Elektromagnit to'lqinlar

Bizni o’rab olgan butun fazodan elektromagnit nurlanishlar o’tadi. Quyosh, bizni o’rab olgan jismlar, radiostansiya va televizion uzatkichlar antennalari elektromagnit to’lqinlarni tarqatadi, ular tebranish chastotalariga qarab turlicha ataladi: radioto’lqinlar, infraqizil nurlanish, ko’rinadigan yorug’lik, rentgen nurlari (1- rasm). Bu behisob energiya oqimi atom va molekulalar elektr zaryadlarining tebranishlarini hosil qiladi. Agar zaryad tebranib tursa, u tezlanish bilan harakatlanayotgan bo’ladi, demak, elektromagnit to’lqinlar chiqaradi. O’zgaruvchi induktsiya oqimi uyurma elektr maydonni, u esa o’z navbatida uyurma magnit maydonni uyg’otadi. Bu jarayon birin-ketin fazoning hamma nuqtalarini qamraydi. Tarqalayotgan elektromagnit maydonga elektromagnit to’lqin deyiladi. Uning vakuumdagi tarqalish tezligi s = 299 792 458 ± 1,2 m/s. 1860 yillarda ingliz olimi J. Maksvell yaratgan elektromagnit maydon nazariyasi shunday xulosaga olib keladi. Maksvelldan keyin tez orada nemis olimi G. Gers elektromagnit to’lqinlarning mavjudligini tajribada isbotladi. Uning ixtiyorida juda oddiy qurollar: yuqori kuchlanishlar manbai va vibratorlar havo bilan ajratilgan metall sterjen juftlari bor edi. Hozir Gersning shunday oddiy apparatlar yordamida elektromagnit to’lqinlarning tarqalish tezliklarini o’lchashni ham o’z ichiga olgan juda nozik tajribalarni o’tkaza olganligiga ishonish qiyin.

Vibrator havo oralig’ini teshib o’tishi uchun zarur bo’lgan kuchlanishgacha zaryadlangan. Teshib o’tish paytida vibratorda elektromagnit tebranishlar hosil bo’lgan, ular vibratorning elektr energiyasi elektromagnit nurlanishga va o’tkazgichning qizishiga sarflanib bo’lishiga qarab so’ngan. Nurlanish kichik oraliqni teshib o’tadigan qabul qiluvchi vibrator bilan qayd qilingan. Qabul qiluvchi va tarqatuvchi vibratorlar bir xil xususiy tebranishlar chastotasiga ega bo’lgan. Shuning uchun tarqalayotgan elektromagnit to’lqin qabul qiluvchi vibratorda katta amplitudali rezonans tebranishlarni uyg’otgan va uning o’tkazgichlari oralig’ida teshilish yuz bergan mayda uchqunlar hosil bo’lgan. Bu uchqunlarga qarab qabul qiluvchi qurilmadagi elektromagnit nurlanish intensivligi to’g’risida fikr yuritish mumkin bo’lgan.

 

Gers nurlanishni katta metall taxtaga yo’naltirgan. Tushayotgan va qaytayotgan  va  yugurma to’lqinlar qo’shilib,  turg’un to’lqinni hosil qilgan. Qabul qiluvchi vibratorni siljitib, Gers A va V turg’un to’lqinlarning do’ngliklarini topdi, ular orasidagi masofa l ni o’lchadi va to’lqin uzunligi λ=2l ni aniqladi. Vibrator elementlarining geometrik o’lchamlari bo’yicha uning sig’imi va induktivligini, demak, nurlanayotgan to’lqinlar chastotasiga teng bo’lgan xususiy tebranishlar chastotasini ham hisoblash mumkin. Xuddi shuni Gers qildi, so’ngra elektromagnit to’lqinlarning tarqalish tezligi c=vλ ni aniqladi. Shunday qilish, yorug’lik tezligiga teng kattalik olindi. Bu yorug’likning elektromagnit tabiatga ega ekanligini isbotladi.

Rus olimi A. S. Popov kogerent radioto’lqinlarni qayd qilish uchun ikki elektrod orasiga mayda metall qirindi joylashtirilgan shisha trubkadan foydalandi.

Elektromagnit to’lqin ta’sirida kogerer o’z elektr qarshiligini kuchli darajada o’zgartiradi va o’zgarmas tok zanjiriga ulanganda telegraf apparati ishini boshqarishi mumkin. Kogerer elektromagnit nurlanishga Gers vibratoriga qaraganda anchagina sezgirdir. Bu va mukammallashgan boshqa qurollar tufayli A. S, Popov 1895 yil 7 mayda tarixda birinchi bo’lib radioaloqani amalga oshirdi: 250 m masofaga «Genrix Gers» so’zi uzatildi.

