Эмв это: Электромагнитные волны — скорость, длина, формулы

Содержание

Электромагнитные волны — скорость, длина, формулы

Волны: что это и какими бывают

Давайте сначала разберемся, что такое волна.

Волна — это распространение колебания в пространстве.

Волны бывают механическими и электромагнитными.

Главные герои этой статьи — электромагнитные волны. Немного удовлетворим ваше любопытство и скажем, что это те волны, которые мы потрогать не можем. Но все остальное чуть позже. Главное — терпение.

Механические волны — это те волны, колебания которых можно почувствовать физически, потому что они распространяются в упругой среде.

  • Например, звук. Когда звук распространяется внутри какого-либо вещества, мы можем ощутить его прикосновением.

Представьте, что вы стоите на железнодорожных путях. Нет, вы не Анна Каренина, вы — экспериментатор.

Если к вам приближается поезд, вы рано или поздно его услышите. Вернее, услышите, как только

звуковая волна со скоростью 𝑣 = 330 м/с достигнет ваших ушей.

Если приложить ухо к рельсу, то это произойдет значительно быстрее, потому что скорость звука в твердом теле больше, чем в воздухе. Кстати, под водой скорость звука больше, чем в воздухе, но меньше, чем в твердых телах.

Если вы когда-нибудь трогали музыкальную колонку, то знаете, что звук чувствуется и на ощупь.

Еще больше примеров из реальной жизни — в детской школе Skysmart. Чтобы улучшить оценки в школе и подружиться с физикой, приходите решать задачки весело и интерактивно.

Запишитесь на бесплатный пробный урок: покажем, как у нас все устроено и наметим индивидуальный план обучения.

Волны также принято делить на продольные и поперечные:


Продольные — это те волны, у которых колебание происходит вдоль направления распространения волны.



  • Дрожание окон во время грома или сейсмические волны (землетрясения) — это пример продольных волн.

Поперечные — волны, у которых колебание происходит поперек направления распространения волны.

  • Представьте, что вы запустили волну из людей на стадионе — она будет поперечной.
  • Видимый свет и дрожание гитарной струны — тоже поперечные волны.


Морская волна — продольная или поперечная?

На самом деле в ней есть и продольная, и поперечная составляющие, поэтому ее нельзя отнести к конкретному типу.

Электромагнитные волны

Увы, мы не можем потрогать руками электромагнитные волны. Осталось разобраться, как это так: волна есть, а возможности пощупать ее — нет.

Электромагнитная волна появляется благодаря электромагнитному полю.

Вот есть электрическое поле — его создает любой электрический заряд. Есть магнитное поле — оно возникает из-за движущегося заряда (кстати, подробно про магнитное поле можно почитать в нашей статье). А их взаимодействие — это

электромагнитное поле.

Если совсем честно, то электрическое и магнитное поле не могут существовать в отдельности, потому что частицы всегда есть электрическое поле и она всегда худо-бедно да движется. Рассмотрение в отдельности электрических и магнитных полей может быть только в теоретической физике. В реальных инженерных задачах рассматривается обязательно электромагнитное поле.

Электромагнитная волна — это распространение электромагнитного поля. А если конкретнее, то электрическое поле колеблется, магнитное поле колеблется, эти колебания распространяются, и получается электромагнитная волна.


К электромагнитным волнам относятся радио, Wi-Fi и даже свет.

Разве свет не из частиц состоит?

Ничего от вас не скроешь. Дело в том, что свет — это как Гермиона с маховиком времени в двух местах сразу — одновременно и частица и волна.

Можете перечитать фразу выше, чтобы с ней смириться. Это не шутка. Экспериментально давно обнаружено, что свет в одних экспериментах ведет себя, как частица, а в других, как волна.

Все это безумство называется корпускулярно-волновым дуализмом. И это работает не только со светом, но и с другими волнами. В общем, у физики тоже бывает раздвоение личности.

Характеристики электромагнитной волны

Чтобы изучать любое явление, его нужно как-то охарактеризовать.

Длина волны

Это самая важная характеристика для волны. Ей называется расстояние между двумя точками этой волны, колеблющихся в одной фазе. Если проще, то это расстояние между двумя «гребнями».

Обозначается эта величина буквой λ и измеряется в

метрах.


Еще длиной волны можно назвать расстояние, пройденное волной, за один период колебания.



Период

Период — это время, за которое происходит одно колебание. То есть, если дано время распространения волны и количество колебаний, можно рассчитать период.

Формула периода колебания волны

T = t/N

T — период [с]

t — время [с]

N — количество колебаний [-]

Для электромагнитных волн есть целая шкала длин волн. Она показывает длину волны и частоту для разных типов электромагнитных волн.



Частота

Частота — это величина, обратно пропорциональная периоду. Она определяет, сколько колебаний в единицу времени совершила волна.

Формула частоты колебания волны

υ = N/t = 1/T

υ — частота [Гц]

t — время [с]

N — количество колебаний [-]

T — период [с]

Скорость

Также важной характеристикой распространения волны является ее скорость.

Чтобы вывести формулу скорости через длину волны, нужно вспомнить формулу скорости из кинематики — это раздел физики, в котором изучают движение тел без учета внешнего воздействия.

Формула скорости

𝑣 = S/t

𝑣 — скорость [м/с]

S — путь [м]

t — время [с]

Переходя к волнам, можно провести следующие аналогии:

  • путь — длина волны
  • время — период

А для скорости даже аналогия не нужна — скорость и Африке скорость.

Формула скорости волны

𝑣 = λ/T

𝑣 — скорость [м/с]

λ — длина волны [м]

T — период [с]

Для электромагнитной волны скорость равна скорости света — 𝑣 = 3*10^8 м/с. -12 с.

Теперь возьмем формулу скорости

𝑣 = S/t

По условию S = 1000λ

То есть

𝑣 = 1000λ/t

Выражаем длину волны

λ = 𝑣t/1000

Подставляем значения скорости света и известного нам времени:

λ = 3*108* 2*10-121000 =600 нм

И соотносим со шкалой видимого света


Из шкалы видно, что длине волны в 600 нм соответствует оранжевый цвет излучения.

Ответ: цвет освещения при заданных условиях будет оранжевым.

Рубрика «Разрушаем мифы»

А теперь давайте немного о распространенных заблуждениях. Присаживайтесь поудобнее — этот разговор, к сожалению, не на пару минут.

Миф 1. Вышки 5G вредны для нашего здоровья

Одна из теорий против 5G гласит, что новый тип связи может стать причиной раковых заболеваний. Справедливости ради — такие же обвинения не раз поступали в адрес 2G, 3G, 4G и более ранних поколений беспроводных сетей.

Стандарт 5G может использовать разные частотные диапазоны. Как правило, это низкий диапазон 600 МГц, а также средние частоты 2,5 ГГц, 3,5 ГГц и 3,7–4,2 ГГц.

В России «Государственная комиссия по радиочастотам» (ГКРЧ) рекомендует для выделения и использования под 5G частотный диапазон 27,1-27,5 ГГц. Американским операторам также скоро будут доступны диапазоны 37 ГГц, 39 ГГц и 47 ГГц.

Диапазон от 30 ГГц (миллиметровые волны) относится к так называемому спектру крайне высоких частот — и именно он вызывает большинство опасений по поводу вреда 5G для здоровья человека. Все еще недостаточно исследований, которые изучают влияние высоких частот на организм.


Источник: The Islands’ Sounder

Тем не менее, известно, что даже в верхнем диапазоне излучение 5G не обладает достаточной энергией для разрушения человеческой ДНК или влияния на клетки. А значит, не может вызвать рак и не представляет опасность для нашего организма. По этой же причине нельзя верить в теорию, что 5G убивает птиц — этому излучению просто не хватит сил, чтобы кого-то убить.

К опасному излучению относятся волны, распространяемые на частотах от 30 ПГц (петагерц) — утрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. Они могут влиять на атомную структуру клеток и разрывать химические связи в ДНК. Именно поэтому, например, врачи советуют избегать долгого пребывания на солнце.

Миф 2. Шапочки из фольги защищают от вредного излучения

Кстати, они наоборот любую электромагнитную волну усиливают. Это доказали студенты из MIT (Массачусетский технологический институт), которые исследовали это опытным путем.

Ребята установили антенну в четырех частях от головы добровольцев: на лбу, затылке, висках и в районе мозга. И сравнивали показатели радиосигнала в шапочке для фольги и без нее. Оказалось, что сигнал не ослабляется, а усиливается. Так что шапочка вас не спасет от вредного излучения, а наоборот — только усилит сигнал.

Миф 3. Микроволновки убивают еду, и она становится неживой

Электромагнитный фон возле СВЧ-печей выше больше, чем природный более, чем в миллион раз, но вреда человеку не наносит. Санитарные требования к этим приборам очень жёсткие, поэтому опасности микроволновка не представляет. Например, благодаря системе блокировки дверцы генерация микроволнового излучения прекращается, когда дверца открыта. Также в микроволновке обязательно должна быть система защиты от утечки излучения. Гораздо опаснее электромагнитные излучения от солнца или солярия, потому что там есть ультрафиолет, который легко повреждает клетки кожи человека.

Продукты становятся теплее за счёт нагревания в них воды. И когда мы их греем, могут образовываться радикалы — но это происходит при любом способе теплового воздействия. Например, при жарке могут образовываться ещё и канцерогены.

Наш организм способен бороться с небольшим количеством «вредных» радикалов благодаря иммунитету. При нагревании пищи образуется то количество радикалов, с которым организм способен бороться, поэтому ничего страшного ни в микроволновке, ни в кастрюле, в которой вы греете суп, нет.

Ученики Skysmart точно знают, почему шапочка из фольги — это больше для развлечения, чем для пользы. И объяснят кому угодно, почему микроволновка не такая уж и злодейка.

Запишите ребенка на вводное занятие: покажем, как проходят занятия на интерактивной платформе и вдохновим на учебу!

Теория ЭМП, ЭМИ, ЭМВ

 движущиеся электрические заряды и на тела, как движущиеся, так и недвижущиеся, обладающие   магнитным моментом.     

 

 

Электромагнитные волны (ЭМВ) - это возмущения ЭМП, появляющиеся при изменениях электрического поля, создающие волны определенных длин и частот, распространяющиеся в пространстве со скоростью, зависящей от свойств среды (в вакууме - 300 тыс. км в с.) и характеризующиеся частотой, длиной и мощностью переносимой энергии.

Электромагнитное излучение (ЭМИ)  - это совокупность ЭМВ, испускаемых различными объектами, или распространение волн энергии.

Электромагнитные волны  распространяютсятся  в веществе  и в вакууме со скоростью света
(С = 300 000 км/c).

Классификация Центра Электромагнитной безопасности (ЦЭМБ). Электромагнитные поля выделены в 2 группы:

1)      имеющие природное происхождение - радиоволны космических источников, электромагнитное поле Земли, электромагнитные колебания а ионосфере, электромагнитные поля живых организмов;

2)      имеющие искусственное происхождение - а) излучатели электромагнитной энергии - теле-радиостанции, радиолокационные установки, медицинское оборудование и т.п.; б) промышленные установки - линии электропередач, трансформаторные подстанции, бытовая, оргтехника.

Электромагнитные волны характеризуются длиной, частотой и мощностью энергии  (переносимой).      - силовые линии электрического поля.

Электромагнитные поля по своей частоте - низкочастотные - до 3 Гц, поля промышленной частоты - от 3 до 300 Гц, поля с радиочастотой - от 30 Гц до 300 мГ, с ультравысоким радиочастотным диапазоном (УВЧ) - от 300 МГц до 300 ГГц.

(Википедия - Радиоизлучение - это электромагнитное излучение с длинами волн  5×10-5-1010 метров и частотами, соответственно 6×1012 Гц и до нескольких Гц. Радиочастоты - частоты или полосы частот в диапазоне 3 кГц - 3000 ГГц, которым присвоены условные наименования) .

Чем больше длина волны, тем меньше частота излучения.

Напряженность электрического поля (Е), напряженность магнитного поля (Н), плотность потока энергии (ППЭ) - три основные параметра, которые характеризуют электромагнитные поля радио- и СВЧ-волн.

Интенсивность волн различных частот оценивается неодинаково.

В диапазоне радиоволн менее 300 МГц их интенсивность (по рекомендации IRPA/INIRC - менее 10 МГц) - выражается напряженностью электрической (В/м) и напряженностью магнитной составляющей (А/м, 1 Эрстед=79,58 А/м в вакууме; в воздушной среде 1Э=1Гс).

Магнитные поля характеризуют величиной, которая называется индукцией магнитного поля (В), и является силой, действующей магнитным полем на единичный элемент тока, расположенный перпендикулярно вектору индукции. Индукция магнитного поля измеряется в Теслах. Кроме того, применяется термин «гамма», обозначающий величину, которая равна 1нТл.

            

В вакууме ЭМП описывается напряженностью электри­ческого поля Е и магнитной индукцией В. В любой среде  - еще  двумя  величина­ми -  напряженностью магнитного поля Н и электрической индукцией D.  

Напряженность электрического поля - силовая характеристика, векторная величина E, определяющаяся соотношением  силы, действующей со стороны поля на достаточно малый электрический заряд, к величине заряда. Очень часто напряженность электрического поля называют просто "электрическое поле". 

Напряженость магнитного поля

- силовая характеристика, векторная величина,  магнитного поля, которая не зависит от магнитных свойств среды. В вакууме она совпадает (в единицах СГС) с магнитной индукцией В. В среде -  является  вкладом в магнитную индукцию, которую создают внешние источники поля, и равна разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности J. (Измеряется в Эрстедах в СГС и в А/м - в СИ).

В диапазоне СВЧ-волн, выше 300 МГц интенсивность определяется плотностью потока энергии ППЭ, которая выражается в Вт/м2.

Электромагнитные волны. Опыты Герца.

Излучения и применение

Электромагнитные волны (ЭМВ) – это электромагнитное поле, которое распространяется с разной скоростью в зависимости от среды. Скорость распространения таких волн в вакуумном пространстве равна световой скорости. ЭМВ могут отражаться, преломляться, подвергаться дифракции, интерференции, дисперсии и др.

