ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોનો પ્રચાર

1864 માં, જેમ્સ ક્લર્ક મેક્સવેલે અવકાશમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોની સંભાવનાની આગાહી કરી હતી. તેમણે આ દાવો તે સમયે વિદ્યુત અને ચુંબકત્વને લગતા તમામ પ્રાયોગિક ડેટાના પૃથ્થકરણમાંથી મેળવેલા નિષ્કર્ષના આધારે કર્યો હતો.

મેક્સવેલે ગાણિતિક રીતે ઈલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય ઘટનાને જોડતા ઈલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના નિયમોને જોડ્યા અને આ રીતે તે નિષ્કર્ષ પર આવ્યા કે ઈલેક્ટ્રિક અને મેગ્નેટિક ફિલ્ડ, જે સમય સાથે બદલાય છે, એકબીજાને ઉત્પન્ન કરે છે.

શરૂઆતમાં, તેણે એ હકીકત પર ભાર મૂક્યો કે ચુંબકીય અને ઇલેક્ટ્રિક ઘટના વચ્ચેનો સંબંધ સપ્રમાણ નથી અને તેણે "એડી ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ" શબ્દ રજૂ કર્યો, જે ફેરાડે દ્વારા શોધાયેલ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શનની ઘટનાની સાચી નવી સમજૂતી આપે છે: "ચુંબકીયમાં દરેક ફેરફાર ક્ષેત્ર બળની બંધ રેખાઓ સાથે વમળ ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની આસપાસની જગ્યામાં દેખાવ તરફ દોરી જાય છે”.

મેક્સવેલના મતે, "બદલતું વિદ્યુત ક્ષેત્ર આસપાસની જગ્યામાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરે છે" એ વિપરીત વિધાન પણ સાચું છે, પરંતુ આ વિધાન શરૂઆતમાં માત્ર એક પૂર્વધારણા જ રહ્યું.

મેક્સવેલે ગાણિતિક સમીકરણોની એક સિસ્ટમ લખી જે ચુંબકીય અને વિદ્યુત ક્ષેત્રોના પરસ્પર પરિવર્તનના નિયમોનું સતત વર્ણન કરે છે, આ સમીકરણો પાછળથી ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના મૂળભૂત સમીકરણો બની ગયા અને મહાન વૈજ્ઞાનિકના માનમાં "મેક્સવેલના સમીકરણો" તરીકે ઓળખાવા લાગ્યા. તેમને નીચે. મેક્સવેલની પૂર્વધારણા, લેખિત સમીકરણોના આધારે, વિજ્ઞાન અને ટેક્નોલોજી માટે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ એવા કેટલાંક તારણો ધરાવે છે, જે નીચે પ્રસ્તુત છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો અસ્તિત્વમાં છે

ટ્રાંસવર્સ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો અવકાશમાં અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે જે સમય જતાં ફેલાય છે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર… તરંગો ટ્રાંસવર્સ છે તે હકીકત એ હકીકત દ્વારા બતાવવામાં આવે છે કે ચુંબકીય ઇન્ડક્શન B અને ઇલેક્ટ્રીક ક્ષેત્રની તાકાત E ના વેક્ટર પરસ્પર લંબ છે અને બંને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગના પ્રસારની દિશામાં કાટખૂણે સ્થિત છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો મર્યાદિત ગતિએ પ્રચાર કરે છે

આપેલ પદાર્થમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના પ્રસારની ગતિ મર્યાદિત હોય છે અને તે પદાર્થના વિદ્યુત અને ચુંબકીય ગુણધર્મો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે જેના દ્વારા તરંગ પ્રસરે છે. આ કિસ્સામાં sinusoidal તરંગ λ ની લંબાઈ ચોક્કસ ચોક્કસ ગુણોત્તર λ = υ/f સાથે ઝડપ υ સાથે સંબંધિત છે અને તે ક્ષેત્રના ઓસિલેશનની આવર્તન f પર આધાર રાખે છે. શૂન્યાવકાશમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગની ઝડપ c એ મૂળભૂત ભૌતિક સ્થિરાંકોમાંથી એક છે - શૂન્યાવકાશમાં પ્રકાશની ગતિ.

