Co to jest fala elektromagnetyczna.

Wiemy, że jednoimienne ładunki elektromagnetyczne się odpychają, a różno- imienne przyciągają. Jest to najprostszym dowodem na istnienie sił pola elektromagnetycznego. Wiemy też, że jednoimienne bieguny magnesu są od siebie odpychane a różnoimienne przyciągane co z kolei dowodzi, że istnieje pole magnetyczne. Niestety nikt jeszcze nie zna odpowiedzi na to pytanie: dlaczego tak się dzieje i skąd się biorą pola magnetyczne i elektryczne. Ale nie przeszkadza to ani trochę w praktycznym wykorzystaniu wspomnianych właściwości przyrody.

Przypomnijmy sobie co się dzieje w przestrzeni dookoła przewodnika w którym płynie prąd elektryczny. Otóż w otoczeniu wspomnianego przewodnika powstaje pole magnetyczne. Jest ono stosunkowo słabe, ale wystarczy nasz przewodnik ułożyć w kilkadziesiąt lub kilkaset zwojów tak, aby pole magnetyczne całego przewodnika skupić w jak najmniejszej przestrzeni (cewka) a natychmiast zauważymy, że możemy przyciągać drobne przedmioty metalowe.

W takim razie brniemy dalej i sprawdzamy co się stanie gdy w polu magnetycznym umieścimy przewodnik. A tu mamy niespodziankę. Nic się nie stanie. W pierwszej chwili wygląda to podejrzanie, to pole magnetyczne powinno dać prąd elektryczny. Ale gdyby tak było, to moglibyśmy produkować energię elektryczną całkowicie za darmo. Wystarczyło by postawić silny magnes stały obok dostatecznie dużej cewki i rozwiązać w ten prosty i tani sposób wszystkie problemy energetyczne jakie trapią ludzkość. Żeby z pola magnetycznego powstało pole elektryczne, musi być spełniony jeden z warunków. Albo pole magnetyczne musi zmienić swoje natężenie lub kierunek (transformator), albo nie zmieniając swego natężenia musi się to pole poruszać względem przewodnika (prądnica).

Ogólnie mówimy, że zmienne pole elektryczne powoduje powstawanie zmiennego pola magnetycznego. Takie zmienne pole elektromagnetyczne posiada pewną cenną właściwość, a mianowicie taką, że może rozchodzić się w przestrzeni z prędkością 300 000 km/sek czyli z prędkością światła. Pole takie będziemy nazywać dalej falą elektromagnetyczną, lub krócej radiową, albo jeszcze prościej falą.

Pozostaje teraz omówienie podstawowych parametrów, określających falę elektromagnetyczną. Jak wiemy fala powstaje z ciągłych przemian pola elektrycznego w pole magnetyczne i na odwrót. Koro przyjęliśmy założenie, że pole te są zmienne, musi to automatycznie oznaczać, że mamy maksima i minima natężenia danego pola.

Ilość takich momentów na sekundę , których nastąpi minimum względnie maksimum natężenia nazywamy częstotliwością drgań pola. Na cześć niemieckiego fizyka Herthza jednostką częstotliwości jest jeden Herc (w skrócie Hz) i odpowiada jednemu drgnieniu na sekundę.

Ponieważ w praktyce mamy do czynienia z drganiami o wiele szybszymi wprowadzono dalsze jednostki to jest : jeden Kiloherc (kHz) równy 1000 Hz, jeden Megaherc (MHz) równy 1000 000 Hz oraz jeden Gigaherc (GHz) równy 1000 000 000 Hz.

Teraz trzeba sobie wyobrażać dwa zjawiska naraz. Z jednej strony pole elektromagnetyczne drga (to znaczy zmienia się w czasie), a z drugiej przemieszcza się z prędkością światła. Widzimy, że w czasie jaki upłynął od jednego do kolejnego maksimum natężenia pola, drgania pola tworzące fale, wykonają określoną drogę. Droga ta na­zywana jest długością fali. Łatwo się domyślić, że istnieje ścisły zwią­zek między częstotliwością drgań a długością fali. Bo stwierdziliśmy już, że prędkość ruchu fali jest stała, zatem im drgania następują z większą częstotliwością, tym długość fali będzie mniejsza.

Jest jeszcze jeden parametr, dotyczący fali radiowej, który musimy poznać, gdyż będzie miał dla nas znaczenie praktyczne. Mówiąc o polu elektrycznym i magnetycznym nie wspomnieliśmy o tym, że skoro pole wywiera pewną siłę (a wie o tym każdy kto miał w ręku magnes) to istnieją linie sił, które mają określony kierunek. W przyrodzie tak się dzieje, iż zmienne pole elektryczne, które powstało ze zmiennego pola magnetycznego, ma linie sił prostopadłe do linii sił pola magnetycznego. Oczywiście zasada ta działa w obie strony. Mówimy wtedy o polaryzacji fali elektromagnetycznej. Specjaliści umówili się ze sobą żeby taką falę, w której linie sił pola elektrycznego są prostopadłe do płaszczyzny ziemi, nazywać falą o polaryzacji pionowej, natomiast falę w której linie sił pola elektrycznego będą równoległe do płaszczyzny ziemi, nazwać falą spolaryzowaną poziomo.

Skoro fala „potrafi” pokonywać przestrzeń, to jest oczywiste, że może służyć do przekazywania informacji, gdyż potrafimy wytworzyć dookoła przewodnika (antena nadawcza) falę elektromagnetyczną, która po pokonaniu przestrzeni i dojściu do celu będzie w stanie wzbudzić w przewodniku (antena odbiorcza) prąd elektryczny.

W dalszej części tego bloga zajmiemy się omawianiem praktycznych sposobów realizacji łączności.

 


Możliwość komentowania jest wyłączona.