Электромагнитные волны

Электрический заряд приводится в колебания по линии подобно пружинному маятнику с очень высокой скоростью. В это время электрическое поле вокруг заряда начинает меняться с периодичностью, равной периодичности колебаний этого заряда. Непостоянное электрическое поле обусловит появление непостоянного магнитного поля. Оно в свое время породит меняющееся c определенными периодами электрическое поле на большей дистанции от электрического заряда. Описанный процесс будет происходить еще не один раз.

В итоге появляется целая система непостоянных электрических и магнитных полей около электрического заряда. Они оцепляют все большие площади пространства вокруг до определенного предела. Это и есть электромагнитная волна, которая распределяется от заряда во все стороны. В каждой отдельно взятой точке пространства оба поля изменяются с разными временными периодами. До точки, расположенной близко к заряду, колебания полей добираются быстро. До более отдаленной точки – позднее.

Необходимым условием для появления электромагнитных волн является ускорение электро-заряда. Его скорость должна изменяться со временем. Чем выше ускорение движущегося заряда, тем более сильное излучение имеют ЭМВ.

Электромагнитные волны излучаются поперечно – вектор напряженности электрического поля занимает место под 90 градусов к вектору индукции магнитного поля. Оба эти вектора идут под 90 градусов к направлению ЭМВ.

О факте наличия электромагнитных волн писал еще Майкл Фарадей в 1832 году, но теорию электромагнитных волн вывел Джеймс Максвелл в 1865 году. Обнаружив, что скорость распространения электромагнитных волн равняется известной в те времена световой скорости, Максвелл выдвинул обоснованное предположение о том, что свет – это не что иное, как электромагнитная волна.

Однако опытным путем подтвердить правильность максвелловской теории удалось лишь в 1888 году. Один немецкий физик не поверил Максвеллу и решил опровергнуть его теорию. Однако проведя экспериментальные исследования, он только подтвердил их существование и опытным путем доказал, что ЭМВ и вправду есть. Благодаря своим работам по исследованию поведения электромагнитных волн, он прославился на весь мир. Его звали Генрих Рудольф Герц.

Опыты Герца

Высокочастотные колебания, которые существенно превышают частоту тока в наших розетках, возможно произвести с помощью катушки индуктивности и конденсатора. Частота колебаний будет увеличиваться при уменьшении индуктивности и емкости контура.

Правда, не все колебательные контуры позволяют извлечь волны, которые можно легко обнаружить. В закрытых колебательных контурах происходит обмен энергией между емкостью и индуктивностью, а количество энергии, которое уходит в окружающую среду для создания электромагнитных волн слишком мало.

Как увеличить интенсивность электромагнитных волн, чтобы появилась возможность их детектировать? Для этого нужно увеличить расстояние между обкладками конденсатора. А сами обкладки уменьшить в размере. Потом еще раз увеличить и еще раз уменьшить. До тех пор, пока мы не придем к прямому проводу, только немного необычному. У него есть одна особенность – нулевая сила тока на концах и максимальная в середине. Это называется открытый колебательный контур.

Экспериментируя, Генрих Герц пришел к открытому колебательному контуру, который назвал «вибратором». Он представлял из себя два шара-проводника диаметром около 15 сантиметров, монтированных на концах рассеченного пополам стержня из проволоки. Посередине, на двух половинах стержня также находятся два шарика меньшего размера. Оба стержня подключались к индукционной катушке, которая выдавала высокое напряжение.

Вот как работает прибор Герца. Индукционная катушка создает очень высокое напряжение и выдает разноименные заряды шарам.

Через некий отрезок времени в зазоре между стержнями возникает электрическая искра. Она снижает сопротивление воздуха между стержнями и в контуре появляются затухающие колебания высокой частоты. А, так как, вибратор у нас является открытым колебательным контуром он начинает излучать при этом ЭМВ.

Чтобы детектировать волны используется устройство, которое Герц назвал «резонатор». Оно представляет собой разомкнутое кольцо или прямоугольник. На концах резонатора было установлено два шарика.В своих опытах Герц пытался найти правильные размеры для резонатора, его положение относительно вибратора, а также расстояние между ними. При правильно подобранном размере, положении и дистанции между вибратором и резонатором возникал резонанс. В этом случае электромагнитные волны, которые испускает контур производят электрическую искру в детекторе.

С помощью подручных средств, а именно, листа железа и призмы, сделанной из асфальта, этому невероятно находчивому экспериментатору удалось вычислить длины распространяемых волн, а также скорость, с которой они распространяются. Он также обнаружил, что эти волны ведут себя точно так же, как и остальные, а значит могут отражаться, преломляться, быть подвержены дифракции и интерференции.

Применение

Исследования Герца привлекли внимание физиков по всему миру. Мысли о том, где можно применить ЭМВ возникали у ученых то тут, то там.

Радиосвязь
 – способ передачи данных путем излучения электромагнитных волн частотой от 3×104 до 3×1011 Герц.

В нашей стране родоначальником радиопередачи электромагнитных волн стал Александр Попов. Сначала он повторял опыты Герца, а затем воспроизводил опыты Лоджа и построил собственную модификацию первого в истории радиоприемника Лоджа. Главное отличие приемника Попова заключается в том, что он создал устройство с обратной связью.

В приемнике Лоджа использовалась стеклянная трубка с опилками из металла, которые меняли свою проводимость под действием электромагнитной волны. Однако он срабатывал лишь раз, а, чтобы зафиксировать еще один сигнал, трубку надо было встряхнуть.

В приборе Попова волна, достигая трубки включала реле, по которому срабатывал звонок и приводилось в работу устройство, ударявшее молоточком по трубке. Оно встряхивало металлические опилки и тем самым давало возможность зафиксировать новый сигнал.

Радиотелефонная связь – передача речевых сообщений посредством электромагнитных волн.

В 1906 году был изобретен триод и уже через 7 лет был создан первый ламповый генератор незатухающих колебаний. Благодаря этим изобретениям стала возможна передача коротких и более длинных импульсов ЭМВ, а также изобретение телеграфов и радиотелефонов.

Звуковые колебания, которые передаются в трубку телефона перестраиваются в электрический заряд той же формы посредством микрофона. Однако звуковая волна – это всегда волна низкочастотная, чтобы электромагнитные волны в достаточной степени сильно излучалась у нее должна быть высокая частота колебания. Изобретатели решили эту проблему очень просто.

Высокочастотные волны, которые вырабатываются генератором, применяются для передачи, а низкочастотные звуковые волны применяются для модуляции высокочастотных волн. Другими словами, звуковые волны изменяют некоторые характеристики высокочастотных волн.

Итак, это были первые приборы, сконструированные на принципах электромагнитного излучения.

А вот где электромагнитные волны можно встретить сейчас:
  • Мобильная связь, Wi-Fi, телевидение, пульты ДУ, СВЧ-печи, радары и др.
  • ИК приборы ночного видения.
  • Детекторы фальшивых денег.
  • Рентгеновские аппараты, медицина.
  • Гамма-телескопы в космических обсерваториях.

Как видно, гениальный ум Максвелла и необычайная изобретательность и работоспособность Герца дали начало целому ряду приборов и бытовых вещей, которые сегодня являются неотъемлемой частью нашей жизни. Электромагнитные волны делятся по диапазону частот, правда, весьма условно.

В следующей таблице вы можете видеть классификацию электромагнитного излучения по диапазону частот.

Похожие темы:

Электромагнитные волны и их спектр, электромагнитное поле, беспроводная радиосвязь

Электромагнитные волны и их спектр, электромагнитное поле, беспроводная радиосвязь

Все об электромагнитных волнах и их спектре, электромагнитном поле, беспроводной радиосвязи.

Исторически первой технологией беспроводной связи является радиосвязь. В свое время она нашла очень широко применение, и по-прежнему успешно служит в наши дни. Удобные многоканальные радиостанции позволяют пользователю разговаривать на коротких расстояниях, в то время как гражданские радиостанции и морские радиостанции предлагают услуги связи для моряков. Радиолюбители обмениваются данными и выполняют функции экстренной связи во время бедствий с помощью своего вещательного оборудования и даже могут передавать цифровую информацию по радиочастотному спектру.

Принцип работы беспроводной радиосвязи основан на использовании энергии электромагнитного поля и электромагнитных волн (радиоволн). Радиовещательная служба, транслирует звук в эфире в виде радиоволн. Радио использует передатчик, который используется для передачи данных в форме радиоволн на приемную антенну. Радиовещание может также осуществляться через кабельную сеть и спутники (свч-связь).

Электромагнитное поле — связанные между собой переменные электрическое и магнитное поля. Между электрическим и магнитным полем существует теснейшая взаимная связь, которая заключается в том, что не только всякие изменения магнитного поля сопровождаются появлением электрического поля (это явление электромагнитной индукции), но также и всякие изменения электрического поля сопровождаются появлением магнитного поля.

Поэтому в электромагнитном поле электрическое поле может возникать не вследствие присутствия электрических зарядов, а вследствие изменений магнитного поля. Магнитное же поле может возникать не вследствие наличия электрических токов, а в результате изменений электрического поля. Поэтому переменное электромагнитное поле может существовать в тех областях пространства, где нет ни электрических зарядов, ни электрических токов и нет никаких проводников.

Указанная связь между электрическим и магнитным полями делает возможным не только существование электромагнитного поля в отсутствии электрических зарядов и токов, но и распространение этого поля в пространстве.

Переменное электрическое поле возбуждает в смежных областях пространства переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает в смежных областях пространства переменное электрическое поле и так от точки к точке распространяется переменное электромагнитное поле в пространстве, в котором нет проводников.

Тем, что переменные электромагнитные поля могут распространяться в пространстве без помощи проводников, и пользуются для радиосвязи. Для этого применяют периодически меняющиеся быстропеременные электромагнитные поля, которые носят название электромагнитных волн.

Электромагнитные волны — периодически меняющееся электромагнитное поле, способное распространяться в пространстве без помощи проводов.

Скорость, с которой распространяются электромагнитные волны в пространстве, зависит от свойств заполняющей это пространство среды. Если среда обладает диэлектрической проницаемостью ε и магнитной проницаемостью μ, то скорость распространения электромагнитных волн в среде:

υ = с/(sqr(ε·υ)),

где с — скорость распространения этих волн в пространстве, не заполненном веществом, равная примерно 300000 км/сек (с такой же скоростью распространяются и световые волны, являющиеся по своей природе также электромагнитными волнами).

Длина электромагнитной волны λ это — путь, проходимый электромагнитным полем за один период его колебаний Т. Следовательно:

λ = υ·T = υ/f

где f — частота колебаний поля.

Переменное электромагнитное поле возникает вокруг всякого контура, по которому течет переменный ток. Однако если размеры контура очень малы по сравнению с той длиной волны, которая соответствует частоте текущего в контуре тока, то электромагнитное поле, возникающее вокруг контура, остается связанным с этим контуром и при этом быстро убывает по мере удаления от контура.

Если же размеры контура увеличиваются, то постепенно,- по мере приближения размеров контура к длине волны, возбуждаемой в этом контуре, все большая и большая часть электромагнитного поля теряет свою связь с контуром и в виде электромагнитных волн распространяется во все стороны от контура, сравнительно медленно убывая по мере удаления от контура — происходит излучение электромагнитных волн.

Электромагнитные волны, удаляясь от контура, уносят с собой ту энергию, которая сосредоточена в электрическом и магнитном полях волны Направление распространения электромагнитных волн и направление течения энергии волны определяется вектором Умова-Пойнтинга.

Если с помощью генератора быстрых электрических колебаний возбуждать быстропеременные токи в контуре, который способен излучать электромагнитные волны, то часть энергии колебаний генератора будет излучаться этим контуром в виде электромагнитных волн и распространяться в окружающем пространстве. Так действует передающая радиостанция.

Контуры передатчика, служащие для излучения электромагнитных волн, носят название передающих антенн. Если волны, распространяющиеся в пространстве, встречают на своем пути проводники, то переменное электромагнитное поле волны возбуждает в этих проводниках (которые в этом случае носят название приемных антенн) переменные токи, на создание которых затрачивается часть энергии электромагнитных волн.

Эти токи во всем подобны токам в передающей антенне, возбуждающей электромагнитные волны, но энергия этих токов гораздо меньше, чем энергия токов в передающей антенне, вследствие того, что при распространении волн энергия эта рассеивается во все большем и большем объеме и, кроме того, может происходить поглощение энергии электромагнитных волн в лежащих на их пути проводниках. Так может быть осуществлена передача электромагнитной энергии из передающей в приемную антенну без помощи проводов, а вместе с тем и радиосвязь, т. е. передача тех или иных сигналов.

Электромагнитный спектр — вся область электромагнитных волн, имеющих одну и ту же природу, но различающихся по длине волны и в соответствии с этим обладающих различными свойствами.

Свойства электромагнитных волн, т. е. быстропеременного электромагнитного поля, оказываются очень различными при различных частотах изменения поля, т. е. при различных длинах волн.

Медленно меняющиеся электромагнитные поля с частотами менее 15 кгц (что соответствует звуковой частоте) не применяются для излучения, т. к. при этих частотах обычные контуры практически не излучают электромагнитных волн.

Электромагнитные поля с частотами от 15 кгц примерно до 50 000 мггц соответствуют электромагнитным волнам длиной от 20 000 м до 6 мм, применяемым для целей радиосвязи. Поэтому эта вся область носит название радиоволн.

Далее, в сторону более коротких волн следуют т. н. микроволны, которые были впервые получены русскими физиками П. Н. Лебедевым, М. А. Левитской и А. А. Глаголевой-Аркадьевой, а затем тепловые и световые лучи, которые также представляют собой электромагнитные волны, но гораздо более короткие, чем те, которыми пользуются для целей радиосвязи.

Так, например, лучи видимого света соответствуют волнам длиной в несколько десятитысячных долей миллиметра, т. е. частотами примерно в 1015 гц. Еще дальше за световыми лучами следуют ультрафиолетовые лучи, затем еще более короткие рентгеновские лучи и, наконец, наиболее короткие — гамма-лучи, излучаемые радиоактивными веществами.

