Elektromagnit to'lqinlar

Elektromagnit to‘lqinlar (electromagnetic waves) dastlab Jeyms Klerk Maksvell (James Clerk Maxwell) tomonidan nazariy jihatdan ilgari surilgan va keyinchalik Genrix Gerts (Heinrich Hertz) tomonidan tajriba yo‘li bilan tasdiqlangan. Elektromagnit to‘lqinlar elektr maydon va magnit maydon o‘rtasidagi tebranishlar natijasida hosil bo‘ladi. Ushbu maqolada elektromagnit to‘lqinlarning ta’rifi va hosil bo‘lishi, shuningdek, ularning grafik va matematik ifodalanishlari batafsil ko‘rib chiqiladi.

Elektromagnit to‘lqinlar nima?

Elektromagnit to‘lqinlar EM to‘lqinlar (EM waves) deb ham ataladi. Elektromagnit nurlanish (electromagnetic radiations) elektr maydon magnit maydon bilan o‘zaro ta’sirga kirishganda hosil bo‘ladigan elektromagnit to‘lqinlardan tashkil topadi. Boshqacha aytganda, elektromagnit to‘lqinlar tebranib (o‘zgarib) turuvchi elektr va magnit maydonlarning birikmasidir. Elektromagnit to‘lqinlar elektrodinamikaning asosiy tenglamalari bo‘lgan Maksvell tenglamalarining (Maxwell’s equations) yechimlaridir.

Elektromagnit to‘lqinlar qanday hosil bo‘ladi?

Odatda elektr maydon zaryadlangan zarracha tomonidan hosil qilinadi. Bu elektr maydon boshqa zaryadlangan zarrachalarga kuch ta’sir ettiradi. Musbat zaryadlar maydon yo‘nalishi bo‘ylab tezlanadi, manfiy zaryadlar esa maydon yo‘nalishiga teskari tomonga tezlanadi.
Magnit maydon harakatlanayotgan zaryadlangan zarracha tomonidan hosil qilinadi. Bu magnit maydon boshqa harakatlanayotgan zarrachalarga ham kuch ta’sir ettiradi. Ushbu zaryadlarga ta’sir qiluvchi kuch (force) har doim ularning tezligi yo‘nalishiga perpendikulyar bo‘lgani uchun, u faqat tezlikning yo‘nalishini o‘zgartiradi, ammo tezlik qiymatini (modulini) o‘zgartirmaydi.
Demak, elektromagnit maydon tezlanayotgan zaryadlangan zarracha tomonidan hosil qilinadi. Elektromagnit to‘lqinlar — bu yorug‘lik tezligi c bilan erkin fazo orqali tarqalayotgan elektr va magnit maydonlardir, xolos. Tezlanayotgan zaryadlangan zarracha deganda, zaryadlangan zarrachaning muvozanat holati (equilibrium position) atrofida tebranishi tushuniladi. Agar zaryadlangan zarrachaning tebranish chastotasi f bo‘lsa, u holda u chastotasi f bo‘lgan elektromagnit to‘lqin hosil qiladi. Bu to‘lqinning to‘lqin uzunligi λ quyidagicha beriladi: λ = c/f. Elektromagnit to‘lqinlar fazo orqali energiyani uzatadi.

Elektromagnit to‘lqinlarning grafik tasviri

Elektromagnit to‘lqinlar sinusoidal grafik ko‘rinishida tasvirlanadi. U vaqt bo‘yicha o‘zgarib turuvchi elektr va magnit maydonlardan iborat bo‘lib, bu maydonlar bir-biriga perpendikulyar hamda to‘lqinning tarqalish yo‘nalishiga (propagation of waves) ham perpendikulyardir. Elektromagnit to‘lqinlar tabiatiga ko‘ra ko‘ndalang (transverse) to‘lqinlardir. To‘lqinning eng yuqori nuqtasi cho‘qqi (crest), eng past nuqtasi esa botiq (trough) deb ataladi. Vakuumda to‘lqinlar 3 x 10⁸ m.s^-1 doimiy tezlik bilan tarqaladi.

Elektromagnit to‘lqinning matematik ifodasi

x yo‘nalishida tarqalayotgan tekis (plane) elektromagnit to‘lqin quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi

Elektromagnit to‘lqinda E — elektr maydon vektori, B — magnit maydon vektori.

Maksvell elektromagnit nurlanish (electromagnetic radiations) haqidagi asosiy g‘oyani bergan, Gerts esa elektromagnit to‘lqin mavjudligini tajriba yo‘li bilan tasdiqlagan.

