בייַשפּיל פֿראַגעס וואָס דיסקוטירן די נוצן פֿון עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס
עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס זענען אַ נאַטירלעכע דערשיינונג וואָס שפּילט אַ וויכטיקע ראָלע אין פֿאַרשידענע אַספּעקטן פֿון מאָדערנעם לעבן, פֿון קאָמוניקאַציע און ווײַט-דעטעקטינג ביז מעדיצינישע אַפּליקאַציעס. אין דעם אַרטיקל וועלן מיר אויספֿאָרשן פֿאַרשידענע בייַשפּיל פּראָבלעמען און דיסקוסיעס פֿאַרבונדן מיט דער נוצן פֿון עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס. מען ערוואַרטעט אַז דער צוגאַנג וועט העלפֿן סטודענטן פֿאַרשטיין די פּראַקטישע אַפּליקאַציעס פֿון דעם באַגריף.
1. גרונטלעכע יסודות פון עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס
איידער מיר גייען אריין אין די ביישפיל פראבלעמען, לאמיר איבערקוקן וואס עלעקטראמאגנעטישע כוואליעס זענען. עלעקטראמאגנעטישע כוואליעס זענען וואקלונגען פון איינע צו די אנדערע פערפענדיקולארע עלעקטרישע און מאגנעטישע פעלדער וואס פארשפרייטן זיך דורך ספעיס. די כוואליעס דארפן נישט קיין מיטל צו פארשפרייטן זיך און קענען פארן מיט דער שנעלקייט פון ליכט אין א וואקיום (~299,792,458 מעטער/סעקונדע).
דער עלעקטראָמאַגנעטישער ספּעקטרום נעמט אַרום פֿאַרשידענע טיפּן כוואַליעס באַזירט אויף זייער פֿרעקווענץ, פֿון נידעריק-פֿרעקווענץ כוואַליעס ווי ראַדיאָ כוואַליעס ביז הויך-פֿרעקווענץ כוואַליעס ווי גאַמאַ שטראַלן. דאָ זענען עטלעכע טיפּן כוואַליעס אין דעם עלעקטראָמאַגנעטישן ספּעקטרום, צוזאַמען מיט זייערע אַלגעמיינע כוואַליעלענג:
– ראַדיאָ כוואַליעס (λ > 1 מעטער)
– מייקראַוועוון (1 מ״מ < λ < 1 מ) - אינפֿראַרויט שטראַלן (700 נ״מ < λ < 1 מ״מ) - זעבאר ליכט (400 נ״מ < λ < 700 נ״מ) - אולטראַוויאָלעט שטראַלן (10 נ״מ < λ < 400 נ״מ) - רענטגן שטראַלן (0.01 נ״מ < λ < 10 נ״מ) - גאַמאַ שטראַלן (λ < 0.01 נ״מ) 2. בייַשפּיל פֿראַגעס און דיסקוסיע פֿראַגע 1: ראַדיאָ קאָמוניקאַציע פֿראַגע: אַן FM ראַדיאָ סטאַנציע בראָדקאַסט מיט אַ פֿרעקווענץ פֿון 100 מה״ץ. רעכנט אויס די כוואַליע לענג פֿון דעם FM ראַדיאָ בראָדקאַסט.
