают относительно соотношения величин полей E и B и относительных направлений полей E и B .

Теперь рассмотрим решения уравнения \ref{16.16} в виде плоских волн для электрического поля:

\[E_y(x,t) = E_0 \, \cos \, (kx — \omega t). \label{16.23}\]

Мы произвольно взяли волну, распространяющуюся в направлении +x , и выбрали ее фазу так, чтобы максимальная напряженность поля была в начале координат в момент времени \(t = 0\). Мы вправе рассматривать таким образом только синусы и косинусы и обобщать результаты, поскольку теорема Фурье подразумевает, что мы можем выразить любую волну, включая даже квадратичные ступенчатые функции, как суперпозицию синусов и косинусов.

В любой конкретной точке пространства поле E колеблется синусоидально с угловой частотой \(\omega\) между \(+E_0\) и \(-E_0\), и аналогичным образом поле B колеблется между \(+B_0\) и \(-B_0\). Амплитуда волны является максимальным значением \(E_y(x,t)\). Период колебаний T – это время, необходимое для полного колебания. Частота f представляет собой число полных колебаний в единицу времени и связана с угловой частотой \(\omega\) соотношением \(\omega = 2\pi f\). Длина волны \(\lambda\) — это расстояние, проходимое за один полный цикл волны, а волновое число k — это количество длин волн, которые соответствуют расстоянию \(2\pi\) в используемых единицах измерения. Эти величины связаны так же, как и для механической волны:

\[\omega = 2\pi f, \, \, f = \dfrac{1}{T}, \, \, k = \dfrac{ 2\pi}{\lambda}, \, \, и \, \, c = f\lambda = \omega/k.\]

Учитывая, что решение \(E_y\) имеет форму, показанную в уравнении \ ref{16.20}, нам нужно определить сопровождающее его поле \(B\). Из уравнения \ref{16.24} составляющая магнитного поля \(B_z\) должна подчиняться

\[\dfrac{\partial B_z}{\partial t} = — \dfrac{\partial E_y}{\partial x}\]

\[\dfrac{\partial B_z}{\partial t} = — \dfrac{\partial}{\partial x} E_0 \, \cos \, (kx — \omega t) = kE_0 \, sin\, (kx — \omega t). \label{16.24}\]

Поскольку решение для картины поля B волны распространяется в направлении + x с той же скоростью c , что и картина поля E-, оно должно быть функцией \(k(x — ct) = kx — \omega t\). Таким образом, из уравнения \ref{16.21} мы заключаем, что \(B_z\) равно

\[B_z(x,t) = \dfrac{k}{\omega} E_0 \, \cos \, (kx — \omega t) = \dfrac{1}{c}E_0 \, \cos \, (kx — \omega t).\]

Эти результаты могут быть записаны как

\[E_y(x,t) = E_0 \, \cos \, (kx — \omega t)\]

\[B_z (x,t) = B_0 \, \cos \, (kx — \omega t) \label{16.25}\]

\[\dfrac{E_y}{B_z} = \dfrac{E_0}{B_0} = c . \label{16.26}\]

Следовательно, пики полей E и B совпадают, как и впадины волны, и в каждой точке 9Поля 0120 E и B находятся в одинаковом соотношении, равном скорости света c . Плоская волна имеет вид, показанный на рисунке \(\PageIndex{3}\). {-6} T .\номер\]

Значение

Напряженность поля B составляет менее одной десятой от общепризнанно слабого магнитного поля Земли. Это означает, что относительно сильное электрическое поле 1000 В/м сопровождается относительно слабым магнитным полем.

Изменяющиеся электрические поля создают относительно слабые магнитные поля. Однако комбинированные электрические и магнитные поля можно обнаружить в электромагнитных волнах, воспользовавшись явлением резонанса, как это сделал Герц. Систему с той же собственной частотой, что и электромагнитная волна, можно заставить колебаться. Все радио- и телеприемники используют этот принцип, чтобы улавливать, а затем усиливать слабые электромагнитные волны, отбрасывая при этом все остальные не на их резонансной частоте.

Упражнение \(\PageIndex{2}\)

К каким выводам привел наш анализ уравнений Максвелла относительно этих свойств плоской электромагнитной волны:

1. относительных направлений распространения волны, поля E , и B поле,
2. скорость движения волны и как скорость зависит от частоты и
3. относительные величины полей E и B .