Elektromagnit to‘lqinning tarqalish yo‘nalishi elektr maydon va magnit maydonning vektor ko‘paytmasi (vector cross product) orqali aniqlanadi. U quyidagicha beriladi:

Elektromagnit to‘lqin tenglamasi

Elektromagnit to‘lqin tenglamasi elektromagnit to‘lqinlarning vakuumda yoki muhit orqali tarqalishini tasvirlaydi.
Elektromagnit to‘lqin tenglamasi ikkinchi tartibli xususiy hosilali differensial tenglamadir (second-order partial differential equation).
U to‘lqin tenglamasining 3D (uch o‘lchovli) ko‘rinishidir.
Tenglamaning bir jinsli (homogeneous) ko‘rinishi quyidagicha yoziladi

Bu yerda,

Elektromagnit to‘lqinning intensivligi

Erkin fazoda elektromagnit to‘lqinlar tezligi

U quyidagicha beriladi

Bu yerda,

absolyut magnit singdiruvchanlik (absolute permeability) deb ataladi. Uning qiymati

absolyut dielektrik o‘tkazuvchanlik (absolute permittivity) deb ataladi. Uning qiymati

C — vakuumdagi yorug‘lik tezligi = erkin fazoda elektromagnit to‘lqinlar tezligi =

Elektromagnit spektr

Elektromagnit to‘lqinlar ularning chastotasi f ga yoki to‘lqin uzunligiga ko‘ra tasniflanadi

Turli yorug‘lik turlarining to‘lqin uzunligi diapazonlari quyidagicha:

Ko‘rinadigan yorug‘lik uchun — taxminan 400 nm dan taxminan 700 nm gacha

Binafsha yorug‘lik uchun — taxminan 400 nm

Qizil yorug‘lik uchun — taxminan 700 nm

Yana ko‘proq ma’lumotlar uchun BYJU’S bilan birga bo‘ling va o‘rganishni sevib qoling.

Elektromagnit to‘lqinlarning qo‘llanilishi

Quyida elektromagnit to‘lqinlarning ayrim qo‘llanilishlari keltirilgan:

Elektromagnit nurlanish vakuumda, ya’ni umuman muhit bo‘lmasa ham, energiyani uzata oladi.
Elektromagnit to‘lqinlar aloqa texnologiyalarida juda muhim rol o‘ynaydi.
Elektromagnit to‘lqinlar RADARlarda (RADARS) qo‘llaniladi.
Ultrabinafsha (UV) nurlar qalbaki banknotlarni aniqlashda ishlatiladi. Haqiqiy banknotlar UV nuri ostida lyuminestsensiya (fluorescent) bermaydi.
Infraqizil nurlanish (infrared radiation) tungi ko‘rish (night vision) uchun ishlatiladi va xavfsizlik kameralarida qo‘llaniladi.

Ko‘p beriladigan savollar

Elektromagnit to‘lqinning tarqalayotgan muhitiga bog‘liq bo‘lgan xossasini ayting.

Elektromagnit to‘lqinning tezligi (velocity) — u qaysi muhitda tarqalayotganiga bog‘liq bo‘lgan xossadir. Chastota (frequency), davr (time period) va to‘lqin uzunligi (wavelength) kabi boshqa xossalar esa to‘lqinni hosil qilayotgan manbaga bog‘liq bo‘ladi.

Chastotasi 2.5 x 10¹⁴ Hz bo‘lgan infraqizil yorug‘lik fotonining to‘lqin uzunligi qancha?

Infraqizil yorug‘lik elektromagnit spektrning bir qismi bo‘lgani uchun to‘lqin uzunligi, chastota va tezlik orasidagi bog‘lanish quyidagi formula bilan beriladi:

Consider c = 3 x 10⁸ m.s^-1.
Substituting the values, we get wavelength = 1.2 x 10^-6m.

Berilgan gap to‘g‘rimi yoki noto‘g‘ri: Radioto‘lqinlar va rentgen nurlari (X-rays) elektromagnit spektrga kiradi va bir xil tezlikda harakatlana oladi.

Berilgan gap to‘g‘ri. Elektromagnit spektrdagi istalgan to‘lqin yorug‘likning doimiy tezligida tarqaladi. Chastota, energiya va to‘lqin uzunligi kabi boshqa xossalar esa to‘lqin turiga va uni hosil qilayotgan manbaga qarab farq qiladi. Ammo tezlik o‘zgarmas qoladi.

Nega fotonlar yorug‘lik tezligida harakatlana oladi, boshqa zarrachalar esa bunday qila olmaydi?

Fotonlar yorug‘lik tezligida harakatlana oladi, boshqa zarrachalar esa yo‘q, chunki fotonlarning massasi yo‘q.

Berilgan gap to‘g‘rimi yoki noto‘g‘ri: Aniqlikni oshirish uchun yuqori chastotali tarqalish (high frequency propagation) qo‘llaniladi.

Berilgan gap to‘g‘ri. Haqiqatan ham, aniqlikni oshirish uchun tarqalish chastotasi yuqori bo‘lishi kerak.

Elektromagnit to‘lqinlarning tarqalish ketma-ketligi qanday?

Elektromagnit to‘lqinlarning tarqalish ketma-ketligi: hosil bo‘lish (generation), tarqalish (propagation), qaytish (reflection) va qabul qilish (reception).