Ранее ЭлектроВести писали, что пятнадцатую неделю 2020 года (6-12 апреля) фотоэлектрическая солнечная энергетика впервые в истории отрасли выработала 23% электроэнергии Германии.

По материалам: electrik.info.

Оптика и волны

Любой колебательный контур излучает энергию. Изменяющееся электрическое поле возбуждает в окружающем пространстве переменное магнитное поле, и наоборот. Математические уравнения, описывающие связь магнитного и электрического полей, были выведены Максвеллом и носят его имя. Запишем уравнения Максвелла в дифференциальной форме для случая, когда отсутствуют электрические заряды () и токи (j = 0):

 

(2.92)

где

 

Величины  и  — электрическая и магнитная постоянные, соответственно, которые связаны со скоростью света в вакууме соотношением

Постоянные  и  характеризуют электрические и магнитные свойства среды, которую мы будем считать однородной и изотропной.

В отсутствие зарядов и токов невозможно существование статических электрического и магнитного полей. Однако переменное электрическое поле возбуждает магнитное поле, и наоборот, переменное магнитное поле создает электрическое поле. Поэтому имеются решения уравнений Максвелла в вакууме, в отсутствие зарядов и токов, где электрические и магнитные поля оказываются неразрывно связанными друг с другом. В теории Максвелла впервые были объединены два фундаментальных взаимодействия, ранее считавшихся независимыми. Поэтому мы говорим теперь об электромагнитном поле.

Колебательный процесс в контуре сопровождается изменением окружающего его поля. Изменения, происходящие в окружающем пространстве, распространяются от точки к точке с определенной скоростью, то есть колебательный контур излучает в окружающее его пространство энергию электромагнитного поля.

Электромагнитная волна — это распространяющееся в пространстве электромагнитное поле, в котором напряженность электрического и индукция магнитного полей изменяются по периодическому закону.

При строго гармоническом изменении во времени векторов  и  электромагнитная волна называется монохроматической.

Получим из уравнений Максвелла волновые уравнения для векторов  и .

 

Волновое уравнение для электромагнитных волн

Как уже отмечалось в предыдущей части курса, ротор (rot) и дивергенция (div) — это некоторые операции дифференцирования, производимые по определенным правилам над векторами. Ниже мы познакомимся с ними поближе.

Возьмем ротор от обеих частей уравнения

При этом воспользуемся доказываемой в курсе математики формулой:

где   — введенный выше лапласиан. Первое слагаемое в правой части равно нулю в силу другого уравнения Максвелла:

Получаем в итоге:

 

(2. 93)

Выразим rotB через электрическое поле с помощью уравнения Максвелла:

 

(2.94)

и используем это выражение в правой части (2.93). В результате приходим к уравнению:

 

(2.95)

Учитывая связь

и вводя показатель преломления среды

запишем уравнение для вектора напряженности электрического поля в виде:

 

(2. 96)

Сравнивая с (2.69), убеждаемся, что мы получили волновое уравнение, где v фазовая скорость света в среде:

 

(2.97)

Взяв ротор от обеих частей уравнения Максвелла

и действуя аналогичным образом, придем к волновому уравнению для магнитного поля:

 

(2.98)

Полученные волновые уравнения для  и  означают, что электромагнитное поле может существовать в виде электромагнитных волн, фазовая скорость которых равна

Видео 2. 7 Измерение скорости света

В отсутствие среды (при ) скорость электромагнитных волн совпадает со скоростью света в вакууме.

 

Основные свойства электромагнитных волн

Рассмотрим плоскую монохроматическую электромагнитную волну, распространяющуюся вдоль оси х:

 

(2.99)

Возможность существования таких решений следует из полученных волновых уравнений. Однако напряженности электрического и магнитного полей не являются независимыми друг от друга. Связь между ними можно установить, подставляя решения (2.99) в уравнения Максвелла. Дифференциальную операцию rot, применяемую к некоторому векторному полю А можно символически записать как детерминант:

 

(2. 100)

Подставляя сюда выражения (2.99), зависящие только от координаты x, находим:

 

(2.101)

Дифференцирование плоских волн по времени дает:

 

(2.102)

Тогда из уравнений Максвелла следует:

 

(2. 103)

Отсюда следует, во-первых, что электрическое и магнитное поля колеблются в фазе:

Далее, ни у , ни у  нет компонент параллельных оси х:

Иными словами и в изотропной среде,

электромагнитные волны поперечны: колебания векторов электрического и магнитного полей происходят в плоскости, ортогональной направлению распространения волны.

Видео 2.8 Поперечность электромагнитной волны.

Видео 2.9 Поляризация электромагнитной волны. Длина волны 3 см.

Видео 2.10 Поляризатор и анализатор для дециметровой волны.

Тогда можно выбрать координатные оси так, чтобы вектор  был направлен вдоль оси у (рис. 2.27):

Рис. 2.27. Колебания электрического и магнитного полей в плоской электромагнитной волне

В этом случае уравнения (2.103) приобретают вид:

 

(2.104)

Отсюда следует, что вектор  направлен вдоль оси z:

Иначе говоря, векторы электрического и магнитного поля ортогональны друг другу и оба — направлению распространения волны. С учетом этого факта уравнения (2.104) еще более упрощаются:

 

(2. 105)

Отсюда вытекает обычная связь волнового вектора, частоты и скорости:

 

(2.106)

а также связь амплитуд колебаний полей:

 

(2.107)

Отметим, что связь (2.107) имеет место не только для максимальных значений (амплитуд) модулей векторов напряженности электрического и магнитного поля волны, но и для текущих — в любой момент времени.

Итак, из уравнений Максвелла следует, что электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью света. В свое время этот вывод произвел огромное впечатление. Стало ясно, что не только электричество и магнетизм являются разными проявлениями одного и того же взаимодействия. Все световые явления, оптика, также стали предметом теории электромагнетизма. Различия в восприятии человеком электромагнитных волн связаны с их частотой или длиной волны.

Шкала электромагнитных волн представляет собой непрерывную последовательность частот (и длин волн) электромагнитного излучения. Теория электромагнитных волн Максвелла позволяет установить, что в природе существуют электромагнитные волны различных длин, образованные различными вибраторами (источниками). В зависимости от способов получения электромагнитных волн их разделяют на несколько диапазонов частот (или длин волн).

Видео 2.11 Перенос энергии и импульса электромагнитной волной

На рис. 2.28 представлена шкала электромагнитных волн.

Рис. 2.28. Шкала электромагнитных волн

Видно, что диапазоны волн различных типов перекрывают друг друга. Следовательно, волны таких длин можно получить различными способами. Принципиальных различий между ними нет, поскольку все они являются электромагнитными волнами, порожденными колеблющимися заряженными частицами.

Уравнения Максвелла приводят также к выводу о поперечности электромагнитных волн в вакууме (и в изотропной среде): векторы напряженности электрического и магнитного полей ортогональны друг другу и направлению распространения волны.

 

Дополнительная информация

http://www.femto.com.ua/articles/part_1/0560.html – Волновое уравнение. Материал из Физической Энциклопедии.

http://fvl.fizteh.ru/courses/ovchinkin3/ovchinkin3-10.html – Уравнения Максвелла. Видеолекции.

http://elementy.ru/trefil/24 – Уравнения Максвелла. Материал из «Элементов».

http://nuclphys.sinp.msu.ru/enc/e092.htm – Очень кратко об уравнениях Максвелла.

http://telecomclub.org/?q=node/1750 – Уравнения Максвелла и их физический смысл.

http://principact.ru/content/view/188/115/ – Кратко об уравнениях максвелла для электромагнитного поля.

 

Эффект Доплера для электромагнитных волн

Пусть в некоторой инерциальной системе отсчета К распространяется плоская электромагнитная волна. Фаза волны имеет вид:

 

 

(2.108)

Наблюдатель в другой инерциальной системе отсчета К', движущейся относительно первой со скоростью V вдоль оси x, также наблюдает эту волну, но пользуется другими координатами и временем: t', r'. Связь между системами отсчета дается преобразованиями Лоренца:

 

 

(2.109)

Подставим эти выражения в выражение для фазы , чтобы получить фазу волны в движущейся системе отсчета:

 

 

(2.110)

Это выражение можно записать как

 

 

(2. 111)

где и  — циклическая частота и волновой вектор относительно движущейся системы отсчета. Сравнивая с (2.110), находим преобразования Лоренца для частоты и волнового вектора:

 

 

(2.112)

Для электромагнитной волны в вакууме

 

Пусть направление распространения волны составляет в первой системе отсчета угол с осью х:

 

Тогда выражение для частоты волны в движущейся системе отсчета принимает вид:

 

 

(2.113)

Это и есть формула Доплера для электромагнитных волн.

Если , то наблюдатель удаляется от источника излучения и воспринимаемая им частота волны уменьшается:

 

 

(2.114)

Если  , то наблюдатель приближается к источнику и частота излучения для него увеличивается:

 

 

(2.115)

При скоростях V << с можно пренебречь отклонением квадратного корня в знаменателях от единицы, и мы приходим к формулам, аналогичным формулам (2.85) для эффекта Доплера в звуковой волне.

Отметим существенную особенность эффекта Доплера для электромагнитной волны. Скорость движущейся системы отсчета играет здесь роль относительной скорости наблюдателя и источника. Полученные формулы автоматически удовлетворяют принципу относительности Эйнштейна, и с помощью экспериментов невозможно установить, что именно движется — источник или наблюдатель. Это связано с тем, что для электромагнитных волн отсутствует среда (эфир), которая играла бы ту же роль, что и воздух для звуковой волны.

Заметим также, что для электромагнитных волн имеет место поперечный эффект Доплера. При  частота излучения изменяется:

 

 

(2.116)

в то время как для звуковых волн движение в направлении, ортогональном распространению волны, не приводило к сдвигу частот. Этот эффект прямо связан с релятивистским замедлением времени в движущейся системе отсчета: наблюдатель на ракете видит увеличение частоты излучения или, в общем случае, ускорение всех процессов, происходящих на Земле.

Найдем теперь фазовую скорость волны

 

в движущейся системе отсчета. Имеем из преобразований Лоренца для волнового вектора:

 

 

(2.117)

Подставим сюда соотношение:

 

 

(2.118)

Получаем:

 

 

(2.119)

Отсюда находим скорость волны в движущейся системе отсчета:

 

 

(3.120)

Мы обнаружили, что скорость волны в движущейся системе отсчета не изменилась и по-прежнему равна скорости света с. Отметим всё же, что, при корректных выкладках, это не могло не получиться, так как инвариантность скорости света (электромагнитных волн) в вакууме есть основной постулат теории относительности уже «заложенный» в использованные нами преобразования Лоренца для координат и времени (3.109).

Пример 1. Фотонная ракета движется со скоростью V = 0.9 с, держа курс на звезду, наблюдавшуюся с Земли в оптическом диапазоне (длина волны   мкм). Найдем длину волны излучения, которую будут наблюдать космонавты.

Длина волны обратно пропорциональна частоте колебаний. Из формулы (2.115) для эффекта Доплера в случае сближения источника света и наблюдателя находим закон преобразования длин волн:

 

 

(2.121)

откуда следует результат:

 

 

(2.122)

По рис. 2.28 определяем, что для космонавтов излучение звезды сместилось в ультрафиолетовый диапазон.

 

Энергия и импульс электромагнитного поля

Объемная плотность энергии w электромагнитной волны складывается из объемных плотностей  электрического и  магнитного полей:

 

(2.123)

Учитывая связь векторов Е и Н, получим, что плотности энергии электрического и магнитного полей в каждый момент времени одинаковы, то есть . Следовательно, w можно представить в виде:

 

(2.124)

Если умножить плотность энергии w на скорость электромагнитной волны в среде

то получим модуль плотности потока энергии:

 

(2.125)

Так как векторы Е и Н взаимно перпендикулярны и образуют с направлением распространения волны правовинтовую систему, то направление вектора

совпадает с направлением распространения волны, то есть с направлением переноса энергии, а модуль этого вектора равен ЕН. Следовательно, вектор плотности потока электромагнитной энергии, называемый вектором Умова-Пойнтинга, имеет вид:

 

(2.126)

Как и для упругих волн, интенсивность электромагнитной волны — это среднее значение плотности потока энергии:

С учетом (2.107) между Е0 и Н0 получаем

 

(2.127)

Как и в упругой (звуковой) волне,

интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды колебаний.

Пример 2. Интенсивность солнечного излучения, падающего на Землю, составляет I = 1.4 кВт/м2 (солнечная постоянная). Найдем среднюю амплитуду колебаний E0вектора электрической напряженности в солнечном излучении. Вычислим амплитуды колебаний напряженности магнитного поля H0и вектора магнитной индукции B0в волне.

Ответ находим сразу из уравнений (3.127), где полагаем :

Электромагнитные волны поглощаются и отражаются телами, следовательно, они должны оказывать на тела давление. Рассмотрим плоскую электромагнитную волну, падающую нормально на плоскую проводящую поверхность. В этом случае электрическое поле волны возбуждает в теле ток, пропорциональный Е. Магнитное поле волны по закону Ампера будет действовать на ток с силой, направление которой совпадает с направлением распространения волны. В 1899 г. в исключительно тонких экспериментах П.И. Лебедев доказал существование светового давления. Можно показать, что волна, несущая энергию W, обладает и импульсом:

 

(2.128)

Пусть электромагнитная волна падает в вакууме по нормали на площадь А и полностью поглощается ею. Предположим, что за время  площадка получила от волны энергию . Тогда переданный площадке импульс равен

На площадку действует со стороны волны сила

Давление Р, оказываемое волной, равно

Если средняя плотность энергии в волне равна <w>, то на площадь А за время  попадет энергия из объема  и

Отсюда находим давление электромагнитной волны (света):

 

(2.129)

Если площадка идеально отражает всю падающую на нее энергию, то давление будет в два раза большим, что объясняется очень просто: одинаковый вклад в давление в этом случае дают как падающая, так и отраженная волны, в случае полностью поглощающей поверхности отраженной волны просто нет.

Пример 3. Найдем давление Р солнечного света на Землю. Используем значение солнечной постоянной из предыдущего примера. Искомое давление равно:

Пример 4. Найдем давление Р лазерного пучка на поглощающую мишень. Выходная мощность лазера N = 4.6 Вт, диаметр пучка d = 2.6 мм.