કારણ કે મેક્સવેલે જણાવ્યું હતું કે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના પ્રસારની ગતિ મર્યાદિત છે, આના કારણે તેમની પૂર્વધારણા અને તે સમયે સ્વીકારવામાં આવેલા લાંબા અંતર પરની ક્રિયાના સિદ્ધાંત વચ્ચે વિરોધાભાસ સર્જાયો હતો, જે મુજબ તરંગોના પ્રસારની ગતિ અનંત હોવાનું માનવામાં આવતું હતું. તેથી, મેક્સવેલના સિદ્ધાંતને ટૂંકા અંતરની ક્રિયાનો સિદ્ધાંત કહેવામાં આવે છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ એ ઇલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર છે જે પરસ્પર એકબીજામાં પરિવર્તિત થાય છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગમાં, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર અને ચુંબકીય ક્ષેત્રનું એકબીજામાં રૂપાંતર એક જ સમયે થાય છે, તેથી ચુંબકીય અને વિદ્યુત ઊર્જાની વોલ્યુમ ઘનતા એકબીજાની સમાન હોય છે. તેથી, તે સાચું છે કે મોડ્યુલી વિદ્યુત ક્ષેત્રની શક્તિ અને ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઇન્ડક્શન નીચેના જોડાણ દ્વારા અવકાશમાં કોઈપણ બિંદુએ એકબીજા સાથે સંબંધિત છે:

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો ઊર્જા વહન કરે છે

તેના પ્રસારની પ્રક્રિયામાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાનો પ્રવાહ બનાવે છે, અને જો આપણે તરંગના પ્રસારની દિશાને લંબરૂપ સમતલમાં વિસ્તારને ધ્યાનમાં લઈએ, તો ચોક્કસ માત્રામાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જા તેમાંથી પસાર થશે. ટૂંકા સમય ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જા પ્રવાહ ઘનતા એ એકમ સમય દીઠ એકમ વિસ્તાર દીઠ સપાટી પર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ દ્વારા વહન કરવામાં આવતી ઊર્જાનો જથ્થો છે. વેગના મૂલ્યો, તેમજ ચુંબકીય અને વિદ્યુત ઊર્જાને બદલીને, E અને B ની માત્રાના સંદર્ભમાં પ્રવાહ ઘનતા માટે અભિવ્યક્તિ પ્રાપ્ત કરવી શક્ય છે.

પોઇંટિંગ વેક્ટર - તરંગના ઊર્જા પ્રવાહનું વેક્ટર

તરંગ ઊર્જાના પ્રસારની દિશા તરંગના પ્રસારના વેગની દિશા સાથે એકરુપ હોવાથી, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગમાં પ્રસરણ થતો ઊર્જા પ્રવાહ તરંગના પ્રસારના વેગની જેમ જ નિર્દેશિત વેક્ટરનો ઉપયોગ કરીને સેટ કરી શકાય છે. આ વેક્ટરને "પોઇન્ટિંગ વેક્ટર" કહેવામાં આવે છે - બ્રિટીશ ભૌતિકશાસ્ત્રી હેનરી પોઇન્ટિંગના માનમાં, જેમણે 1884 માં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રના ઊર્જા પ્રવાહના પ્રસારનો સિદ્ધાંત વિકસાવ્યો હતો. વેવ એનર્જી ફ્લક્સ ડેન્સિટી W/m2 માં માપવામાં આવે છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો શરીરની સામે દબાય છે જે તેમને પ્રતિબિંબિત કરે છે અથવા શોષી લે છે

જ્યારે વિદ્યુત ક્ષેત્ર પદાર્થ પર કાર્ય કરે છે, ત્યારે તેમાં નાના પ્રવાહો દેખાય છે, જે ઇલેક્ટ્રિકલી ચાર્જ થયેલા કણોની ક્રમબદ્ધ હિલચાલ છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં આ પ્રવાહો એમ્પીયર બળની ક્રિયાને આધિન છે, જે પદાર્થમાં ઊંડે સુધી નિર્દેશિત થાય છે. પરિણામે, એમ્પીયરનું બળ દબાણ પેદા કરે છે.

આ ઘટના પાછળથી, 1900 માં, રશિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી પ્યોટર નિકોલાયેવિચ લેબેડેવ દ્વારા પ્રયોગમૂલક રીતે તપાસ અને પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી, જેમનું પ્રાયોગિક કાર્ય મેક્સવેલના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિઝમના સિદ્ધાંત અને ભવિષ્યમાં તેની સ્વીકૃતિ અને મંજૂરીની પુષ્ટિ કરવામાં ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ હતું.