דיסקוסיע: מיר קענען ניצן די גרונטלעכע גלייכונג פון דער שנעלקייט פון עלעקטראמאגנעטישע כוואליעס (c = λf), וואו: - c = שנעלקייט פון ליכט (~3 x 10^8 מ/ס) - λ = כוואַליע לענג (אין מעטער) - f = אָפטקייט פון דער כוואַליע (אין הערץ) צו געפֿינען λ: λ = c / f = (3 x 10^8 מ/ס) / (100 x 10^6 הז) = 3 מעטער אַזוי, די כוואַליע לענג פון אַן FM ראַדיאָ בראָדקאַסט ביי אַ אָפטקייט פון 100 מה"ץ איז 3 מעטער. פֿראַגע 2: הייצן עסן מיט מייקראַוועווז פֿראַגע: אַ מייקראַוועווז אויוון אַרבעט ביי אַ אָפטקייט פון 2.45 GHz. רעכנט אויס זיין כוואַליע לענג און דערקלערט ווי עס הייצט עסן. דיסקוסיע: ערשטנס, רעכענען מיר אויס די כוואַליע לענג מיט דער זעלבער גלייכונג: λ = c / f = (3 x 10^8 מ/ס) / (2.45 x 10^9 הז) = 0.122 מעטער אדער 12.2 ס"מ מייקראַוועווז ביי דעם כוואַליע לענג ווערן גענוצט אין מייקראַוועווז אויוון. מייקראַוועוון וואַרעמען עסן דורך דורכדרינגען די אַרויס פון די עסן און פאַרשאַפן די וואַסער מאַלעקולן אין די עסן צו וויברירן. די וויבריישאַנז דזשענערירן היץ דורך רייַבונג צווישן די מאַלעקולן, וואַרעמען די עסן. קשיא 3: X-שטראַלן אין מעדיצין קשיא: X-שטראַלן האָבן אַ כוואַליע לענג פון וועגן 0.1 נם. רעכנט אויס די אָפטקייַט פון די X-שטראַלן און דערקלערט ווי זיי ווערן גענוצט אין מעדיצין. דיסקוסיע: די אָפטקייַט קען זיין קאַלקיאַלייטיד פון די גלייכונג: f = c / λ = (3 x 10^8 מ/ס) / (0.1 x 10^-9 מ) = 3 x 10^18 הערץ X-שטראַלן האָבן אַ זייער הויך אָפטקייַט און גענוג ענערגיע צו דורכדרינגען רובֿ מאַטעריע. אין מעדיצין, X-שטראַלן ווערן גענוצט צו נעמען בילדער אין דער פאָרעם פון ראַדיאָגראַפס, וואָס לאָזן דאקטוירים צו זען ביין סטראַקטשערז און עטלעכע ינערלעך געוועבן אָן די נויט פֿאַר כירורגיע.
פראגע 4: באניץ פון אינפרארויט שטראלן פראגע: א טעלעוויזיע ווײַט קאנטראל ניצט אינפרארויט שטראלן מיט א כוואַליע לענג פון 950 נאַנאָמעטער. רעכנט אויס די אָפטקייט פון די אינפרארויט שטראלן. לייזונג: ניצנדיק די זעלבע גלייכונג: f = c / λ = (3 x 10^8 מעטער/סעק) / (950 x 10^-9 מעטער) = 3.16 x 10^14 הערץ טעלעוויזיע ווײַט קאנטראלן ניצן אינפרארויט שטראלן וואָס זענען נישט קענטיק פארן מענטשלעכן אויג צו איבערשיקן סיגנאַלן צום טעלעוויזיע. ווען מען דריקט א קנעפּל אויפן ווײַט קאנטראל, שיקט דער מיטל א סעריע אינפרארויט פּולסן וואָס ווערן אינטערפּרעטירט דורך סענסאָרן אויפן טעלעוויזיע ווי ספּעציפֿישע באַפֿעלן, ווי למשל טוישן דעם קאַנאַל אָדער באַנד. פראגע 5: קענטיק ליכט ספּעקטרום פראגע: אויב רויט ליכט האט א כוואַליע לענג פון בערך 700 נאַנאָמעטער און בלוי ליכט האט א כוואַליע לענג פון בערך 450 נאַנאָמעטער, רעכנט אויס די אָפטקייט פון יעדן טיפּ ליכט. דיסקוסיע: פאר רויט ליכט: f = c / λ = (3 x 10^8 מ/ס) / (700 