24: Mawimbi ya umeme
- Page ID
- 183924
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
Ni muhimu kutambua mwanzoni kwamba jambo la jumla la mawimbi ya umeme lilitabiriwa na nadharia kabla haijatambuliwa kuwa mwanga ni aina ya wimbi la umeme. Utabiri ulifanywa na James Clerk Maxwell katikati ya karne ya 19 alipoandaa nadharia moja inayochanganya madhara yote ya umeme na magnetic yaliyojulikana na wanasayansi wakati huo. “Mawimbi ya sumakuumeme” ilikuwa jina alilolipa kwa matukio nadharia yake ilivyotabiri.
- 24.0: Utangulizi wa Mawimbi ya umeme
- Hata zaidi ya kusisimua ni kwamba matukio haya yote mbalimbali sana ni maonyesho tofauti ya kitu kimoja—mawimbi ya sumakuumeme. (Angalia Mchoro 2.) Mawimbi ya umeme ni nini? Wameumbwaje, na wanasafiri vipi? Tunawezaje kuelewa na kuandaa mali zao tofauti sana? Uhusiano wao na madhara ya umeme na magnetic ni nini? Maswali haya na mengine yatafuatiliwa.
- 24.1: Equations ya Maxwell- Mawimbi ya umeme Yalitabiri na Kuzingatiwa
- Mawimbi ya umeme yanajumuisha kusonga mashamba ya umeme na magnetic na kueneza kwa kasi ya mwanga\(c\). Walitabiriwa na Maxwell, ambaye pia alionyesha kuwa\[c = \frac{1}{\sqrt{\mu_{0} \epsilon_{0}}},\] wapi\(mu_{0}\) upungufu wa nafasi ya bure na\(\epsilon_{0}\) ni permitivity ya nafasi ya bure. Utabiri wa Maxwell wa mawimbi ya sumakuumeme ulitokana na uundaji wake wa nadharia kamili na ya ulinganifu wa umeme na sumaku, inayojulikana kama equations ya Maxwell.
- 24.2: Uzalishaji wa Mawimbi ya umeme
- Mawimbi ya sumakuumeme yanaundwa na mashtaka ya oscillating (ambayo huangaza wakati wowote kasi) na kuwa na mzunguko sawa na oscillation. Kwa kuwa mashamba ya umeme na magnetic katika mawimbi mengi ya umeme ni perpendicular kwa mwelekeo ambao wimbi huenda, ni kawaida wimbi transverse. Nguvu za sehemu za umeme na magnetic za wimbi zinahusiana na\[\frac{E}{B} = c,\] ambayo ina maana kwamba uwanja wa magnetic\(B\) ni dhaifu sana kuhusiana na uwanja wa umeme\(E\).
- 24.3: Spectrum ya umeme
- Katika moduli hii tunachunguza jinsi mawimbi ya sumakuumeme yanavyoainishwa katika makundi kama vile redio, infrared, ultraviolet, na kadhalika, ili tuweze kuelewa baadhi ya kufanana kwao pamoja na baadhi ya tofauti zao. Tutaona pia kwamba kuna uhusiano mingi na mada yaliyojadiliwa hapo awali, kama vile wavelength na resonance.
- 24.4: Nishati katika mawimbi ya umeme
- Nishati iliyofanywa na wimbi lolote ni sawa na mraba wake wa amplitude. Kwa mawimbi ya umeme, hii inamaanisha kiwango kinaweza kuelezwa kama\[I_{ave} = \frac{c \epsilon_{0} E_{0}^{2}}{2},\] wapi\(I_{ave}\) kiwango cha wastani\(W/m^{2}\), na\(E_{0}\) ni nguvu ya juu ya shamba la umeme la wimbi la sinusoidal linaloendelea. Hii inaweza pia kuelezwa kwa suala la nguvu ya shamba la magnetic na kwa suala la mashamba yote ya umeme na magnetic.