હકીકત એ છે કે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગ દબાણ કરે છે તે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રમાં યાંત્રિક આવેગની હાજરીનો અંદાજ લગાવવાનું શક્ય બનાવે છે, જે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાની વોલ્યુમેટ્રિક ઘનતા અને શૂન્યાવકાશમાં તરંગના પ્રસારની ગતિ દ્વારા એકમ વોલ્યુમ દીઠ વ્યક્ત કરી શકાય છે:

વેગ એ સમૂહની હિલચાલ સાથે સંબંધિત હોવાથી, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક માસ તરીકે આવા ખ્યાલને રજૂ કરવું શક્ય છે, અને પછી એકમ વોલ્યુમ માટે આ ગુણોત્તર (એસટીઆર અનુસાર) પ્રકૃતિના સાર્વત્રિક નિયમનું પાત્ર ધારણ કરશે અને તે માન્ય રહેશે. પદાર્થના સ્વરૂપને ધ્યાનમાં લીધા વિના કોઈપણ ભૌતિક સંસ્થાઓ માટે. પછી ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર ભૌતિક શરીર જેવું જ છે - તેમાં ઊર્જા W, માસ m, મોમેન્ટમ p અને ટર્મિનલ વેગ v છે. એટલે કે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર એ ખરેખર પ્રકૃતિમાં અસ્તિત્વમાં રહેલા પદાર્થના સ્વરૂપોમાંથી એક છે.

મેક્સવેલના સિદ્ધાંતની અંતિમ પુષ્ટિ

1888 માં પ્રથમ વખત, હેનરિક હર્ટ્ઝે પ્રાયોગિક રીતે મેક્સવેલના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સિદ્ધાંતની પુષ્ટિ કરી. તેમણે અનુભવપૂર્વક ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોની વાસ્તવિકતા સાબિત કરી અને વિવિધ માધ્યમોમાં વક્રીભવન અને શોષણ, તેમજ ધાતુની સપાટી પરથી તરંગોના પ્રતિબિંબ જેવા તેમના ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કર્યો.

હર્ટ્ઝ તરંગલંબાઇને માપે છે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન, અને બતાવ્યું કે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગના પ્રસારની ઝડપ પ્રકાશની ઝડપ જેટલી છે. હર્ટ્ઝનું પ્રાયોગિક કાર્ય મેક્સવેલના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સિદ્ધાંતની સ્વીકૃતિ તરફનું અંતિમ પગલું હતું. સાત વર્ષ પછી, 1895 માં, રશિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી એલેક્ઝાન્ડર સ્ટેપનોવિચ પોપોવે વાયરલેસ સંચાર બનાવવા માટે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોનો ઉપયોગ કર્યો.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો માત્ર પ્રવેગિત મૂવિંગ ચાર્જ દ્વારા ઉત્તેજિત થાય છે

ડાયરેક્ટ કરંટ સર્કિટ્સમાં, ચાર્જ સતત ગતિએ આગળ વધે છે અને આ કિસ્સામાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો અવકાશમાં ઉત્સર્જિત થતા નથી. રેડિયેશન થાય તે માટે, એન્ટેનાનો ઉપયોગ કરવો જરૂરી છે જેમાં વૈકલ્પિક પ્રવાહો, એટલે કે પ્રવાહો. જે ઝડપથી તેમની દિશા બદલી નાખે છે, ઉત્સાહિત થઈ જશે.

તેના સૌથી સરળ સ્વરૂપમાં, નાના કદનો ઇલેક્ટ્રિક દ્વિધ્રુવ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો ફેલાવવા માટે યોગ્ય છે જ્યાં દ્વિધ્રુવ ક્ષણ સમય સાથે ઝડપથી બદલાશે. આવા દ્વિધ્રુવને આજે "હર્ટ્ઝિયન દ્વિધ્રુવ" કહેવામાં આવે છે, જેનું કદ તે જે તરંગલંબાઇ બહાર કાઢે છે તેના કરતા અનેક ગણું નાનું છે.

જ્યારે હર્ટ્ઝિયન દ્વિધ્રુવમાંથી ઉત્સર્જિત થાય છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાનો મહત્તમ પ્રવાહ દ્વિધ્રુવની ધરી પર લંબરૂપ પ્લેન પર પડે છે. દ્વિધ્રુવની ધરી સાથે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાનું કોઈ રેડિયેશન નથી. હર્ટ્ઝના સૌથી મહત્વપૂર્ણ પ્રયોગોમાં, પ્રાથમિક દ્વિધ્રુવોનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના અસ્તિત્વને સાબિત કરવા અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો મેળવવા બંને માટે કરવામાં આવ્યો હતો.