Ответить на

Направления распространения волн поля E и поля B взаимно перпендикулярны.

Ответ б

Скорость электромагнитной волны равна скорости света \(c = 1/\sqrt{\epsilon_0\mu_0}\), не зависящей от частоты.

Ответ c

Отношение амплитуд электрического и магнитного полей равно \(E/B = c\).

Производство и обнаружение электромагнитных волн

Постоянный электрический ток создает постоянное во времени магнитное поле, которое не распространяется как волна. Однако ускоряющие заряды производят электромагнитные волны. Электрический заряд, колеблющийся вверх и вниз, или переменный ток или поток заряда в проводнике излучают излучение на частотах своих колебаний. Электромагнитное поле дипольной антенны показан на рисунке \(\PageIndex{4}\). Положительные и отрицательные заряды на двух проводниках заставляют меняться местами на желаемой частоте за счет выхода передатчика в качестве источника питания. Постоянно меняющийся ток ускоряет заряд в антенне, что приводит к колебаниям электрического поля на расстоянии от антенны. Изменяющиеся электрические поля производят изменяющиеся магнитные поля, которые, в свою очередь, производят изменяющиеся электрические поля, которые, таким образом, распространяются в виде электромагнитных волн. Частота этого излучения такая же, как частота источника переменного тока, ускоряющего электроны в антенне. Два проводящих элемента дипольной антенны обычно представляют собой прямые провода. Общая длина двух проводов обычно составляет около половины желаемой длины волны (отсюда и альтернативное название 9).0120 полуволновая антенна ), потому что это позволяет создавать стоячие волны и повышает эффективность излучения.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Колебательное движение зарядов в дипольной антенне создает электромагнитное излучение.

Показаны силовые линии электрического поля в одной плоскости. Магнитное поле перпендикулярно этой плоскости. Это поле излучения имеет цилиндрическую симметрию относительно оси диполя. Силовые линии вблизи диполя не показаны. Рисунок совсем не равномерен во всех направлениях. Самый сильный сигнал в направлениях, перпендикулярных оси антенны, которая была бы горизонтальной, если бы антенна была установлена ​​вертикально. Вдоль оси антенны интенсивность равна нулю. Поля, обнаруженные вдали от антенны, возникают из-за меняющихся электрических и магнитных полей, наводящих друг друга и распространяющихся в виде электромагнитных волн. Вдали от антенны волновые фронты или поверхности равной фазы для электромагнитной волны имеют почти сферическую форму. Еще дальше от антенны излучение распространяется как электромагнитные плоские волны.

Электромагнитные волны уносят энергию от своего источника, подобно звуковой волне, уносящей энергию от стоячей волны на гитарной струне. Антенна для приема электромагнитных сигналов работает наоборот. Входящие электромагнитные волны вызывают в антенне колебательные токи, каждый на своей частоте. В состав радиоприемника входит схема тюнера, резонансная частота которого может регулироваться. Тюнер сильно реагирует на желаемую частоту, но не на другие, что позволяет пользователю настроиться на желаемую передачу. Электрические компоненты усиливают сигнал, формируемый движущимися электронами. Затем сигнал преобразуется в аудио- и/или видеоформат.

Примечание

Используйте эту симуляцию для трансляции радиоволн. Покачивайте электрон передатчика вручную или заставьте его колебаться автоматически. Отобразите поле в виде кривой или векторов. Ленточная диаграмма показывает положение электронов на передатчике и на приемнике.

---

Эта страница под названием 16.3: Плоские электромагнитные волны распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована OpenStax с помощью исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или страница

   Автор

   ОпенСтакс

   Лицензия

   СС BY

   Версия лицензии

   4,0

   Программа OER или Publisher

   ОпенСтакс

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. Электромагнитные волны
   2. Плоские волны
   3. источник@https://openstax. org/details/books/university-physics-volume-2

электромагнитное излучение | Спектр, примеры и типы

фотосинтез

Посмотреть все медиа

Ключевые люди:

Джеймс Клерк Максвелл Христиан Гюйгенс Томас Янг Хендрик Антон Лоренц Франсуа Араго

Похожие темы:

легкий свечение рентгеновский снимок фотоэлектрический эффект гамма-луч

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

электромагнитное излучение , в классической физике поток энергии с универсальной скоростью света через свободное пространство или через материальную среду в виде электрических и магнитных полей, образующих электромагнитные волны, такие как радиоволны, видимый свет , и гамма-излучение. В такой волне переменные во времени электрическое и магнитное поля взаимно связаны друг с другом под прямым углом и перпендикулярно направлению движения. Электромагнитная волна характеризуется своей интенсивностью и частотой ν изменения во времени электрического и магнитного полей.

С точки зрения современной квантовой теории электромагнитное излучение представляет собой поток фотонов (также называемых световыми квантами) в пространстве. Фотоны — это сгустки энергии ч ν, которые всегда движутся со всемирной скоростью света. Символ ч — это постоянная Планка, а значение ν такое же, как у частоты электромагнитной волны классической теории. Фотоны с одинаковой энергией ч ν все одинаковы, и плотность их количества соответствует интенсивности излучения. Электромагнитное излучение демонстрирует множество явлений, поскольку оно взаимодействует с заряженными частицами в атомах, молекулах и более крупных объектах материи. Эти явления, а также способы создания и наблюдения электромагнитного излучения, способ его возникновения в природе и его технологическое использование зависят от его частоты ν. Спектр частот электромагнитного излучения простирается от очень низких значений в диапазоне радиоволн, телевизионных волн и микроволн до видимого света и далее до значительно более высоких значений ультрафиолетового света, рентгеновских лучей и гамма-лучей.

В этой статье обсуждаются основные свойства и поведение электромагнитного излучения, а также его различные формы, включая их источники, отличительные характеристики и практические применения. В статье также прослеживается развитие как классической, так и квантовой теории излучения.

Общие положения

Возникновение и значение

Около 0,01 процента массы/энергии всей вселенной проявляется в виде электромагнитного излучения. В нее погружена вся жизнь человека, а современные технологии связи и медицинские услуги особенно зависят от той или иной ее формы. Фактически все живые существа на Земле зависят от электромагнитного излучения, получаемого от Солнца, и от преобразования солнечной энергии путем фотосинтеза в растительную жизнь или путем биосинтеза в зоопланктон, что является основным этапом пищевой цепи в океанах. Глаза многих животных, в том числе и человека, приспособлены к тому, чтобы быть чувствительными и, следовательно, видеть наиболее обильную часть электромагнитного излучения Солнца, а именно свет, который составляет видимую часть его широкого диапазона частот. Зеленые растения также обладают высокой чувствительностью к максимальной интенсивности солнечного электромагнитного излучения, которое поглощается веществом, называемым хлорофиллом, которое необходимо для роста растений посредством фотосинтеза.

Britannica Quiz

36 вопросов из самых популярных научных викторин Britannica

Насколько хорошо вы знаете астрономию? Как насчет квантовой механики? Эта викторина проведет вас через 36 самых сложных вопросов из самых популярных викторин Britannica о естественных науках. Только лучшие викторины закончат его.

Практически все виды топлива, которые использует современное общество — газ, нефть и уголь — представляют собой накопленные формы энергии, полученные от Солнца в виде электромагнитного излучения миллионы лет назад. Только энергия ядерных реакторов не исходит от Солнца.

Повседневная жизнь пронизана искусственно созданным электромагнитным излучением: пища нагревается в микроволновых печах, самолеты управляются радиолокационными волнами, телевизоры принимают электромагнитные волны, передаваемые радиовещательными станциями, а инфракрасные волны обогревателей обеспечивают тепло. Инфракрасные волны также излучаются и принимаются камерами с автоматической самофокусировкой, которые в электронном виде измеряют и устанавливают правильное расстояние до объекта, который нужно сфотографировать. Как только солнце садится, включаются лампы накаливания или люминесцентные лампы для искусственного освещения, и города ярко светятся разноцветными люминесцентными и неоновыми лампами рекламных вывесок. Знакомо также ультрафиолетовое излучение, которое глаза не видят, но действие которого ощущается как боль от солнечного ожога. Ультрафиолетовый свет представляет собой разновидность электромагнитного излучения, которое может быть опасным для жизни. То же самое относится и к рентгеновским лучам, которые важны в медицине, поскольку позволяют врачам наблюдать за внутренними частями тела, но воздействие которых должно быть сведено к минимуму. Менее известны гамма-лучи, возникающие в результате ядерных реакций и радиоактивного распада и являющиеся частью вредного высокоэнергетического излучения радиоактивных материалов и ядерного оружия.