Площадь сечения пучка лазерного излучения

интенсивность излучения

Отсюда находим:

 

Дополнительная информация

http://elementy.ru/trefil/21079 – Эффект Доплера. Материал из «Элементов».

http://www.afizika.ru/zanimatelniestati/181-effektdoplera – Занимательная физика. Эффект Доплера.

http://www.youtube.com/watch?v=xjqcsXQ51m4 – Красивое видео об эффекте Доплера.

http://www.youtube.com/watch?v=JpcNW8AQzMs – Презентация по электромагнитным волнам.

http://www.examens.ru/otvet/7/11/890.html – Электромагнитные волны и их свойства. Принципы радиосвязи и примеры их практического использования.

http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter2/section/paragraph6/theory.html#up – Глава из онлайн-учебника про электромагнитные волны.

http://lib.qrz.ru/node/1347 – Статья об основных параметрах электромагнитных волн

http://elementy.ru/trefil/21131?context=20442 – Спектр электромагнитного излучения.

http://ligis.ru/effects/science/232/index.htm – Упругие волны, распространяющиеся вдоль свободной границы твердого тела или вдоль границы твердого тела с другими средами

http://www.youtube.com/watch?v=llGcqEi2WVw – Влияние среды на скорость распространения электромагнитных волн. Видео.

 

Электромагнитные волны - материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: свойства электромагнитных волн, различные виды электромагнитных излучений и их применение.

Важнейший результат электродинамики, вытекающий из уравнений Максвелла (мы уже не первый раз говорим об уравнениях Максвелла, а самих уравнений при этом не выписываем. Ничего не поделаешь — эти уравнения пока слишком сложны для вас. Вы познакомитесь с ними курсе на втором, когда будут освоены необходимые темы из высшей математики), состоит в том, что электромагнитные взаимодействия передаются из одной точки пространства в другую не мгновенно, а с конечной скоростью. В вакууме скорость распространения электромагнитных взаимодействий совпадает со скоростью света м/с.

Рассмотрим, например, два покоящихся заряда, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Сила их взаимодействия определяется законом Кулона. Шевельнём один из зарядов; согласно закону Кулона сила взаимодействия изменится мгновенно — второй заряд сразу «почувствует» изменение положения первого заряда. Так утверждала теория дальнодействия (теории дальнодействия и близкодействия обсуждались в листке «Напряжённость электрического поля»).

Однако в действительности дело обстоит иначе. При шевелении заряда электрическое поле вблизи него меняется и порождает магнитное поле. Это магнитное поле также является переменными, в свою очередь, порождает переменное электрическое поле, которое опять порождает переменное магнитное поле и т.д. В пространстве начинает распространяться процесс колебаний напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля — электромагнитная волна. Спустя некоторое время эта электромагнитная волна достигнет второго заряда; лишь тогда — а не мгновенно! — он и «почувствует», что положение первого заряда изменилось.

Существование электромагнитных волн было предсказано Максвеллом и получило блестящее подтверждение в опыте Герца.

Опыт Герца: открытый колебательный контур

Электромагнитные волны должны быть достаточно интенсивными для того, чтобы можно было их наблюдать в эксперименте.

Нетрудно понять, что электромагнитные волны будут тем интенсивнее, чем быстрее меняется положение зарядов, излучающих эти волны. Действительно, в таком случае электрическое поле вблизи зарядов меняется с большей скоростью и порождает большее магнитное поле; оно, в свою очередь, меняется столь же быстро и порождает большее электрическое поле, и т.д.

В частности, интенсивные электромагнитные волны порождаются высокочастотными электромагнитными колебаниями.

Электромагнитные колебания создаются в хорошо знакомом нам колебательном контуре.

Частота колебаний заряда и тока в контуре равна:

(1)

С этой же частотой колеблются векторы и в заданной точке пространства. Таким образом, величина , вычисляемая по формуле (1), будет также частотой электромагнитной волны.

Чтобы увеличить частоту колебаний в контуре, нужно уменьшать ёмкость конденсатора и индуктивность катушки.

Но эксперименты показали, что дело не ограничивается одной лишь высокой частотой колебаний. Для образования интенсивных электромагнитных волн существенным оказывается ещё один фактор: переменное электромагнитное поле, являющееся источником электромагнитных волн, должно занимать достаточно большую область пространства.

Между тем, в обычном колебательном контуре, состоящем из конденсатора и катушки, переменное электрическое поле почти целиком сосредоточено в малой области внутри конденсатора, а переменное магнитное поле — в малой области внутри катушки. Поэтому даже при достаточно высокой частоте колебаний такой колебательный контур оказался непригоден для излучения электромагнитных волн.

Как добиться увеличения области, занимаемой высокочастотным электромагнитным полем? Герц нашёл красивое и гениально простое решение — открытый колебательный контур.

Возьмём обычный колебательный контур (рис. 1, слева). Начнём уменьшать число витков катушки — от этого её индуктивность будет уменьшаться. Одновременно уменьшаем площадь пластин конденсатора и раздвигаем их — это приводит к уменьшению ёмкости конденсатора и к увеличению пространственной области, занимаемой электрическим полем. Эта промежуточная ситуация изображена на рис. 1 в середине.

Рис. 1. Превращение обычного колебательного контура в открытый

К чему мы придём, продолжая этот процесс? Катушка ликвидируется вовсе, превращаясь в кусок проводника. Пластины конденсатора раздвигаются максимально далеко и оказываются на концах этого проводника (рис. 1, справа). Остаётся уменьшить до предела размеры пластин — и получится самый обычный прямолинейный стержень! Это и есть открытый колебательный контур (рис. 2).

Рис. 2. Открытый колебательный контур

Как видим, идея Герца об открытом колебательном контуре позволила «убить двух зайцев»:

1) ёмкость и индуктивность стержня очень малы, поэтому в нём возбуждаются колебания весьма высокой частоты; 2) переменное электромагнитное поле занимает довольно большую область пространства вокруг стержня.
Поэтому такой стержень может служить источником достаточно интенсивных электромагнитных волн.

Но как возбудить в стержне электромагнитные колебания? Герц разрезал стержень посередине, раздвинул половинки на небольшое расстояние (создав так называемый разрядный промежуток) и подключил их к источнику высокого напряжения. Получился излучающий вибратор Герца (рис. 3; концы провода в разрядном промежутке снабжались небольшими шариками).

Рис. 3. Излучающий вибратор Герца

Когда напряжение между шариками превышало напряжение пробоя, в разрядном промежутке проскакивала искра. Во время существования искры цепь замыкалась, и в стержне возникали электромагнитные колебания — вибратор излучал электромагнитные волны.

Герц регистрировал эти волны с помощью приёмного вибратора — проводника с шариками на концах разрядного промежутка (рис. 4). Приёмный вибратор находился поодаль, на некотором расстоянии от излучающего вибратора.

Рис. 4. Приёмный вибратор Герца

Переменное электрическое поле электромагнитной волны возбуждало в приёмном вибраторе переменный ток. Если частота этого тока совпадала с собственной частотой приёмного вибратора, то возникал резонанс, и в разрядном промежутке проскакивала искра!

Наличие этой искры, появляющейся на концах совершенно изолированного проводника, явилось ярким свидетельством существования электромагнитных волн.

Свойства электромагнитных волн

Для излучения электромагнитных волн заряд не обязательно должен совершать колебательное движение; главное — чтобы у заряда было ускорение. Любой заряд, движущийся с ускорением, является источником электромагнитных волн. При этом излучение будет тем интенсивнее, чем больше модуль ускорения заряда.

Так, при равномерном движении по окружности (скажем, в магнитном поле) заряд имеет центростремительное ускорение и, стало быть, излучает электромагнитные волны. Быстрые электроны в газоразрядных трубках, налетая на стенки, тормозятся с очень большим по модулю ускорением; поэтому вблизи стенок регистрируется рентгеновское излучение высокой энергии (так называемое тормозное излучение).

Электромагнитные волны оказались поперечными — колебания векторов напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Рассмотрим, например, излучение заряда, совершающего гармонические колебания с частотой вдоль оси вокруг начала координат. Во все стороны от него бегут электромагнитные волны — в частности, вдоль оси . На рис. 5 показана структура излучаемой электромагнитной волны на большом расстоянии от заряда в фиксированный момент времени.

Рис. 5. Синусоидальная электромагнитная волна

Скорость волны направлена вдоль оси . Векторы и в каждой точке оси совершают синусоидальные колебания вдоль осей и соответственно, меняясь при этом синфазно.

Кратчайший поворот вектора к вектору всегда совершается против часовой стрелки, если глядеть с конца вектора .

В любой фиксированный момент времени распределение вдоль оси значений модуля векторов и имеет вид двух синфазных синусоид, расположенных перпендикулярно друг другу в плоскостях и соответственно. Длина волны — это расстояние между двумя ближайшими точками оси , в которых колебания значений поля происходят в одинаковой фазе (в частности — между двумя ближайшими максимумами поля, как на рис. 5).

Частота, с которой меняются значения и в данной точке пространства, называется частотой электромагнитной волны; она совпадает с частотой колебаний излучающего заряда. Длина электромагнитной волны , её частота и скорость распространения c связаны стандартным для всех волн соотношением:

(2)

Эксперименты показали, что электромагнитным волнам присущи те же основные свойства, что и другим видам волновых процессов.

1. Отражение волн. Электромагнитные волны отражаются от металлического листа — это было обнаружено ещё Герцем. Угол отражения при этом равен углу падения.

2. Поглощение волн. Электромагнитные волны частично поглощаются при прохождении сквозь диэлектрик.

3. Преломление волн. Электромагнитные волны меняют направление распространения при переходе из воздуха в диэлектрик (и вообще на границе двух различных диэлектриков).

4. Интерференция волн. Герц наблюдал интерференцию двух волн: первая приходила к приёмному вибратору непосредственно от излучающего вибратора, вторая — после предварительного отражения от металлического листа.

Меняя положение приёмного вибратора и фиксируя положения интерференционных максимумов, Герц измерил длину волны . Частота собственных колебаний в приёмном вибраторе была Герцу известна. По формуле (2) Герц вычислил скорость распространения электромагнитных волн и получил приближённо м/с. Именно такой результат предсказывала теория, построенная Максвеллом!

5. Дифракция волн. Электромагнитные волны огибают препятствия, размеры которых соизмеримы с длиной волны. Например, радиоволны, длина волны которых составляет несколько десятков или сотен метров, огибают дома или горы, находящиеся на пути их распространения.

Плотность потока излучения

Электромагнитные волны переносят энергию из одних участков пространства в другие. Перенос энергии осуществляется вдоль лучей — воображаемых линий, указывающих направление распространения волны (мы не даём строгого определения понятия луча и надеемся на ваше интуитивное понимание, которого пока будет вполне достаточно).

Важнейшей энергетической характеристикой электромагнитных волн служит плотность потока излучения.

Представим себе площадку площадью , расположенную перпендикулярно лучам. Допустим, что за время волна переносит через эту площадку энергию . Тогда плотность потока излучения определяетcя формулой:

(3)

Иначе говоря, плотность потока излучения — это энергия, переносимая через единичную площадку (перпендикулярную лучам) в единицу времени; или, что то же самое — это мощность излучения, переносимая через единичную площадку. Единицей измерения плотности потока излучения служит Вт/м2.

Плотность потока излучения связана простым соотношением с плотностью энергии электромагнитного поля.

Фиксируем площадку , перпендикулярную лучам, и небольшой промежуток времени . Сквозь площадку пройдёт энергия:

(4)

Эта энергия будет сосредоточена в цилиндре с площадью основания и высотой (рис. 6), где — скорость электромагнитной волны.

Рис. 6. К выводу формулы (6)

Объём данного цилиндра равен: . Поэтому если — плотность энергии электромагнитного поля, то для энергии получим также:

(5)

Приравнивая правые части формул (4) и (5) и сокращая на , получим соотношение:

(6)

Плотность потока излучения характеризует, в частности, степень воздействия электромагнитного излучения на его приёмники; когда говорят об интенсивности электромагнитных волн, имеют в виду именно плотность потока излучения.

Интересным является вопрос о том, как интенсивность излучения зависит от его частоты.

Пусть электромагнитная волна излучается зарядом, совершающим гармонические колебания вдоль оси по закону . Циклическая частота колебаний заряда будет в то же время циклической частотой излучаемой электромагнитной волны.

Для скорости и ускорения заряда имеем : и . Как видим, . Напряжённость электрического поля и индукция магнитного поля в электромагнитной волне пропорциональны ускорению заряда: и . Стало быть, и .

Плотность энергии электромагнитного поля есть сумма плотности энергии электрического поля и плотности энергии магнитного поля: . Плотность энергии электрического поля, как мы знаем, пропорциональна квадрату напряжённости поля: . Аналогично можно показать, что . Следовательно, и , так что .

Согласно формуле (6) плотность потока излучения пропорциональна плотности энергии: . Поэтому . Мы получили важный результат: интенсивность электромагнитного излучения пропорциональна четвёртой степени его частоты.

Другой важный результат заключается в том, что интенсивность излучения убывает с увеличением расстояния до источника. Это понятно: ведь источник излучает в разных направлениях, и по мере удаления от источника излучённая энергия распределяется по всё большей и большей площади.

Количественную зависимость плотности потока излучения от расстояния до источника легко получить для так называемого точечного источника излучения.

Точечный источник излучения — это источник, размерами которого в условиях данной ситуации можно пренебречь. Кроме того, считается, что точечный источник одинаково излучает во всех направлениях.

Конечно, точечный источник является идеализацией, но в некоторых задачах эта идеализация отлично работает. Например, при исследовании излучения звёзд их вполне можно считать точечными источниками — ведь расстояния до звёзд настолько громадны, что их собственные размеры можно не принимать во внимание.

На расстоянии от источника излучённая энергия равномерно распределяется по поверхности сферы радиуса . Площадь сферы, напомним, . Если мощность излучения нашего источника равна , то за время через поверхность сферы проходит энергия . С помощью формулы (3) получаем тогда:

Таким образом, интенсивность излучения точечного источника обратно пропорциональна расстоянию до него.

