24.0: Utangulizi wa Mawimbi ya umeme

Last updated
Save as PDF

Page ID: 183959

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Uzuri wa mwamba wa matumbawe, mionzi ya joto ya jua, kuumwa kwa kuchomwa na jua, eksirei inayofunua mfupa uliovunjika, hata bisi ya microwave —yote huletwa kwetu na mawimbi ya sumakuumeme. Orodha ya aina mbalimbali za mawimbi ya umeme, kuanzia mawimbi ya maambukizi ya redio hadi uzalishaji wa nyuklia wa\(\gamma\) gamma-ray (-ray), ni ya kuvutia yenyewe.

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.

Picha inayoonyesha samaki wengi wa rangi ya machungwa na rangi ya bluu, kuogelea juu ya mwamba wa matumbawe katika maji ya bluu ya Ghuba ya Eilat. — Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Macho ya binadamu kuchunguza haya ya machungwa “bahari goldie” samaki kuogelea juu ya mwamba wa matumbawe katika maji ya bluu ya Ghuba ya Eilat (Red Sea) kwa kutumia mwanga inayoonekana. (mikopo: Daviddarom, Wikimedia Commons)

TAHADHARI MBAYA: SAUTI MAWIMBI VS. MAWIMBI YA REDIO

Watu wengi huchanganya mawimbi ya sauti na mawimbi ya redio, aina moja ya wimbi la umeme (EM). Hata hivyo, mawimbi ya sauti na redio ni matukio tofauti kabisa. Sauti inajenga tofauti za shinikizo (mawimbi) katika suala, kama vile hewa au maji, au eardrum yako. Kinyume chake, mawimbi ya redio ni mawimbi ya sumakuumeme, kama mwanga unaoonekana, infrared, ultraviolet, X-rays, Mawimbi ya EM hayana haja ya kati ambayo yanaeneza; yanaweza kusafiri kupitia utupu, kama vile anga la nje.

Redio inafanya kazi kwa sababu mawimbi ya sauti yaliyochezwa na D.J. kwenye kituo cha redio hubadilishwa kuwa mawimbi ya sumakuumeme, kisha encoded na kupitishwa katika masafa ya redio. Redio katika gari lako inapokea mawimbi ya redio, huamua habari, na hutumia msemaji kuibadilisha tena kwenye wimbi la sauti, kuleta muziki mzuri kwa masikio yako.

Kugundua jambo jipya

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.

Antenna kubwa, pande zote sahani inaonekana kama sahani kubwa nyeupe inavyoonyeshwa. Inakaa juu ya muundo wa umbo la nguzo na mfumo wa kufuatilia unaoweza kuhamia ambayo inaruhusu kuelekea kitu cha lengo, kutuma mawimbi ya sumakuumeme, na kukusanya ishara zozote zinazotoka kwenye kitu kilicholengwa. — Kielelezo\(\PageIndex{2}\): mawimbi ya sumakuumeme kutumwa na kupokea na hii 50-mguu rada sahani antenna katika Kennedy Space Center katika Florida hazionekani, lakini kusaidia kufuatilia expensable uzinduzi magari na high-defin Matumizi ya kwanza ya sahani hii ya C-bendi ya rada ilikuwa kwa ajili ya uzinduzi wa roketi ya Atlas V kutuma uchunguzi wa New Horizons kuelekea Pluto. (mikopo: NASA)

Utabiri huo wa kinadharia unaofuatiwa na ukaguzi wa majaribio ni dalili ya nguvu ya sayansi kwa ujumla, na fizikia hasa. Uunganisho wa msingi na umoja wa fizikia huruhusu akili fulani kubwa kutatua puzzles bila kuwa na vipande vyote. Utabiri wa mawimbi ya umeme ni mojawapo ya mifano ya kuvutia zaidi ya nguvu hii. Baadhi ya wengine, kama vile utabiri wa antimatter, watajadiliwa katika modules baadaye.