ce sunt undele electromagnetice?

ce sunt undele electromagnetice?

În fizică , cuvântul ” undă ” se referă la transportul de energie , fără ca materia să fie mutată . Este o perturbare sau agitație care se mișcă printr-un mediu, iar trecând prin acesta nu îl afectează și îl lasă în starea lui inițială.  Acest mecanism acoperă o gamă largă de situații – de la valuri pe suprafața unui lichid la lumină , care ea însăși reprezintă  o formă de undă .

Transportul de energie , fără afectarea materiei este un fenomen fizic comun . Să ne imaginăm un iaz pe o zi însorită , fără vânt . Suprafața apei este perfect netedă . Acum, imaginați-vă că cineva aruncă o pietricică : de la punctul de impact , vom vedea imediat valuri care par să se deplaseze spre exterior în cercuri concentrice . După câteva momente , suprafața iazului este din nou netedă.

Energia convertită în oscilație

Ce sa întâmplat ? Piatra aruncată a creat o perturbare în apă , care a absorbit o parte din energia pietrei , pe care ulterior a răspândit-o in jur . Apa s-a deplasat în sus și în jos,  fiecare ondulație provocând o altă ondulație , adică , transferând o parte din energia sa in vecinătate .

După ce alimentarea cu energia pietrei este dispersată din val în val , suprafața revine apă la starea ei  inițială . Înălțimea , distanța și durata valurilor depinde de energia împărtășită inițial, cu alte cuvinte de masa pietrei  și forța cu care a fost aruncată .

Aceste oscilații ( sau “valuri” ) de pe suprafața apei sunt cel mai simplu și direct mod de a ” vedea ” undele . Dar există multe alte tipuri de undă care urmează același principiu, dar sunt invizibile cu ochiul liber.

Caracteristicile fundamentale ale undelor

Toate undele pot fi descrise prin trei caracteristici :

  • amplitudine , ceea ce corespunde înălțimii oscilațiilor ;
  • lungime de undă , care măsoară distanța dintre două oscilații :
  • frecvență , care reflectă numărul de oscilații pe secundă ( exprimată în hertzi , este invers proporțională cu lungimea de undă ) ;

Acestea sunt caracteristicile care disting undele și permit larga lor utilizare.

TIPURI DE UNDE

Există două clase mari de unde : unde mecanice propagarea cărora depinde de trecerea prin materie  și unde electromagnetice care nu au nevoie de materie pentru a se răspândi.

Unde mecanice si acustice

Simpla atingere a unui deget pe un colț de masă creează valuri mecanice care se răspândesc în aer (sunetul de lovire).  Sau valurile de orice formă – de la unduire pe ape până la tsunami.  Undele seismice tot fac parte din această categorie: ele sunt create de șocuri geologice profunde și se  propaga prin scoarța terestră .

Sunetul este chiar mai universal : este un val generat de vibrații mecanice a unui material și se propagă  prin aer sau apă . Aceste așa-numite unde acustice sunt deosebit de ușor de utilizat și ajustat sau “modulat ” : dacă vorbesc într-o direcție sau alta, strigând sau șoaptă – fiecare astfel de schimbare va modifica lungimea de undă, amplitudinea și frecvența sunetului .

Câmpuri electromagnetice

Undele electromagnetice ( cunoscute de asemenea ca și  câmpuri electromagnetice) constituie o categorie la fel de variată , și  pot fi clasificate în funcție de benzile de frecvență : acest lucru este cunoscut sub numele de “spectru ” electromagnetic . Se extinde de la cele mai mici frecvențe ( cele de la liniile electrice , de exemplu ), la cele mai înalte frecvențe ( UV , raze X, raze gamma ) . Între acestea sunt undele radio (sau frecvențelor radio),  găsite in mod natural și utilizate în domeniul comunicațiilor și, bineînțeles , lumină : tot ceea ce văd ochii noștri este transmis prin câmpuri electromagnetice a căror frecvență corespunde cu banda “vizibilă” a spectrului.  Atunci, ce distinge undele acustice de campurile electromagmetice? Câmpurile magnetice nu au nevoie de vreun mediu pentru a se deplasa la viteze foarte ridicate pe distanțe mari , sau să călătorească prin spațiu sau să treacă prin materiale specifice .

Undele ionizante și neionizante : nici o confuzie nu este permisă !

Frecvența de un val reflectă , de asemenea, cantitatea de energie ce se poate transporta . La frecvențe foarte înalte, adică mult peste spectrul vizibil , această cantitate de energie este atât de semnificativă încât să poată modifica structura materiei: de exemplu , prin modificarea unei molecule, eliberând un electron de la un atom și așa transformând-o într-un ion .