Виды электромагнитных излучений

Спектр электромагнитных волн необычайно широк: длина волны может измеряться тысячами километров, а может быть меньше пикометра. Тем не менее, весь этот спектр можно разделить на несколько характерных диапазонов длин волн; внутри каждого диапазона электромагнитные волны обладают более-менее схожими свойствами и способами излучения.

Мы рассмотрим эти диапазоны в порядке убывания длины волны. Диапазоны плавно переходят друг в друга, чёткой границы между ними нет. Поэтому граничные значения длин волн порой весьма условны.

1. Радиоволны ( > 1 мм).

Источниками радиоволн служат колебания зарядов в проводах, антеннах, колебательных контурах. Радиоволны излучаются также во время гроз.

Сверхдлинные волны ( > 10 км). Хорошо распространяются в воде, поэтому используются для связи с подводными лодками.

Длинные волны (1 км Средние волны (100м Короткие волны (10 м Метровые волны (1 м Дециметровые волны (10 см Сантиметровые волны (1 см Миллиметровые волны (1 мм Инфракрасное излучение (780 нм тепловым — когда оно попадает на наше тело, мы чувствуем тепло. Человеческим глазом инфракрасное излучение не воспринимается (некоторые змеи видят в инфракрасном диапазоне).

Мощнейшим источником инфракрасного излучения служит Солнце. Лампы накаливания излучают наибольшее количество энергии (до 80%) в как раз в инфракрасной области спектра.

Инфракрасное излучение имеет широкую область применения: инфракрасные обогреватели, пульты дистанционного управления, приборы ночного видения, сушка лакокрасочных покрытий и многое другое.

При повышении температуры тела длина волны инфракрасного излучения уменьшается, смещаясь в сторону видимого света. Засунув гвоздь в пламя горелки, мы можем наблюдать это воочию: в какой-то момент гвоздь «раскаляется докрасна», начиная излучать в видимом диапазоне.

3. Видимый свет (380 нм спектральные цвета.

• Красный: 625 нм — 780 нм;

• Оранжевый: 590 нм — 625 нм;

• Жёлтый: 565 нм — 590 нм;

• Зелёный: 500 нм — 565 нм;

• Голубой: 485 нм — 500 нм;

• Синий: 440 нм — 485 нм;

• Фиолетовый: 380 нм — 440 нм.

Глаз имеет максимальную чувствительность к свету в зелёной части спектра. Вот почему школьные доски согласно ГОСТу должны быть зелёными: глядя на них, глаз испытывает меньшее напряжение.

4. Ультрафиолетовое излучение (10 нм Рентгеновское излучение (5 пм тормозное излучение), а также при некоторых переходах электронов внутри атомов с одного уровня на другой (характеристическое излучение).

Рентгеновское излучение легко проникает сквозь мягкие ткани человеческого тела, но поглощается кальцием, входящим в состав костей. Это даёт возможность хорошо известные вам рентгеновские снимки.

В аэропортах вы наверняка видели действие рентгенотелевизионных интроскопов — эти приборы просвечивают рентгеновскими лучами ручную кладь и багаж.

Длина волны рентгеновского излучения сравнима с размерами атомов и межатомных расстояний в кристаллах; поэтому кристаллы являются естественными дифракционными решётками для рентгеновских лучей. Наблюдая дифракционные картины, получаемые при прохождении рентгеновских лучей сквозь различные кристаллы, можно изучать порядок расположения атомов в кристаллических решётках и сложных молекулах.

Так, именно с помощью рентгеноструктурного анализа было определено устройство ряда сложных органических молекул — например, ДНК и гемоглобина.

В больших дозах рентгеновское излучение опасно для человека — оно может вызывать раковые заболевания и лучевую болезнь.

6. Гамма-излучение ( синхротронное излучение).

В больших дозах гамма-излучение очень опасно для человека: оно вызывает лучевую болезнь и онкологические заболевания. Но в малых дозах оно может подавлять рост раковых опухолей и потому применяется в лучевой терапии.

Бактерицидное действие гамма-излучения используется в сельском хозяйстве (гамма-стерилизация сельхозпродукции перед длительным хранением), в пищевой промышленности (консервирование продуктов), а также в медицине (стерилизация материалов).

лекция российского физика Павла Белова

Структуры, с помощью которых можно управлять свойствами электромагнитных волн, открывают перед учеными большие возможности. Например, в создании принципиально новых устройств – от суперлинзы до самолета-невидимки. В этом деле не обойтись без метаматериалов. В природе таких нет – их можно только изготовить искусственно и наделить нужными свойствами. Как «приручить» электромагнитное излучение и какие потенциальные способы применения метаматериалов существуют в науке, воспитанникам июльской образовательной программы «Большие вызовы» поведал декан физико-технического факультета университета ИТМО Павел Белов.  

«На сегодняшней встрече я планирую подробно рассказать школьникам о таких прорывных направлениях исследований в области электромагнетизма, как беспроводная передача энергии и топографическая фотоника, исследование новых возможностей магнитно-резонансной томографии, и, конечно, разработка метаматериалов», – рассказал физик перед лекцией.

Вопрос из зала – о способности метаматериала скрыть от внешнего наблюдателя любой объект. Белов объясняет: по сути, метаматериалы позволяют нам манипулировать светом. Благодаря отрицательному углу преломления лучи огибают объект, делая его невидимым и меняя визуальное восприятие реальности. Однако это вовсе не «прозрачность», а, скорее, научная шутка.

По словам Белова, плащ-невидимка – это оптический камуфляж. Работает это так: цифровая видеокамера фиксирует изображение на экране, компьютер обрабатывает снятое изображение, проектор получает улучшенное изображение и проецирует его на плащ, который, в свою очередь, как экран в кинотеатре, отражает свет непосредственно назад.

Ученый отмечает: настоящая «невидимость» – это состояние, при котором объект не рассеивает и не поглощает падающее электромагнитное излучение в заданном диапазоне частот. Невидимость объекта, строго говоря, есть отсутствие возмущений электромагнитного поля вокруг объекта на достаточном от него расстоянии.

Еще одно ценное свойство метаматериалов – это способность делать магнитно-резонансную томографию более «зоркой». Согласно исследованиям группы ученых из России, Австралии и Нидерландов, разрешающая способность МРТ повышается благодаря специальной подложке ультратонких металлических резонаторов в устройстве сканера. Как оказалось, эти устройства могут усиливать и перераспределять электромагнитное поле в пространстве.

Другое явление, привлекшее внимание школьников – WPT, способ беспроводной передачи энергии. Идея заряжать мобильные телефоны и планшеты без проводов и розеток может быть реализована также при помощи магнитных полей. Эксперимент, которым был озадачен Никола Тесла еще в ХIX веке, был завершен зарубежными физиками и позже доработан российскими. Придуманный в 2007 году метод зарядки, работающий за счет резонансного взаимодействия двух медных катушек, был изменен на диэлектрические керамические резонаторы. Это позволило возбуждать магнитное поле с меньшими потерями энергии, повысить эффективность с 45 на 80 процентов.

По словам Белова, авторами подобных прорывных открытий могут стать и слушатели его лекции – талантливые ребята «Сириуса». Все они, уверен педагог, без труда смогут поступить на физфак ИТМО. Уже сейчас студенты-исследователи университета трудятся над проектами, которые могут перевернуть наше представление о привычных вещах с ног на голову. И нет сомнений, что совсем скоро в числе молодых ученых могут оказаться и сегодняшние участники «Больших вызовов».

Основы EMV в США (обновление 2020 г.)

Повышение безопасности, сокращение мошенничества и предоставление держателям карт возможности использовать свои карты за границей с гораздо большим удобством - карты EMV остаются в США надолго.

Впереди и бесконтактные платежи.

Вот почему.

EMV и его инфраструктура цифровых платежей

EMV и его инфраструктура цифровых платежей

Сейчас переход на EMV и транзакции с чип-картами почти завершен. , по данным EMVCo, в стране в конце 2019 года находится в обращении 1 миллиард карт EMV, а во всем мире - около 10 миллиардов.

Переход

на EMV также подготовил рынок США для других форм цифровых платежей - от мобильных кошельков до носимых устройств и приложений Интернета вещей (IoT).

Все эти формы оплаты полагаются на EMV, и только при наличии инфраструктуры EMV становится возможным проводить безопасные бесконтактных транзакций.

Но об этом позже.

Прежде всего, давайте начнем с последней статистики EMV.

Впечатляющие результаты в U.С.

Когда многие страны мира перешли на EMV, США стали легкой мишенью для мошенников.

Чтобы уменьшить мошенничество, США начали переход на EMV в 2014-2015 годах.

И мы видим впечатляющие результаты.

  • Для тех продавцов, которые принимают карты EMV, убытки от мошенничества с поддельными снизились на 87% в марте 2019 года по сравнению с сентябрем 2015 года, до изменения ответственности.
  • По данным Visa, по состоянию на сентябрь 2019 года 3,7 млн ​​U.Торговцы S. принимают карты EMV, - на 815% больше с сентября 2015 года.
  • 75% магазинов в США принимают карты EMV в марте 2019 года.
  • По данным EMV Co, на конец 2019 года в обращении находилось 1 миллиард EMV-карт .
  • 99% объема платежей в США (81 млрд долларов США) в марте 2019 года приходилось на карты EMV. В сентябре 2015 г. это было 1,6%.

Почему EMV в США?

Основная причина, по которой эмитенты, платежные сети и продавцы в США переходят на технологию EMV, - это значительное сокращение мошенничества.

Дополнительные преимущества включают большее удобство за границей для держателей карт и создание возможностей для других форм цифровых платежей.

С ростом проникновения на рынок технологии EMV во всем мире, в частности, почти 100% покрытия в некоторых частях Европы и Канады , технология магнитных полос становится все более и более архаичной.

Миллионы держателей карт в США за последние несколько лет столкнулись с неудобствами, связанными с использованием нечиповых карт.

Касси отказывались принимать эти карты, а бензоколонки и билетные кассы вообще их не принимали.

Благодаря новым картам EMV, которые соответствуют мировым стандартам, этого больше нет.

Чип-карты, выпущенные в США, работают в любой EMV-стране мира.

Что такое EMV?

Проще говоря, EMV - это стандарт безопасности для платежных карт и платежей с мобильных карт.

Названный в честь своих основателей, Europay, MasterCard и Visa, EMV определяет набор стандартов безопасности для транзакций по кредитным и дебетовым картам, которые также могут использоваться для мобильных платежей NFC.

Обычно называемые «EMV-карты» или «EMV-кредитные карты», эти карты используют смарт-чип вместо магнитной полосы для хранения данных, необходимых для обработки транзакции.

Как работает EMV?

Интеллектуальный чип обладает мощностью небольшого компьютера, позволяя запускать приложения, которые могут выполнять расширенную аутентификацию.

Вычислительная мощность чипа, а также его способность хранить больше информации, чем магнитная полоса, означают, что карты EMV могут хранить зашифрованные данные, выполнять криптографию и генерировать уникальный код, который назначается каждой транзакции.

Этот код является ключом к борьбе с мошенничеством, поскольку он должен быть сгенерирован чипом и не может использоваться более чем для одной транзакции.

Сделать поддельную карту EMV практически невозможно, потому что микросхему сложно подделать или клонировать, что привело к сокращению мошенничества с поддельными документами везде, где действует EMV.

Что означало изменение ответственности за мошенничество в 2015 году?

Все основные бренды карт (Visa, MasterCard, American Express и Discover) переложили ответственность за убытки от мошенничества с поддельными картами, которые раньше несли ответственность в основном эмитенты карт, продавцам и их эквайерам , если обе стороны не внедрили EMV .

Новые правила ответственности EMV вступили в силу 1 октября 2015 года.

Если в терминале продавца используется карта EMV, несовместимая с EMV, ответственность в случае мошенничества переходит от банка к продавцу, поскольку они являются самым слабым звеном безопасности в транзакции.

Целью сдвига ответственности было ускорение внедрения EMV в США как со стороны эмитента, так и со стороны продавца.

Сдвиг ответственности за банкомат был назначен на октябрь 2017 года, а автоматические ТРК должны до октября 2020 года активировать EMV.

Как работают карты EMV?

Карты

EMV выполняют те же функции, что и карты с магнитной полосой, но более надежно.

  • Вместо считывания в терминал необходимо вставить контактную карту EMV и оставаться там до завершения транзакции. Для некоторых карт требуется ПИН-код, а для некоторых - подпись.
  • В бесконтактных картах EMV используется та же технология безопасности, они еще проще в использовании и обеспечивают самые быстрые транзакции. Вы просто нажимаете карту на платежном терминале, и все готово.Сделка завершена.
  • Mobile EMV использует то же удобство передачи данных, что и бесконтактные карты, за исключением того, что безопасные данные хранятся на вашем смартфоне, а не на компьютеризированной карте. Эти платежи так же надежны, как и все транзакции EMV, с дополнительным удобством мобильного кошелька.

Обходной контакт EMV с бесконтактными опциями

Но чип-карты, выпущенные сегодня большинством американских банков, - не последнее слово в карточных платежах, и нас ждет обновление до последней технологии EMV: бесконтактная EMV.

Вкратце: бесконтактные карты EMV представляют собой защищенные чип-карты с небольшой антенной, которую держатели карт могут нажимать на считыватель вместо того, чтобы вставлять его.

Около семи из 10 человек в Великобритании теперь используют бесконтактные платежи в июне 2019 года. На счета Tap and Pay приходится более 40% всех транзакций по картам. Канада, Европа, Австралия также быстро развиваются.

В США около 3% находящихся в обращении карт являются бесконтактными (CNBC - апрель 2019 г.).

Однако, по мнению экспертов, переход на бесконтактные устройства может быть быстрым, поскольку многие из новых считывателей EMV, которые устанавливают розничные продавцы, поддерживают бесконтактную связь.

Подводя итог: потребители по всему миру открывают для себя, насколько простой, быстрой и удобной может быть бесконтактная оплата небольших и частых транзакций с помощью карт, мобильных телефонов, колец и браслетов.