x 10^-9 מ) = 4.29 x 10^14 הז פאר בלוי ליכט: f = c / λ = (3 x 10^8 מ/ס) / (450 x 10^-9 מ) = 6.67 x 10^14 הז זעבאר ליכט באשטייט פון פארשידענע כוואליע לענגס, יעדע פון וועלכע דערשיינט ווי אן אנדערע קאליר פארן מענטשלעכן אויג. רויט און בלוי ליכט זענען ביישפילן פון די כוואליע לענגס פון זעבאר ליכט. קירצערע כוואליע לענגס ווי בלוי האבן העכערע ענערגיע ווי לענגערע כוואליע לענגס ווי רויט. 3. אנווענדונגען פון עלעקטראמאגנעטישע כוואליעס עלעקטראמאגנעטישע כוואליעס האבן א ברייטע פארשיידנקייט פון אנווענדונגען אין טעגליכן לעבן:
דראָטלאָזע קאָמוניקאַציע מאָדערנע קאָמוניקאַציע סיסטעמען ווי WiFi, בלועטוט, און סעלולאַר נעטוואָרקס נוצן אַ פאַרשיידנקייט פון ראַדיאָ און מייקראַווייוו פרעקווענצן צו טראַנסמיטירן אינפֿאָרמאַציע דראָטלאָז. יעדע טעכנאָלאָגיע האט ספּעציפֿישע פרעקווענצן וואָס זענען טונד צו רעדוצירן ינטערפיראַנס און ענשור עפעקטיוו קאָמוניקאַציע. מעדיציניש: אין אַדישאַן צו X-שטראַלן, אַלטראַסאַניק שטראַלן זענען אויך געניצט אין מעדיציניש דיאַגנאָסטיק, ספּעציעל אין אויספאָרשונגען ווי אַלטראַסאַונדז. ראַדיאַציע טעראַפּיע ניצן גאַמאַ שטראַלן, אָדער X-שטראַלן, איז געניצט אין ראַק באַהאַנדלונג, צעשטערן ראַק סעלז מיט הויך דאָזעס פון עלעקטראָמאַגנעטישע ענערגיע. נאַוויגאַציע און ווייַט סענסינג: טעכנאָלאָגיעס ווי ראַדאַר, LIDAR, און ווייַט סענסינג נוצן אַ פאַרשיידנקייט פון כוואַליע לענגטס צו דעטעקט אַבדזשעקץ און יבערבליק לאַנג דיסטאַנסאַז. GPS ניצט סאַטעליץ וואָס טראַנסמיט ראַדיאָ כוואַליעס צו באַשטימען אַ באַניצער ס שטעלע ערגעץ אויף דער ערד. אַסטראָנאָמיע: עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס פון אַריבער די ספּעקטרום זענען געניצט אין אַסטראָנאָמיע צו לערנען די וניווערס. טעלעסקאָפּן וואָס אָבסערווירן ספּעציפֿישע כוואַליע לענגטס ווי ראַדיאָ, ינפראַרעד, און גאַמאַ שטראַלן אַנטדעקן אינפֿאָרמאַציע וואָס קענען נישט געזען ווערן מיט געוויינטלעכע אָפּטישע טעלעסקאָפּן. מסקנא: פֿאַרשטיין עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס און זייערע אַפּלאַקיישאַנז ריקווייערז אַ פונדאַמענטאַל פארשטאנד פון ווי זיי אַרבעטן און ווי זיי קענען געניצט ווערן אין פאַרשידענע פעלדער. דורך די ביישפּיל פּראָבלעמען און דיסקוסיעס אין דעם אַרטיקל, האָבן מיר אויסגעפאָרשט עטלעכע גרונטלעכע אַפּליקאַציעס וואָס קענען אַרויסרופן ווייטערדיק אינטערעס אין דעם טעמע. עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס שפּילן ווייטער אַ וויכטיקע ראָלע אין טעקנאַלאָגישער און וויסנשאַפטלעכער כידעש. דורך פֿאַרשטיין די גרונטלעכע פּרינציפּן, קענען מיר זיי בעסער אָפּשאַצן און אַפּליקירן אין אונדזער טעגלעך לעבן ווי אויך אין מער טיפער וויסנשאַפטלעכער פאָרשונג.
