Էլեկտրամագնիսական ալիքների վերաբերյալ հարցերի օրինակներ
Էլեկտրամագնիսական ալիքները ալիքներ են, որոնք առաջանում են տատանվող էլեկտրական և մագնիսական դաշտերից, որոնք վակուումում տարածվում են լույսի արագությամբ: Այս ալիքները կարևոր են կյանքի տարբեր ասպեկտների համար՝ սկսած հաղորդակցությունից մինչև առողջություն: Այս հասկացությունն ավելի լավ հասկանալու համար մենք կքննարկենք էլեկտրամագնիսական ալիքներին վերաբերող մի քանի օրինակելի խնդիրներ և դրանց բացատրությունները:
Հարց 1. Ալիքի երկարության հաշվարկ
Էլեկտրամագնիսական ալիքն ունի 500 ՄՀց հաճախականություն։ Որոշեք դրա ալիքի երկարությունը։
Քննարկում.
Հաճախականություն (f) = 500 ՄՀց = 500 x 10^6 Հց
Լույսի արագությունը (c) = 3 x 10^8 մ/վ
Ալիքի երկարությունը (λ) կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով.
\[ \lambda = \frac{c}{f} \]
Ահա հաշվարկի մանրամասները.
\[ \lambda = \frac{3 \times 10^8 \, \text{մ/վ}}{500 \times 10^6 \, \text{Hz}} \]
\[ \lambda = \frac{3 \times 10^8}{5 \times 10^8} \]
\[ \lambda = 0.6 \, \text{մետր} \]
Այսպիսով, էլեկտրամագնիսական ալիքի երկարությունը 0.6 մետր է:
Հարց 2. Ֆոտոնի էներգիան
Որքա՞ն է 6 x 10^14 Հց հաճախականությամբ ֆոտոնի էներգիան։
Քննարկում.
Ֆոտոնի էներգիան (E) կարելի է հաշվարկել Պլանկի բանաձևով՝
\[ E = hf \]
Որտեղ՝
– h-ը Պլանկի հաստատունն է = 6.626 x 10^-34 Ջ·վ
– f-ը հաճախականությունն է = 6 x 10^14 Հց
Այսպիսով,
\[ E = (6.626 անգամ 10^{-34} \, \text{J·s}) \times (6 անգամ 10^{14} \, \text{Hz}) \]
\[ E = 3.9756 \times 10^{-19} \, \text{J} \]
Այսպիսով, ֆոտոնի էներգիան 3.9756 x 10^-19 ջոուլ է։
Հարց 3. Էլեկտրամագնիսական ալիքների արագությունը միջավայրում
Եթե լույսի արագությունը վակուումում 3 x 10^8 մ/վ է, իսկ միջավայրի բեկման ցուցիչը՝ 1.5, ապա որքա՞ն է լույսի արագությունը այդ միջավայրում։
Քննարկում.
Լույսի արագությունը միջավայրում (v) կարելի է հաշվարկել բեկման ցուցիչի (n) միջոցով՝
\[ n = \frac{c}{v} \]
Որտեղ՝
– c-ն լույսի արագությունն է վակուումում = 3 x 10^8 մ/վ
– n-ը բեկման ցուցիչն է = 1.5
Հաշվարկելով v:
\[ v = \frac{c}{n} \]
\[ v = \frac{3 \times 10^8 \, \text{մ/վ}}{1.5} \]
\[ v = 2 անգամ 10^8 \, \text{մ/վ} \]
Այսպիսով, լույսի արագությունը այս միջավայրում 2 x 10^8 մետր վայրկյան է։
Հարց 4. Էլեկտրամագնիսական ալիքներ ռադիոհաճախականություններում
X ռադիոկայանը հեռարձակվում է 100 ՄՀց հաճախականությամբ: Որքա՞ն է ազդանշանի ալիքի երկարությունը:
Քննարկում.
Հաճախականություն (f) = 100 ՄՀց = 100 x 10^6 Հց
Լույսի արագությունը (c) = 3 x 10^8 մ/վ
Ալիքի երկարությունը (λ) կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով.
\[ \lambda = \frac{c}{f} \]
Այսպիսով,
\[ \lambda = \frac{3 \times 10^8 \, \text{մ/վ}}{100 \times 10^6 \, \text{Hz}} \]
\[ \lambda = \frac{3 \times 10^8}{1 \times 10^8} \]
\[ \lambda = 3 \, \text{մետր} \]
Այսպիսով, ռադիոազդանշանի ալիքի երկարությունը 3 մետր է։
Հարց 5. Անտենայի կողմից ստացվող էներգիա
Անտենան ստանում է 0.1 Վտ հզորությամբ էլեկտրամագնիսական ալիքային ազդանշան 2.4 ԳՀց հաճախականությամբ: Քանի՞ ֆոտոն է ընդունում անտենան վայրկյանում:
Քննարկում.
Հզորություն (P) = 0.1 Վտ = 0.1 Ջ/վրկ
Հաճախականություն (f) = 2.4 GHz = 2.4 x 10^9 Hz
Մեկ ֆոտոնի էներգիան (E) կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով.
\[ E = hf \]
\[ E = (6.626 անգամ 10^{-34} \, \text{J·s}) \times (2.4 անգամ 10^9 \, \text{Hz}) \]
\[ E = 1.59024 \times 10^{-24} \, \text{J} \]
Վայրկյանում ֆոտոնների քանակը (Ն) կարելի է հաշվարկել՝ հզորությունը բաժանելով մեկ ֆոտոնի էներգիայի վրա։
\[ N = \frac{P}{E} \]
\[ N = \frac{0.1 \, \text{Ջ/վ}}{1.59024 \times 10^{-24} \, \text{Ջ}} \]
\[ N = 6.29 \times 10^{22} \, \text{ֆոտոններ/վրկ} \]
Այսպիսով, անտենան ստանում է մոտ 6.29 x 10^22 ֆոտոն վայրկյանում։
Եզրակացություն
Էլեկտրամագնիսական ալիքների քննարկումը շատ բազմազան է և ընդգրկում է բազմաթիվ ասպեկտներ՝ ալիքի երկարության, ֆոտոնի էներգիայի հաշվարկից մինչև միջավայրում ալիքի արագության հաշվարկը: Վերը նշված օրինակելի խնդիրները և դրանց բացատրությունները, ենթադրաբար, կօգնեն ձեզ ավելի խորը հասկանալ էլեկտրամագնիսական ալիքների հասկացությունը և կիրառումը: Հուսով ենք, որ այս հոդվածը օգտակար կլինի և կընդլայնի ընթերցողների պատկերացումները էլեկտրամագնիսական ալիքների մասին:
