Электромагнитные волны играют важную роль в нашей жизни. От радиоволн до видимого света - все это проявления единого физического явления.
Основные понятия и определения
Электромагнитная волна представляет собой распространяющееся в пространстве поперечное возмущение электрических и магнитных полей. Она характеризуется двумя основными параметрами:
- Частотой (ν) - количеством колебаний волны в единицу времени, измеряется в герцах (Гц).
- Длиной волны (λ) - расстоянием между соседними одинаковыми точками двух последовательных колебаний, измеряется в метрах.
Между частотой и длиной волны существует простая обратная зависимость: чем выше частота, тем короче длина волны и наоборот. Для электромагнитных волн в вакууме эта связь выражается формулой:
λ = c / ν
где c - скорость света (около 300 000 км/с). При распространении в различных средах (вода, стекло, воздух и т.д.) скорость волн уменьшается, соответственно длина волны также становится короче.
Длина волны и частота волны
В зависимости от частоты или длины волны различают разные диапазоны электромагнитного излучения, каждый из которых имеет свои особенности распространения и практического использования:
| Вид излучения | Длина волны | Частота | Применение |
| Радиоволны | от 100 км | от 3 кГц | связь и радиовещание |
| Микроволны | от 1 мм до 1 м | от 300 ГГц до 300 МГц | СВЧ-техника, радары |
| Инфракрасное | от 740 нм до 1 мм | от 405 ТГц до 300 ГГц | тепловидение, спектроскопия |
| Видимый свет | от 380 до 740 нм | от 405 до 790 ТГц | освещение, зрение |
| Ультрафиолет | от 10 до 380 нм | от 790 ТГц до 30 ПГц | стерилизация, люминесценция |
Как найти частоту и длину волны
Для нахождения частоты или длины волны по известной длине или частоте соответственно можно воспользоваться приведенной выше формулой связи:
Например, если известна длина волны λ = 2 метра, рассчитаем соответствующую частоту:
ν = с / λ = 300000 км/с / 2 м = 150 000 000 Гц = 150 МГц
Или наоборот, при частоте волны 500 кГц можно найти длину:
λ = с / ν = 300000 км/с / 500 000 Гц = 600 м
Таким образом, зная один из параметров волны, второй можно легко вычислить, используя простую формулу для волн в вакууме.
Для практических измерений параметров реальных электромагнитных волн используется целый набор различных методов.
Измерение параметров волн
Для практических измерений параметров реальных электромагнитных волн используется целый набор различных методов в зависимости от диапазона длин волн:
Радиодиапазон
В радиодиапазоне измерение длины волны основано на явлении интерференции. Используются различные интерферометры с известным базовым расстоянием между антеннами. По характеру интерференционной картины определяют значение λ.
Для замера частоты радиоволн применяют высокоточные электронные частотомеры, основанные на подсчете колебаний за фиксированный промежуток времени.
Оптический диапазон
"длина волны и частота волны" оптического излучения измеряется с помощью дифракционных решеток или интерферометров. Частота определяется по спектрам поглощения или испускания веществ.
Погрешности измерений
Точность определения длины и частоты волн зависит от многих факторов:
- качества приборов и условий эксперимента;
- наличия помех и шумов;
- однородности исследуемого излучения и среды его распространения.
Поэтому на практике всегда имеет место некоторая погрешность результатов.
Выбор метода измерений
При выборе конкретного метода определения длины или частоты волн нужно учитывать:
- Диапазон исследуемого излучения;
- Требуемую точность;
- Условия эксперимента и наличие оборудования.
Это позволит выбрать оптимальный способ измерений параметров конкретной электромагнитной волны.