Бесконтактные карты оказались замечательным активом для эмитентов по всему миру, когда они были представлены после первоначального перехода на EMV.

Есть еще кое-что.

Бесконтактные карты, или карты с функцией "нажми и плати", обеспечивают потребителям такую ​​же безопасность, что и транзакция EMV , но передают информацию с помощью карты.

Преимущества бесконтактных платежей

Больше не нужно вставлять карту, меньше ждать и не нужно беспокоиться о том, чтобы оставить карту в POS-терминале.

  • Время транзакции EMV сокращено с 7 до 10 секунд до почти мгновений.
  • Бесконтактная транзакция может быть примерно на 53% быстрее, чем транзакция по традиционной кредитной карте с магнитной полосой
  • По данным MasterCard, потребители, получившие бесконтактные карты, тратят почти на 30% больше, чем раньше.

Прямой маршрут к EMV может начинаться с бесконтактной карты.

Эмитенты

в США, такие как Citi, American Express, HSBC и TCF, начали запускать бесконтактные портфели. Эти банки ожидают популярности бесконтактных карт и пользуются преимуществом того, что первыми предлагают своим потребителям преимущества скорости и удобства.

Результат?

По данным Forbes (22 ноября 2019 г.), в 2020 году

американцев будут платить нажатием кнопки и платить.

EMV и мобильные платежи

EMV и мобильные платежи - это взаимодополняющие технологии, каждая из которых удовлетворяет отдельную потребность.

POS-терминалы, которые принимают бесконтактные карты EMV, также принимают мобильные платежи NFC, потому что они основаны на той же технологии, поэтому потребители могут использовать один и тот же жест касания и оплаты при оплате картой или смартфоном.

  • По этой причине многие эмитенты карт предлагают своим клиентам карты с двойным интерфейсом - это карты, которые могут быть прочитаны как контактными, так и бесконтактными считывающими устройствами, что очень привлекательно для потребителей.
  • Продавцам также нравится бесконтактный вариант, потому что он значительно увеличивает скорость оформления заказа, сокращает очереди и делает клиентов счастливыми.
  • Не каждый покупатель владеет смартфоном или предпочитает так платить. Большая часть населения по-прежнему уверенно пользуется технологиями кредитных карт, и чиповые карты EMV обеспечат более безопасный вариант для этих клиентов.

Мобильные платежи вместе с EMV и бесконтактными картами предоставят потребителям возможность выбора.

Где мы вписываемся?

Поставив более 2 миллиардов карт EMV по всему миру, Gemalto не имеет себе равных в области платежей EMV.

Мобилизуйте наших консультантов по EMV

Мы будем работать с вами, чтобы понимать ваши проблемы и то, чего вы хотите достичь.

Есть еще кое-что.

Мы обеспечим бесперебойную работу вашего текущего проекта и поможем вам внедрять инновации.

Мы можем передать наши ноу-хау вашим ИТ-специалистам или предоставить вам готовое решение для выпуска документов, позволяющее вам сосредоточиться на своем основном бизнесе.

Имея прямой доступ к нашему опыту, мы значительно сократим ваши расходы, минимизируем риски проекта и оптимизируем сроки развертывания.

Теперь ваша очередь

Если у вас есть вопросы или вы просто нашли эту статью полезной, оставьте комментарий в поле ниже. Мы также будем рады любым предложениям о том, как это можно улучшить.

Мы с нетерпением ждем вашего ответа.

Дополнительные ресурсы по оплате EMV

Чип

EMV - Что такое смарт-карта EMV? (Май 2021 г.)

Последнее обновление: 3 мая 2021 г. - Приблизительное время прочтения: 9 минут

Что означает EMV?

EMV - это сокращение от Europay, MasterCard и Visa, основателей в 1994 году.Обычно это кредитная карта со смарт-чипом.

Стандарт EMV - это технология безопасности, используемая во всем мире для всех платежей, совершаемых с помощью кредитных, дебетовых и предоплаченных смарт-карт EMV.

Новый чип на кредитных картах означает безопасность платежей для почти 11 миллиардов карт в начале 2021 года.

Его можно использовать в трех формах: контактном, бесконтактном и мобильном.

Давайте узнаем, почему чиповые карты EMV завоевывают мир по 8 очкам и видео.

№1.Что такое чип EMV?

№2. Чип-и-ПИН и Чип-и-подпись. Какая разница?

№3. Почему EMV более безопасен?

№4. Значение сдвига ответственности EMV (сильная мотивация)

№ 5. Последняя статистика развертывания EMV

№6. Каковы ключевые особенности EMV?

№ 7. Ощутимые преимущества

№8. EMV для мобильных платежей тоже

Давайте прыгнем прямо.

№1.Что такое карта EM V?

Карты EMV используют смарт-чип вместо магнитной полосы для хранения данных, необходимых для обработки транзакции.

EMV® определяет набор стандартов безопасности для транзакций по кредитным и дебетовым картам. EMV также можно использовать для мобильных платежей NFC.

Их также называют «EMV-карты», «EMV-смарт-карты» или «EMV-кредитные карты», «чиповые карты и карты с PIN-кодом», «чиповые карты и карты подписи» или даже «IC-карты» (для интегральных схем).

Видео по теме: Как создаются чипы EMV

№2.В чем разница между чипом и PIN-кодом и чипом и подписью?

В обоих случаях это карты EMV.

  • Большинство карт, выпущенных в США, имеют чип и подпись . Процесс оплаты EMV требует, чтобы владелец карты предоставил подпись для завершения транзакции, как это обычно делалось с кредитными картами в прошлом.
  • За пределами США более распространен код с чипом и PIN-кодом . Функция PIN требует секретного четырехзначного PIN-кода, известного только держателю карты, для подтверждения платежа EMV.Это более безопасно.

В 2021 году большинство банкоматов и платежных терминалов за пределами США были обновлены и могут определить, что ваша карта соответствует EMV , что на вашей карте не был выпущен PIN-код, и подтвердить транзакцию.

В любом случае, неплохо было бы путешествовать с чип-картой, которая предлагает оба метода аутентификации, и иметь при себе несколько кредитных карт.

№ 3. Почему чиповые карты EMV более безопасны?

EMV обеспечивает повышенную безопасность и глобальную совместимость с карточными и мобильными платежами, даже при платежах без карты, в сочетании с устройством чтения карт или устройством одноразового пароля.

Чип * на карте EMV может выполнять гораздо более сложную аутентификацию, чем карты с магнитной полосой.

Другими словами, есть полностью работающая компьютерная система , встроенная в каждую карту EMV.

Чип защищен от несанкционированного доступа, поэтому клонирование карты практически невозможно.

С помощью прежней технологии (магнитной полосы), изобретенной IBM в 60-х годах, платежную карту стало очень легко дублировать.

* Более подробную информацию о технологии смарт-карт можно найти здесь: основы смарт-карт.

№4. Что означает изменение ответственности EMV?

В США в октябре 2015 года вступила в силу смена ответственности за мошенничество (также известная как смена ответственности EMV ) для устройств POS (Point Of Sale).

Смена ответственности для открытых ТРК была запланирована на 1 октября 2020 года.

Перед лицом COVID 19 бренды карт (Visa, Mastercard, Discover, American Express и Voyager) решили отложить перенос ответственности за автоматические топливораздаточные колонки (насосы) до 16 апреля 2021 года.

Однако переход на EMV не является законом как таковым .

Но в правилах, определенных Express, Discover, MasterCard и Visa (требование EMV ), четко указано следующее:

Ответственность за мошенничество с предъявлением карты (обычно, когда вы передаете свою карту продавцу в магазине) теперь может ложиться на банк-эмитент карты или продавца, если технология EMV отсутствует.

Раньше этого не было.

Другими словами: бремя мошенничества ложится на сторону продавца, если карта «проведена» (с использованием магнитной полосы), а не «погружена» (с использованием чипа и выполнением транзакции EMV).

Это происходит с предприятиями, использующими терминал EMV, если они не используют его должным образом, и с продавцами, которые еще не перешли на EMV.

На этом этапе вы понимаете, почему продавцы заинтересованы в обновлении своих платежных устройств, чтобы они могли принимать новые карты, и почему банки выпускают карты с чипом EMV.

Излишне говорить, что миграция EMV сейчас идет полным ходом в США.

В августе 2015 года Резервный банк Индии (RBI) обязал банки поэтапно отказаться от платежных карт с магнитной полосой и перейти на чиповые карты EMV.RBI установил 31 декабря 2018 года в качестве крайнего срока для переноса чипа и PIN-карты. (Почему индийские банки обновляют ваши дебетовые и кредитные карты.)

Транзакция в банкомате может быть отклонена из-за не-EMV TXN (TXN - это сокращение от транзакции). Это означает, что у вас нет карты EMV, и вам нужно ее получить. Этот шаг соответствует рекомендациям RBI для банков по транзакциям, не связанным с EVM.

Результат?

№ 5. Статистика развертывания EMV

Сейчас их более 10.На конец 2020 года в обращении находится 81 миллиард чиповых карт EMV . Это почти на 10% больше, чем в 2019 году.

В четвертом квартале 2020 года, согласно информации, полученной от American Express, Discover, JCB, Mastercard, UnionPay и Visa, 86,1% всех транзакций с использованием чип-карты в мире (как контактные, так и бесконтактные) - использовались чипы EMV технология.

Итак, переход на EMV завершен?

Нет, пока нет в Азии и в США

Точнее на 2020 год, общее количество транзакций EMV составило:

  • 98.21% для Африки и Ближнего Востока с 339 млн карт в обращении
  • 81,03% для Азии с 6,88 млрд карт
  • 95,43% для Латинской Америки, Канады и Карибского бассейна с 1,02 млрд карт emv
  • 99,23% для зоны 1 Европы с 1,07 млрд.
  • 96,97% для зоны Европы 2 с 335 м
  • 72,83% для США с 1,16 млрд.

В 2020 году 66,4% всех выпущенных платежных карт в мире были на базе чипов EMV.

Только в США:

  • За один год (с 2019 по 2020 год) количество транзакций с предъявлением карты EMV увеличилось с 62.97% до 72,83%, т. Е. + 15,6%.

Статистика мошенничества с EMV

Согласно отчету Visa, опубликованному в июне 2019 года, мошенничество в США (по стоимости) в марте 2019 года сократилось на на 87% и по сравнению с сентябрем 2015 года.

Это означает, что технология EMV работает по плану.

Узнайте, как чиповые карты EMV могут снизить уровень мошенничества при оплате в случаях мошенничества без предъявления карты.

№ 6. Как работает EMV?

Микросхема EMV

Почему спецификации EMV явно требуют наличия смарт-чипа внутри каждой карты?

По одной причине - безопасность.

Чип смарт-карты - это небольшой компьютер с микропроцессором, некоторой памятью и прикладным программным обеспечением.

В отличие от карты с магнитной полосой, смарт-карту сложно взломать, поскольку она разработана с учетом требований безопасности.

Он также содержит безопасное хранилище, в котором хранятся уникальные ключи для каждой карты, которые защищают ваши транзакции.

Уникальный код для каждого платежа EMV

Карты

EMV генерируют уникальный код, который ваш банк проверяет для каждой транзакции, и этот код нельзя использовать повторно.

Мошенник не может совершить транзакцию с помощью поддельной карты с украденными данными на терминале EMV, потому что он не сгенерирует правильный код.

Короче говоря, с технологией EMV: без перемотки, без повтора.

Расширенная криптография

Безопасность

EMV основана на надежной криптографии, которая генерирует уникальные коды транзакций, которые позволяют терминалу аутентифицировать карту.

Эта криптография построена на инфраструктуре закрытого ключа, а это означает, что только персонализированная чип-карта с закрытым ключом держателя карты во время производства может сгенерировать действительную транзакцию.

SDA против DDA

Методы аутентификации карты

(CAM) были основаны на аутентификации статических данных (SDA).

Однако мир движется вперед, и подавляющее большинство поставляемых сегодня платежных карт имеют более сложную динамическую аутентификацию данных (DDA) или комбинированную аутентификацию данных (CDA).

Так что же такое DDA точнее?

Это протокол проверки подлинности карты EMV.

Это автономный метод аутентификации (то есть без какой-либо сети).Он использует данные с карты, чтобы позволить терминалу EMV аутентифицировать карту.
Терминал (например, POS) поставляется с предварительно загруженными ключами. Он будет проверять дополнительные ключи на карте для каждой транзакции . Это отличная защита от клонирования сертификатов и скимминга карт.

Visa и MasterCard обязали перейти на DDA для всех смарт-карт EMV в Европе и Канаде, и это становится стандартом и в США.

Токенизация EMV

EMV Tokenization - это новый стандарт безопасности, недавно разработанный EMVCO для облегчения электронной коммерции.

Его цель - защитить платежи по карте в файле, например, платежи с использованием информации карты клиента, уже сохраненной из предыдущей транзакции.

Доказано, что процесс токенизации EMV значительно снижает количество отказов карт.

  • Это сокращает потенциальную потерю дохода , когда покупка не может быть завершена.
  • Это улучшает взаимодействие с пользователем (и они не пойдут на соревнование).

№ 7. Каковы преимущества EMV?

Безопасность платежей: чип EMV вдвое сократил количество мошенничества в США.С. первый год.

EMV - одна из самых безопасных форм оплаты .

EMV почти на 100% эффективен в предотвращении личного мошенничества (в магазине, мошенничество с предъявлением карты ) и мошенничества с поддельными картами.

  • Когда Франция перешла на EMV в 2005 году, мошенничество с картами практически исчезло.
  • Случай был воспроизведен в Великобритании в 2012 году (чип и PIN-код).

В США началось внедрение в конце 2015 года, а исследование Федеральной резервной системы (США), проведенное в 2018 году, показало, что количество мошенничества с предъявлением карт в стране снизилось с 3 долларов.68 миллиардов долларов в 2015 году до 1,91 миллиарда долларов в 2016 году.

Это снижение на 48% за ОДИН год.

Согласно отчету Visa за июнь 2019 года, упомянутому ранее, за три с половиной года это снижение на 87%.

Увеличение расходов на карту

Удобство использования бесконтактной чиповой карты EMV, вероятно, сделает ее новым фаворитом ваших клиентов, что приведет к повышению лояльности и увеличению расходов на эту карту.

