Πώς ένα φορτισμένο σωματίδιο παράγει ένα κύμα EM;
Η θεμελιώδης αρχή
Το κλειδί είναι ότι τα επιταχυνόμενα φορτισμένα σωματίδια δημιουργούν μεταβαλλόμενα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Αυτά τα μεταβαλλόμενα πεδία, με τη σειρά τους, παράγουν ο ένας τον άλλον, διαδίδοντας προς τα έξω ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα.
Η διαδικασία
1. φορτισμένο σωματίδιο σε ηρεμία: Ένα σταθερό φορτισμένο σωματίδιο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο γύρω από αυτό. Αυτό το πεδίο είναι στατικό, που σημαίνει ότι δεν αλλάζει με το χρόνο.
2. Επιτάχυνση: Όταν το φορτισμένο σωματίδιο επιταχύνει (αλλάζει την ταχύτητά του), οι γραμμές ηλεκτρικού πεδίου γύρω από αυτό αρχίζουν να "παραμορφώνουν" και "κυματισμό". Αυτή η παραμόρφωση αντιπροσωπεύει ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο.
3. Δημιουργία μαγνητικού πεδίου: Σύμφωνα με τον νόμο επαγωγής του Faraday, ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο προκαλεί ένα μαγνητικό πεδίο. Αυτό το επαγόμενο μαγνητικό πεδίο είναι κάθετο στο μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο και επίσης ποικίλλει ανάλογα με το χρόνο.
4. Δημιουργία ηλεκτρικού πεδίου: Το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, με τη σειρά του, δημιουργεί ένα μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο (νόμος του Ampère), το οποίο είναι κάθετο τόσο στο μαγνητικό πεδίο όσο και στην αρχική κατεύθυνση της επιτάχυνσης.
5. Αυτοκρατοζόμενο κύμα: Αυτή η αλληλεπίδραση μεταξύ των μεταβαλλόμενων ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων συνεχίζεται, δημιουργώντας ένα αυτοσυντηρούμενο κύμα που διαδίδεται προς τα έξω από το επιταχυνόμενο φορτίο με την ταχύτητα του φωτός. Το κύμα είναι εγκάρσιο, που σημαίνει ότι τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία ταλαντεύονται κάθετα προς την κατεύθυνση της διάδοσης των κυμάτων.
Βασικά σημεία
* Η επιτάχυνση είναι απαραίτητη: Μόνο επιτάχυνση φορτισμένων σωματιδίων παράγουν EM κύματα. Ένα φορτισμένο σωματίδιο που κινείται με σταθερή ταχύτητα δεν ακτινοβολεί.
* Συχνότητα και ενέργεια: Η συχνότητα του κύματος EM σχετίζεται άμεσα με τη συχνότητα της επιτάχυνσης του φορτισμένου σωματιδίου. Οι υψηλότερες επιταχύνσεις συχνότητας παράγουν κύματα υψηλότερης συχνότητας (π.χ. ακτίνες γάμμα) και αντίστροφα (π.χ. ραδιοκύματα).
* πόλωση: Η κατεύθυνση των ταλαντώσεων του ηλεκτρικού πεδίου καθορίζει την πόλωση του κύματος EM.
Παραδείγματα
* Ραδιοφωνικές κεραίες: Το εναλλασσόμενο ρεύμα σε ένα καλώδιο κεραίας δημιουργεί ένα περιοδικά επιταχυνόμενο φορτίο, παράγοντας ραδιοκύματα.
* Φως εκπομπή: Τα ηλεκτρόνια σε μετάβαση των ατόμων μεταξύ των επιπέδων ενέργειας, η επιτάχυνση και η εκπομπή φωτονίων ελαφρών (EM).
* ακτινογραφίες: Τα ηλεκτρόνια που χτυπούν έναν μεταλλικό στόχο υφίστανται ταχεία επιβράδυνση, δημιουργώντας ακτίνες Χ.
Επιτρέψτε μου να ξέρω αν θέλετε να εξερευνήσετε κάποιο από αυτά τα παραδείγματα με περισσότερες λεπτομέρειες!