 

Maksvell tenglamalarining yechimlaridan (Elektrodinamika) kelib chiqadigan a tezlanish bilan harakatlanayotgan zaryad nurlanishining intensivligi a² ga proportsionaldir. Ma’lumki, tebranib turgan elektronning tezlanishi, har qanday zarraning tebranishi singari-ω² sinωt ga teng. Shunday qilib, elektronlar nurlanishining antennadagi intensivligini ω⁴ ga proportsionalligi kelib chiqadi. Nurlanish quvvatining chastotaga bunchalik kuchli bog’liqligi o’zgaruvchan tok sanoat manbalari amalda elektromagnit to’lqinlar chiqarmasligiga sabab bo’ladi.

Chastotalar yuz ming Gersga yetganda intensiv nurlanish boshlanadi. Bunda kogerent elektromagnit to’lqinlar tarqatuvchi kogerent qurilmaning, masalan radiouzatkichning nurlanishlarini uning o’lchamlariga va tarqalayotgan to’lqin uzunligiga nisbatan katta masofalarda o’zgaruvchan dipol momentli ( , bu yerda ρ – dipol momentining eng katta qiymati) ekvivalent elektr dipol nurlanishi bilan almashtirish mumkin. Bunday dipol chiziqli garmonik ossilyator deyiladi.

Garmonik ossillyatordan tarqalayotgan to’lqin monoxromatik va kogerent bo’ladi. Unga yassi monoxromatik to’lqin sifatida qaraladi, uning strukturasi keltirilgan. Bunday to’lqinning tebranishlari chastotasi o’zgarmas bo’ladi, ye va N vektorlar to’lqinning tarqalish yo’nalishiga perpendikulyar tekislikda yotadi:    ;  

x = x₀ o’zgarmas qiymat bilan aniqlanadigan tekislikda  va  vektorlarning uchlari to’g’ri chiziq bo’ylab harakatlanadi. SHuning uchun bunday to’lqin chiziqli qutblangan to’lqin,  vektor, OX nur joylashgan tekislik esa qutblanish tekisligi deyiladi. Umumiy holda yassi qutblangan to’lqin vektorlarining uchlari ellipsoidni chizadi va bunday to’lqin elliptik qutblangan to’lqin deyiladi.

Elektromagnit to’lqinning qutblanishi uning juda muhim xususiyati hisoblanadi. To’lqinning qaytarish koeffitsiyenti, to’lqin energiyasining kristallar tomonidan yutilishi va bir jinslimasliklardan sochilish xarakteri qutblanish tekisligining qaytaruvchi sirtga nisbatan vaziyatiga bog’liq .

Real elektromagnit to’lqinlar murakkab tuzilishga ega. Amalda kogerent to’lqin deb, u yoki bu hodisani kuzatayotgan vaqtda fazasi o’zgarmaydigan to’lqinga aytiladi. Shuning uchun bir tajribada ayni bir manbadan chiqayotgan to’lqinni kogerent, ikkinchi tajribada esa o’zgaruvchi fazali to’lqin deb qarash mumkin. Monoxromatik kogerent to’lqin shu to’lqin nurlatkichi mavjudligidan boshqa ma’lumotni o’zida ifodalay olmaydi, ularning bir tebranish davri ikkinchi tebranish davridan farq qilmaydi. Inson ovozini radiouzatkich to’lqinida yozish yoki tovushni televizion stansiya to’lqinida aks ettirish elektromagnit to’lqin chastotasini, amplitudasini yoki fazasini o’zgartirish yo’li bilan amalga oshiriladi. Bunday protsess modulyatsiya deyiladi.

Istalgan modulyatsiya xili oqibat natijada nurlanishning vaqt bo’yicha chastotasi o’zgarishiga keltiriladi. Masalan, amplituda modulyatsiyali to’lqin, yuqori chastotali nurlanish amplitudasi nisbatan past chastota bilan o’zgarsa, ikkita modullanmagan, lekin turli chastotali  ω-Ω va ω+Ω to’lqin ko’rinishida ifodalanishi mumkin:   

Elektromagnit to’lqin energiyani ko’chiradi. Yassi qutblangan to’lqin energiyasining hajmiy zichligi: , uning o’rtacha kattaligi:  J/sm. To’lqinning tarqalishiga perpendikulyar, bo’lgan S sirtdan t vaqt ichida oqib o’tgan yeV energiya  ga teng.  kattalik intensivlik deyiladi.

Yuqori chastotali elektromagnit nurlanish, rentgen nurlari, gamma nurlanish, odatda  energiyali korpuskula-kvantlar oqimi sifatida qaraladi, bu yerda h Plank doimiysi,  .

Atom va molekulalarning nurlanish qonunlarini nurlanish kvant nazariyasi tushuntirib beradi. Uning asosida mikroradioto’lqinlar va yorug’lik to’lqinlarining kogerent nurlatkichlari mazerlar va lazerlar ko’rildi. Tez zaryadlangan zarralar moddada tormozlanganda to’lqin uzunligi lazerdagiga qaraganda yanada qisqaroq bo’lgan nurlanish hosil bo’ladi. Atom yadrosi bir holatdan boshqa holatga o’tganda va ba’zi boshqa jarayonlarda, masalan, zarralar annigilyatsiya sida gamma-nurlanishga–tebranish chastotasi ancha yuqori bo’lgan elektromagnit to’lqinlar chiqishiga sabab bo’ladi.