Увеличение емкости бесконтактных карт даже привело к значительному увеличению количества транзакций, совершаемых с помощью этих карт.

Глобальная совместимость стандарта EMV

EMV - это международный стандарт для платежей. Проникновение технологии на рынок растет во всем мире, в частности, почти 100% соответствие требованиям EMV в некоторых частях Европы и Канады.

Сегодня, используя карты с магнитной полосой, ваши клиенты, возможно, не смогут расплачиваться своими картами во время международных поездок.

Другими словами: везде, где держатели чиповых карт EMV совершают покупки, они получают надежность и удобство.

Укрепление отношений с клиентами

Переход на EMV - это возможность показать вашим клиентам, что вы серьезно относитесь к их безопасности.

№ 8. Чип EMV для мобильных платежей тоже

Связаться с чип-картой EMV.

Contact EMV предлагает дополнительную безопасность чипа EMV, что делает невозможным создание поддельных карт. Контактные карты можно использовать во всех платежных POS-терминалах с поддержкой EMV.

Карта вставляется в терминал.Он остается там, пока клиент вводит ПИН-код или пишет свою подпись.

Бесконтактная (двойная) карта EMV

Contactless - это уровень, на который стоит пойти, если вам нужна удобная, перспективная и безопасная технология.

Лимит бесконтактных платежей по стране позволяет совершать платежи с помощью NFC без авторизации PIN-кодом.

Карта постукивается о POS-терминал или машет перед ним.

Бесконтактный - это безопасный вариант, который соответствует рекомендациям по социальному дистанцированию.

Общее использование бесконтактных технологий (карты и цифровой кошелек) быстро растет в США, особенно во втором квартале 2020 года.

Как сообщал NFCW 1 мая 2020 года, в США сейчас самое большое количество бесконтактных карт среди всех рынков - 175 миллионов.

Мобильный платеж

При использовании мобильного EMV учетные данные клиента загружаются непосредственно в мобильный телефон или носимое устройство с поддержкой NFC. Этот процесс так же безопасен, как и бесконтактный чип EMV, но с превосходным удобством и дополнительными возможностями.

Смартфон постукивают или машут рукой касательно терминала, как бесконтактной картой.

Дополнительные ресурсы по оплате EMV

Определение EMV

Что такое EMV?

EMV® Chip начинался как совместно разработанный глобальный стандарт, обеспечивающий взаимодействие между картами с компьютерными чипами и терминалами, используемыми крупнейшими финансовыми компаниями. Сегодня EMV - это технологический набор инструментов, который позволяет осуществлять глобально совместимые безопасные платежи как в личных, так и в удаленных средах.

В настоящее время стандартом управляет EMVCo, глобальный технический орган, который способствует всемирному взаимодействию и принятию безопасных платежных транзакций путем управления и развития спецификаций EMV и связанных с ними процессов тестирования.

Ключевые выводы

  • EMV - это технологический набор инструментов, который позволяет осуществлять глобально совместимые безопасные платежи как в личных, так и в удаленных средах.
  • Спецификации чипов
  • EMV описывают требования к глобальной совместимости между платежными приложениями на основе чипов и терминалами приема для обеспечения безопасного контакта, бесконтактных и мобильных транзакций и других новых платежных технологий (таких как платежи на основе QR-кода).
  • EMV был разработан в 1990-х годах в Европе, потому что авторизация карты была чрезмерно дорогой для европейских эмитентов карт.
  • Хотя EMV Chip сократил количество случаев мошенничества, связанного с некоторыми операциями с кредитными картами, он ограничен в защите транзакций без предъявления карты.

Понимание EMV

POS-терминалы, соответствующие стандартам EMV, обычно требуют, чтобы владелец карты использовал личный идентификационный номер (PIN) вместо подписи, что добавляет дополнительный уровень безопасности.Карты EMV также содержат микросхему интегральной схемы, которая кодирует каждую транзакцию по-разному. Если преступник перехватит данные транзакции с чип-картой, эти данные не могут быть повторно использованы для совершения другой покупки.

Исторически кредитные и дебетовые карты использовали магнитную полосу только для управления данными держателей карт. Затем владелец карты подписывал квитанцию ​​при покупке. Эта система не обеспечивала высокий уровень безопасности, поскольку подпись может быть подделана, а магнитную полосу оказалось относительно легко взломать, раскрывая преступникам конфиденциальную информацию о держателе карты.

В 1990-х годах компании начали разрабатывать решения на основе чипов для решения проблемы мошенничества с кредитными картами и платежей среди держателей карт. Однако большое разнообразие используемых технологий создало проблемы совместимости, которые были сложными как для потребителей, так и для предприятий. В результате менее эффективная технология магнитных полос оставалась широко распространенной, несмотря на наличие более безопасных микросхем.

Создание EMVCo в 1999 году предоставило набор единых стандартов и спецификаций для использования чипов в картах и ​​платежах, что наконец позволило применить эту более безопасную меру.Чип EMV и новый набор стандартов, разработанный для снижения уровня мошенничества в розничной торговле, сделали практически невозможным подделку карты или фальсификацию транзакции.

Эмитенты карт в США перешли на спецификации EMV намного позже, когда эмитенты установили первоначальный крайний срок для перехода продавцов на новую технологию в октябре 2015 года. Распространенность громких утечек данных и рост числа случаев кражи личных данных в конечном итоге побудили американских эмитентов перейти на EMV. В настоящее время EMVCo состоит из шести членов:

  • Виза
  • Mastercard
  • Откройте для себя
  • American Express
  • China Union Pay
  • JCB

Ограничения EMV

При первоначальном внедрении чиповые карты с EMV создавали некоторую путаницу и задержки для потребителей и продавцов из-за более длительного времени транзакции по сравнению со считывающими картами и необходимости вводить PIN-код на некоторых рынках вместо подписи.Однако потребители и продавцы вскоре адаптировались к чип-картам, и с тех пор, как они были введены, использование карт во всем мире значительно увеличилось. В настоящее время во всем мире существует почти десять миллиардов платежных карт с чипом EMV, и 83,1% всех транзакций с предъявлением карты, проводимых во всем мире, используют технологию EMV Chip.

Хотя спецификации чипов EMV снижают вероятность мошенничества и исключают использование поддельных карт для транзакций с предъявлением карты в терминалах торговых точек, они ограничивают защиту транзакций без карты.Ускоряющийся рост электронной коммерции и онлайн-покупок делает эту уязвимость серьезной уязвимостью, которая, по мнению экспертов по безопасности, станет основным объектом мошенничества с кредитными картами в будущем.

Чтобы справиться с этой растущей проблемой, спецификации EMV® вышли за рамки чипов EMV. Спецификации EMV для платежей без карты включают EMV 3-D Secure (EMV 3DS), EMV Secure Remote Commerce (EMV SRC) и токенизацию платежей EMV.

Кроме того, технология EMV хороша ровно настолько, насколько хороши системы обработки торговых платежей, в которых она используется.Продавцы, у которых отсутствует шифрование или слабое шифрование на своих POS-терминалах, делают платежные данные уязвимыми.

EMV® является зарегистрированным товарным знаком в США и других странах и незарегистрированным товарным знаком в других странах. Торговая марка EMV принадлежит EMVCo, LLC.

Что такое EMV и почему это должно вас волновать?

Автор: Райан Пиркл

EMV, сокращение от Europay, MasterCard и Visa, является мировым стандартом для кредитных карт, который использует компьютерные чипы для аутентификации транзакций с чип-картой.EMV - это обновленная технология по сравнению с считывателями смахиваний в прошлом. Новые кредитные карты, обычно называемые «смарт-картами» или «картами с чипом и пин-кодом».

Эти кредитные карты нового поколения не только улучшили безопасность транзакций - они также успешно переложили ответственность за мошенничество с кредитными картами и кражу личных данных на продавца. Это означает, что вы, как владелец практики, несете большую ответственность за мошеннические транзакции и кражу личных данных, чем в былые времена.

Хотя с момента начала перехода на карты EMV прошло более двух лет, у многих владельцев бизнеса все еще есть вопросы об этой новой технологии.Некоторые недобросовестные компании воспользовались этим недостатком знаний, используя тактику запугивания и распространяя дезинформацию. Поэтому ADA попросила экспертов Gravity Payments развеять мифы и предоставить нам реальные факты, чтобы вы могли принять обоснованное решение о EMV, исходя из потребностей вашей практики.

Миф: Каждый бизнес должен получить EMV, иначе вы получите гарантированный возврат платежа.

Реальность: Никто никого не заставляет получать EMV. Это выбор, который должен сделать вы как владелец бизнеса.

Риск заключается в том, что, если вы не можете принять карту с чипом EMV, и в результате ваш клиент будет вынужден использовать свою карту, он сможет заявить об этом списании как о мошенничестве, и ваш бизнес автоматически проиграет спор. Вот как смещение ответственности влияет на бизнес.

Миф: Риск обратного платежа поддельного EMV одинаков для всех предприятий после перехода ответственности.

Реальность: Если вы человек, который очень хорошо знает свою клиентскую базу, скажем, врач, юрист или терапевт, вы можете не спешить с EMV, потому что вероятность того, что ваши пациенты / клиенты потребуют необоснованных возвратных платежей, не фактическое мошенничество будет низким.С другой стороны, если вы розничный магазин или ресторан, вы можете столкнуться с более высоким риском необоснованных возвратных платежей, потому что вы не знаете своих клиентов, а они не знают вас. Кто угодно может покупать ваш продукт или услуги.

При этом риск никогда не равен 0%, а EMV - гораздо более безопасный способ сбора платежной информации вашего клиента. Это связано с тем, что каждый раз, когда используется EMV, он создает уникальный код, который используется для выполнения транзакции, вместо стандартных 16 цифр карты, которые используются при считывании.

Миф: Существует закон, который заставляет все предприятия в Америке принимать карты с чипом EMV.

Реальность: Нет закона, заставляющего владельцев бизнеса принимать чиповые карты EMV. Однако произошел сдвиг в ответственности, который подвергает риску предприятия, неспособные принять EMV.

Миф: Если вы не пользуетесь EMV, Visa / Mastercard / Discover и American Express будут взимать с вас дополнительный месяц каждый месяц или повышать ваши ставки.

Реальность: Крупные карточные компании не будут повышать ваши ставки, принимая EMV или нет.Стоимость транзакции зависит от множества факторов, включая тип карты (бонусные карты, проездные, возврат наличных и т. Д.), Метод приема (смахивание / окунание, электронная торговля, ввод ключа), отрасль и American Express, средний размер транзакции в долларах.

Миф: Чип-карты EMV и бесконтактные способы оплаты NFC - это одно и то же.

Реальность: EMV и NFC совершенно разные, хотя оба предлагают много одинаковых функций.Оба более безопасны и используют уникальные коды или токены для защиты платежей. Однако EMV и NFC - это совершенно разные типы технологий.

NFC позволяет таким устройствам, как смартфоны, часы и другие носимые устройства, связываться с устройством чтения NFC, когда они находятся в непосредственной близости друг от друга (например, Apple Pay, Android Pay и т. Д.). EMV - это физический чип, который взаимодействует с считывателем, к которому он физически подключен. NFC является беспроводным, бескарточным и может быть очень безопасным. EMV не является беспроводным, находится внутри карты и также очень безопасен.

Миф: Если у вас есть EMV, вам не нужно беспокоиться о соответствии PCI.

Реальность: Опять неверно. EMV не имеет ничего общего с PCI Compliance. PCI расшифровывается как «индустрия платежных карт», и соблюдение требований означает, что ваш бизнес проявляет должную осмотрительность, чтобы гарантировать, что данные о картах, которые вы собираете, являются максимально безопасными и надежными.

Райан Пиркл - директор по маркетингу и коммуникациям Gravity Payments.Миссия Gravity - снизить расходы и уменьшить головную боль, связанную с обработкой кредитных карт, для медицинских клиник и общественных предприятий по всей стране. С Райаном можно связаться по адресу [email protected]

Проблемы и преимущества токенизации EMV

EMV - это сокращение от EUROPAY-VISA-MASTERCARD. Этот термин используется для обозначения стандартов, которые были разработаны для повышения безопасности транзакций по кредитным и дебетовым картам за счет использования чиповой технологии для платежных карт.

Помимо стандартов EMV, некоторые страны используют дополнительные функции безопасности, такие как «Chip and Pin» в Соединенном Королевстве или «SECCOS» в Германии со своими платежными картами и системами.

Токенизация - это практика подмены фиктивной информации (также известной как токен) вместо конфиденциальной информации (например, информации о платежной карте).

Вот несколько фактов о токенизации:

  1. Токены создаются, хранятся, отображаются и не отображаются в защищенной системе под названием Token Vault;
  2. Процесс детокенизации сопоставляет токен с информацией, которую он защищает
  3. Компании, предоставляющие услуги токенизации и детокенизации, обычно называются поставщиками услуг токенизации .

Токенизация выглядит как простой процесс. Однако это может иметь серьезные последствия с точки зрения безопасности и особенно его использования с EMV. В этой статье будут описаны эти проблемы.

Токенизация

в EMV полностью объясняется «Спецификацией токенизации платежей EMV®», которая находится в свободном доступе на веб-сайте EMVCO.

Токенизация и подготовка EMV-карты

В типичной схеме персонализации EMV данные EMV подготавливаются из файлов персонализации (данные персонализации EMV, где все параметры указаны заранее в зависимости от банка-эмитента) и из ключей, которые были сгенерированы сложной системой (церемония ключей) , предполагающий обмен ключами производителя карты и ключами банка-эмитента.

«Стандартная» персонализация EMV объясняется в стандарте « CPS » (Спецификация персонализации карты). Он содержит определенное количество тегов , которые должны следовать определенной логической схеме.

Данные платежных карт хранятся в центре персонализации EMV, который обычно представляет собой чрезвычайно безопасное здание. Данные шифруются в машинах для персонализации, а карты печатаются с помощью огромных принтеров для карт, оснащенных устройствами сопряжения для смарт-карт. Затем данные дешифруются и сохраняются во встроенном чипе карты.