Această categorie de unde , cunoscută sub numele de “radiații ionizante” prezintă, în caz de expunere prelungită,  un risc pentru sănătate. Acesta este motivul pentru care nu este recomandat să stai foarte mult timp expus razelor ultra-violete când vrei să te bronzezi iar medicii-imagiști se adăpostesc în spatele aparatelor Rentgen și  poartă scutri și sorțuri șin plumb.

În schimb , toate undele aflate sub spectrul vizibil, și în special undele radio, nu transporta atâta energie, cât ar permite ruperea legăturii atomice sau moleculare .

Utilizări multiple ale undelor

Diferitele benzi de frecvență sunt utilizate în mod diferit .

Frecvențele joase și foarte joase ( sub 50 kHz ), sunt utilizate în anumite comunicații submarine ( hidrofon ) , sau chiar la detectoare de metale. Ele mai sunt emise și de liniile de transport de energie electrică .

De la aproximativ 100 kHz la 300 GHz , frecvențele radio sunt din benzile preferate telecomunicații : radio, televiziune, radar, telefonie fără fir , telefonie mobilă , internet Wi -Fi , etc

La frecvențe mai mari , 300 GHz și de mai sus, se găsesc undele infraroșii , acestea sunt utilizate pentru telecomenzi , echipamente de viziune de noapte sau în dispozitive cum ar fi lămpile din incubatoarele de reproducere . Dincolo de aceasta se găsește regiunea razelor ultraviolete . Razele ultraviolete sunt folosite în diverse aparate cum ar fi cabinele de bronzat , detectoarele de bancnote contrafăcute și dispozitivele pentru secvențierea ADN-ului .

Supuse normelor specifice de siguranță , radiațiile ionizante pot fi și utile. Razele X sunt folosite pentru radioscopie medicală, dar, de asemenea, în securizarea locurilor publice ( scanere bagaje ), precum și în industrie , în special pentru verificarea pieselor de  metalurgie , cum ar fi șinele de cale fierată. În cele din urmă , raze gamma au mai multe aplicații medicale de diagnostic ( scintigrafia ) și terapie ( radioterapie ) .

FOLOSIREA UNDELOR ÎN COMUNICARE

Bazându-se pe studiul comunicării umane prin voce, când noi modulăm mecanic undele emise de corzile noastre vocale, mari fizicieni cum ar fi Hertz , Tesla , Branly și Marconi au înțeles că este posibilă utilizarea  undelor electromagnetice pentru a transmite informații prin aer .

Descoperirile din domeniul fizicii electromagnetice de la sfârșitul secolului IXI au condus la îmblânzirea energiei electrice , care a îmbogățit  viața noastră de zi cu zi cu surse artificiale de câmp electromagnetic:  becuri de iluminat , cuptoare cu microunde , telefoane fără fir , mașini de gătit cu inducție și cutii Wi – Fi și toate dispozitivele conectate la acesta .

Undele radio

În timp ce diferite tipuri de undă sunt folosite pentru a transmite informațiile la distanta , cele mai comune sunt undele radio , numite radiofrecvențe . Acestea au spectru larg, de la zeci de kHz la 300 GHz . In cadrul acestui spectru , benzile de frecvență sunt alocate pentru fiecare utilizare . Această distribuție este destinată să asigure un serviciu eficient pentru fiecare utilizator și pentru a evita interferențele la transmisii și comunicații – pentru a evita, de exemplu,  întreruperea comunicațiilor  poliției sau a serviciilor de pompieri de către un posesor de walkie-talkie.

Aceste descoperiri au impulsionat utilizarea undelor radio, dând naștere ulterior la  telegrafia  fără fir, apoi la radio, televiziune și forme moderne de comunicații: emițătoare radio și de televiziune , link-uri prin satelit, rețelele de telefonie mobilă GSM , etc

Cum transmit undele radio informații ?

Principiul de bază este simplu . La un capăt , un transmițător  “codifică” mesaje prin varierea amplitudinii sau a frecvenței de undă – la fel ca un cod Morse . La celălalt, un receptor reglat pe aceeași lungime de undă preia semnalul și îl “decodează” înapoi la forma dorită : sunete , imagini , date , etc

Toate sistemele de comunicații fără fir se bazează pe acest principiu , chiar dacă tehnologiile sunt din ce în ce mai complexe.

telefonia mobila si sanatatea