Elektromagnetische Strahlung

Elektromagnetische Wellen sind Wellen, die ein elektrisches Feld und ein magnetisches Feld enthalten und Energie tragen. Sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit.

Die Quantenmechanik entwickelte sich aus dem Studium der elektromagnetischen Wellen. Dieses Gebiet umfasst die Untersuchung sowohl des sichtbaren als auch des unsichtbaren Lichts. Sichtbares Licht ist das Licht, das man mit normalem Augenlicht in den Farben des Regenbogens sehen kann. Unsichtbares Licht ist das Licht, das man mit normalem Sehvermögen nicht sehen kann, und umfasst energiereichere und höherfrequente Wellen, wie Ultraviolett-, Röntgen- und Gammastrahlen. Wellen mit größeren Längen, wie Infrarot-, Mikro- und Radiowellen, werden auch auf dem Gebiet der Quantenmechanik erforscht.

Einige Arten elektromagnetischer Strahlung, wie z.B. Röntgenstrahlen, sind ionisierende Strahlung und können für Ihren Körper schädlich sein. Ultraviolette Strahlen befinden sich nahe dem violetten Ende des Lichtspektrums und infrarote Strahlen nahe dem roten Ende. Infrarotstrahlen sind Wärmestrahlen und ultraviolette Strahlen verursachen einen Sonnenbrand.

Die verschiedenen Teile des elektromagnetischen Spektrums unterscheiden sich in Wellenlänge, Frequenz und Quantenenergie.

Schallwellen sind keine elektromagnetischen Wellen, sondern Druckwellen in Luft, Wasser oder einer anderen Substanz.

Der Bereich der elektromagnetischen Frequenzen. "UHF" bedeutet "Ultrahochfrequenz", VHF ist "sehr hohe Frequenz". Beide wurden früher in den USA für das Fernsehen verwendet.

Mathematische Formulierung

In der Physik ist es bekannt, dass die Wellengleichung für eine typische Welle

∇ 2 f = 1 c 2 ∂ 2 f ∂ t 2 {\displaystyle \nabla ^{2}f={\frac {1}{c^{2}}}}{\frac {\teilweise ^{2}f}{\teilweise t^{2}}}} $\nabla ^{2}f={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}f}{\partial t^{2}}}$

Das Problem besteht nun darin, zu beweisen, dass die Maxwell-Gleichungen explizit beweisen, dass die elektrischen und magnetischen Felder elektromagnetische Strahlung erzeugen. Erinnern Sie sich, dass zwei der Maxwell-Gleichungen gegeben sind durch

∇ × E = - ∂ B ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} teilweise t $\nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}$

∇ × B = μ o j + μ o ϵ o ∂ E ∂ t {\displaystyle \nabla \times \mathbf {B} =\mu _{o}\mathbf {j} +\mu _{o}\epsilon _{o}{\frac {\teilweise \mathbf {E} teilweise t $\nabla \times \mathbf {B} =\mu _{o}\mathbf {j} +\mu _{o}\epsilon _{o}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}$

Durch Auswertung der Kräuselung der obigen Gleichungen und der Vektorrechnung kann man die folgenden Gleichungen beweisen

∇ 2 E = 1 c 2 ∂ 2 E ∂ t {\displaystyle \nabla ^{2}\mathbf {E} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\teilweise ^{2}\mathbf {E} teilweise t $\nabla ^{2}\mathbf {E} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partial t}}$

∇ 2 B = 1 c 2 ∂ 2 B ∂ t {\displaystyle \nabla ^{2}\mathbf {B} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\teilweise ^{2}\mathbf {B} teilweise t $\nabla ^{2}\mathbf {B} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {B} }{\partial t}}$

Hinweis: Der Nachweis umfasst die Durchführung der Auswechslung

c = 1 μ o ϵ {\displaystyle c={\frac {1}{\sqrt {\mu _{o}\epsilon }}}} $c={\frac {1}{\sqrt {\mu _{o}\epsilon }}}$

Die obigen Gleichungen sind analog zur Wellengleichung, indem f durch E und B ersetzt wird. Die obigen Gleichungen bedeuten, dass die Ausbreitung durch die magnetischen (B) und elektrischen (E) Felder Wellen erzeugt.

Fragen und Antworten

F: Was sind elektromagnetische Wellen?

A: Elektromagnetische Wellen sind Wellen, die ein elektrisches Feld und ein magnetisches Feld enthalten und Energie übertragen. Sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit (299.792.458 Meter pro Sekunde).

F: Was ist Quantenmechanik?

A: Die Quantenmechanik ist ein Forschungsgebiet, das sich aus der Untersuchung elektromagnetischer Wellen entwickelt hat. Sie umfasst die Untersuchung von sichtbarem und unsichtbarem Licht.

F: Welche Arten von elektromagnetischer Strahlung können für Ihren Körper schädlich sein?

A: Einige Arten von elektromagnetischer Strahlung, wie z.B. Röntgenstrahlen, sind ionisierende Strahlung und können für Ihren Körper schädlich sein.

F: Wo liegen die ultravioletten Strahlen im Lichtspektrum?

A: Ultraviolette Strahlen befinden sich in der Nähe des violetten Endes des Lichtspektrums.

F: Wo liegen die Infrarotstrahlen im Lichtspektrum?

A: Infrarotstrahlen befinden sich in der Nähe des roten Endes des Lichtspektrums.

F: Wie unterscheiden sich Infrarotstrahlen von ultravioletten Strahlen?

A: Infrarotstrahlen werden als Wärmestrahlen verwendet und ultraviolette Strahlen verursachen Sonnenbrand.

F: Gelten Schallwellen als elektromagnetische Wellen?

A: Nein, Schallwellen sind keine elektromagnetischen Wellen, sondern Druckwellen in Luft, Wasser oder einer anderen Substanz.