Чип типичной кредитной карты EMV содержит общедоступную информацию, которую любой может прочитать без специальной аутентификации. Например, такие программы, как CardPeek, умеют читать такую ​​информацию.

Вот пример информации, которую можно получить:

Как видите, CVM (метод проверки карты) общедоступен. Специалисты по безопасности признают, что это следует рассматривать как проблему безопасности, поскольку это позволяет фальшивым картам (трансплантации карт) использовать EMV для выполнения мошеннических офлайн-транзакций.

Токенизация

EMV - обширная и продолжающаяся программа. Согласно условиям Консорциума: «EMVCo признает, что то, что происходит сегодня [технология токенов], сопоставимо с тем, как отрасль объединилась для разработки и внедрения необходимой инфраструктуры для платежей с магнитной полосой, чипов и NFC в глобальном масштабе. шкала." [1]

В ближайшем будущем мы сможем увидеть только токенов, хранящихся в чипе самой кредитной карты. Эти токены заменят тег персонализации, и информация в токенах будет бесполезна для злоумышленников.Это не совсем изменит стандарты EMV, но также заставит платежные транзакции выполняться в режиме онлайн, чтобы токены можно было не сопоставить и проверить. Во время подготовки карты данные будут отправлены в хранилище токенов, и токены будут заменены на настоящую информацию.

Офлайн-транзакции в эпоху мобильных платежей ушли бы в прошлое.

Apple Pay, конкурент EMV, уже использует токенизацию для хранения данных кредитных карт внутри чипов. Когда добавляется кредитная карта, это не PAN.Вместо этого это DAN, токен Apple Pay, который представляет собой PAN.

Токенизация транзакций EMV

Совет PCI однажды заметил: «в средах EMV PAN [номер основного счета] не является конфиденциальным ни на каком этапе транзакции» [2]. Самые большие утечки данных кредитных карт в США были обнаружены на уровне продавца или процессора (хоста) в среде, не контролируемой EMV.

Конечно, можно создать шифрование «точка-точка» (PTP) между картой и процессором для всей транзакции.Однако за это приходится платить, и это веская причина, по которой токенизация была бы более предпочтительной для использования.

Совет PCI критикует отсутствие шифрования в транзакциях EMV и заявляет: «Собственные данные транзакций EMV требуют защиты, выходящей за рамки того, что изначально обеспечивается самим EMV». В качестве ответа на эту проблему EMV представила платежный токен EMV®.

Транзакция EMV в токенизированной среде использует новый элемент, ссылку на платежный счет EMV® (PAR), который связывает PAN и транзакцию.Сам по себе PAR не может использоваться для списания средств с карты; следовательно, делая его бесполезным для злоумышленника.

Один PAN может быть связан через PAR с несколькими устройствами. Если устройство будет взломано, соответствующий токен будет отменен, что не повлияет на другие устройства.

Используемые токены EMV должны:

  • Пройти правила проверки PAN с усилением взаимодействия
  • Представлять 13–19-значное число, которое соответствует правилам номера счета в сообщении ISO (форматирование «подобный»).
  • Не конфликтует и не конфликтует с фактическим эмитентом карты, которому назначен PAN
  • Сопоставлять и связывать в хранилище токенов с существующим PAN сущностью, которая его генерирует, перед отправкой запрашивающей стороне

С ростом популярности мобильных платежей токенизация становится ключом к повышению безопасности.Существует множество сценариев и реальных случаев, когда устройства для сниффинга могут быть или были установлены в цепочке транзакций. В новостях продолжает появляться все больше историй о массовых утечках данных с миллионов взломанных банковских счетов из-за отсутствия технологии токенов.

Например, ресторанная группа Earl Enterprises подтвердила, что в период с мая 2018 года по март 2019 года было взломано более двух миллионов кредитных карт в результате взлома их ресторанов, включая Earl of Sandwich, Planet Hollywood и Chicken Guy.Позже выяснилось, что украденные данные продавались в даркнете.

Украденные данные кредитной карты могут быть использованы для мошенничества CNP, создания клонированных карт только с магнитной полосой или даже трансплантации карт EMV. EMV теперь следует по пути, начатому Apple Pay и другими платежными системами с помощью мобильных кошельков: просто, проще говоря ... не раскрывайте PAN!

Движение к полной токенизации в EMV?

Как мы упоминали ранее, было бы полезно токенизировать все, а не только PAN.И, похоже, именно к этому движется консорциум EMV.

Во время контактной транзакции EMV терминал просматривает папку с именем 1PAY.SYS.DDF01 в чипе кредитной карты и считывает PSE (среду платежной системы). Он содержит список доступных платежных приложений и их возможностей. Платежное приложение регистрируется через его AID (идентификатор приложения), который представляет собой шестнадцатеричное значение.

Затем терминал выберет необходимый ему AID, например, дебетовую карту Mastercard (A0000000041010), выдаст несколько команд и команду «Получить параметры обработки».

Команда Получить параметры обработки показывает:

  • Емкость карты
  • Как он может взаимодействовать с терминалом для взаимной проверки
  • Как он будет обрабатывать риски и т. Д.

Вы, вероятно, будете удивлены, узнав, что в EMV, который должен быть настолько безопасным, вся эта информация является общедоступной. Он также не требует доступа к закрытым ключам или паролям. Следовательно, любой считыватель смарт-карт, оснащенный бесплатным программным обеспечением, может прочитать эту информацию, как мы объясняли ранее.

Доказано, что злоумышленники могут использовать эту информацию для создания всевозможных карт, включая трансплантаты или гибриды карт, которые содержат модифицированные платежные приложения, которые дают неверное значение терминалу. Это заставляет, например, аутентификацию SDA вместо аутентификации DDA или CDA. Аутентификация SDA может быть нарушена. В некоторых странах и банках, где внедрение EMV было небрежно, некоторые транзакции будут авторизованы обманным путем! Тогда может быть полезно заменить токенами PSE, AID, значения проверки карты и так далее.

Идея состоит в том, чтобы заменить все данные карты фиктивными токенами, которые не имели бы смысла для кого-либо без доступа к хранилищу. Этот метод уже используется технологиями HCE (эмуляция хост-карты) и облачной токенизации.

Вся транзакция EMV тогда будет выглядеть как головоломка с фрагментами информации, не имеющими смысла, если они не отображаются в хранилище. Это не шифрование, потому что ключ не нужен. Ключ просто необходим для доступа к безопасному хранилищу. Сочетание токенизации и шифрования с сохранением фактической генерации криптограмм в EMV обеспечит гораздо более высокий уровень безопасности.

Если вы думаете, что это паранойя, прочтите следующий пример реального случая взлома EMV.

За кулисами: конкретный случай, когда токенизация EMV имеет смысл

Вы можете подумать, что токенизация вообще не нужна, потому что вы считаете, что транзакции EMV очень безопасны. Но прежде чем отказываться от токенизации, читайте дальше. Вы можете передумать, прочитав эту правдивую историю.

Следующий пример реален и должен касаться всех, кто занимается обработкой кредитных карт.

Престижная сеть роскошных магазинов в Великобритании была взломана несколько лет назад. Магазины были оборудованы системой, в которой данные транзакций EMV Chip-and-PIN загружались на некоторые вспомогательные серверы управления, которые обслуживали терминалы кредитных карт для всех магазинов. Эти серверы находились вне среды EMV. Преступной группе хакеров, находящейся в Румынии, незаметно удалось завладеть этими серверами.

Похищенная информация была зашифрована.Действительно, программное обеспечение было:

  • Расшифровка данных карты
  • Ввод значения в переменную
  • Повторное шифрование данных
  • Удаление временной переменной

Проблема заключалась в том, что хакеры все еще могли сканировать память, чтобы перехватить временную переменную, содержащую PAN и другие банковские данные. В результате произошла утечка данных кредитных карт всех клиентов этих престижных магазинов. А поскольку система была EMV + PCI-DSS, она была украдена, и никто этого не заметил.Это нарушение продолжалось годами, и точно неизвестно, сколько данных было украдено (перехвачено).

EMV был первоначально создан в 1993 году, потому что аналогичные преступные группы подделывали магнитную полосу кредитных карт. Токенизация EMV будет расти из-за подобных историй, когда продавцы разрабатывают небезопасные информационные системы вокруг платежной среды EMV. Конечно, если бы это были токены PAR EMV, загруженные на вспомогательные серверы магазинов, румынская банда не смогла бы получить доступ к данным.

В настоящее время появляется много подобных историй об обнаружении устройств, установленных во всевозможных устройствах, и утечке данных кредитных карт при совершении платежей в ресторанах и отелях. Хотя эти нарушения происходят не повсеместно, их достаточно, чтобы беспокоиться.

Токенизация EMV может быть ответом

В платежной среде с множеством участников, распространением интернет-устройств и мобильных платежей токенизация EMV представляется обязательным решением, необходимым для предотвращения массовых утечек кредитных карт.

Список литературы

  • Другие статьи Мартина Руппа, Дон М. Тернер и других по токенизации (2018 г. - сегодня).
  • Дополнительные статьи Криса Аллена, Джо Линцена, Терри Аллена, Роба Стаббса, Стефана Хансена, Мартина Руппа и других о шлюзе криптосервисов (2018 г. - сегодня).
  • [1] Часто задаваемые вопросы по токенизации платежей EMV (FAQ) - Общие вопросы и ответы (2017), Консорциум EMV
  • [2] Применимость PCI DSS в среде EMV, Руководящий документ, версия 1 (5 октября 2010 г.), Совет по стандартам безопасности PCI.

Объяснение технологии кредитных карт с чипом EMV

В этой статье вы узнаете:

  • 10 шагов транзакции с чипом EMV

  • Сквозное шифрование

  • Как технология EMV предотвращает мошенничество

  • Особенности технологии EMV


В 2014 году количество утечек кредитных карт и данных выросло до 1 540, подвергнув опасности более миллиарда записей.Подавляющее большинство мошенничества произошло в пределах Соединенных Штатов. 47% случаев трансграничного мошенничества также происходит из США, и эксперты винят в этом медленное внедрение в Америке чиповых карт EMV.

Когда в Великобритании была внедрена технология чипов для кредитных карт, количество поддельных мошенников снизилось на 70%. Теперь, когда США, наконец, совершили переход, эта статистика будет падать и на местном уровне.

Что такое EMV?

EMV означает Europay, MasterCard и Visa, гигантов кредитных карт, которые доминируют в этом секторе и разработали глобальный стандарт безопасности на основе чипов.EMV представляет все кредитные карты с чипом, даже выпущенные небольшими компаниями.

Поскольку чипы генерируют новый номер для каждой транзакции, они делают подделку практически невозможной. Карта вставляется в устройство для чтения кредитных карт, а не проходит через него, а подпись завершает покупку.

Кто платит за мошенничество?

Переход на чиповые карты EMV - это хорошая новость, если у вас есть технология для их обработки, но плохая новость, если вы все еще медлите.Два года назад розничным торговцам не нужно было закрывать вкладку о нарушении безопасности контрафактной продукции, а теперь вы это делаете. Единственная страховка от ответственности - это предложить вашим клиентам технологию EMV.

Сдвиг ответственности начался в конце 2015 года, чтобы побудить розничных торговцев применять более безопасные методы работы. В то время розничное сообщество горько жаловалось Национальной федерации розничной торговли на расходы на обновление до новых считывателей карт, но вам не нужно платить ни цента в виде авансовых или фиксированных затрат.

Обычный считыватель EMV стоит от 500 до 1000 долларов, не считая ежемесячных сборов и комиссий за транзакции.Для сравнения, считыватели SumUp EMV взимают только процент от каждой транзакции. Они не требуют предоплаты или ежемесячной платы, поэтому переход в целях безопасности не составит труда.

EMV - быстрее, чем когда-либо

На данный момент самая большая жалоба на технологию чипов EMV заключается в том, что она обрабатывает карты со скоростью улитки. Когда переход все еще происходил, транзакции, безусловно, были мучительно медленными, как и принятие покупателями. Теперь, когда наступил 2017 год, кредитные карты с чипом работают быстрее, чем магнитные ленты.

Как EMV добавляет безопасности?

Поток транзакции EMV состоит из 10 шагов.

  1. Терминал и чип карты являются выбором приложения.

  2. Терминал считывает данные из этого приложения.

  3. Данные аутентифицируются в автономном режиме, чтобы убедиться, что карта не является подделкой.

  4. Подтверждение транзакции и чипа.

  5. Проверка держателя карты осуществляется с помощью PIN-кода, подписи или CVM.

  6. Считыватель проверяет пределы пола и т.п.

  7. Терминал требует одобрения.

  8. Карта утверждает онлайн или офф.

  9. Запрос онлайн-авторизации и аутентификации завершается и отправляется авторизующему платежу.

  10. Транзакция завершается, и сценарий выдачи отправляется обратно на карту.

Он используется во всем мире с 2011 года и прошел испытания примерно на 19 миллионах терминалов.

Помимо дополнительных шагов, связанных с транзакциями, процесс аутентификации подписи является более точным. Проверка PIN-кода добавляет еще один уровень предотвращения мошенничества. Кража личных данных становится гораздо более сложной задачей с чипом EMV, поскольку все магнитные полосы с конфиденциальной информацией, которые бесплатно передаются преступникам, защищены.

Важно отметить, что EMV - не новая технология.

Чего хотят покупатели?

EMV-чипы - это не просто виртуальный Fort Knox для информации, но и основная служба поддержки клиентов.

Они защищают ваших покупателей от нарушений. Фактически, чем больше рынок осознает преимущества чипа кредитной карты, тем больше он воспринимает отказ от внедрения этой технологии как провал в обслуживании клиентов.

Пресса забросала потребителей достаточной информацией, чтобы написать фолианты о новом стандарте. В 2014 году 60% покупателей приветствовали EMV, и их число растет с каждым днем.

Тем не менее, одних чип-карт EMV недостаточно: данные, к которым обращается ваш читатель, должны быть зашифрованы, чего не делает подавляющее большинство читателей.Ваша защита конфиденциальности ваших клиентов настолько же эффективна, насколько и ваше сквозное шифрование, которое должно быть сертифицировано EMVCo.

От конца до конца Что?

Сквозное шифрование - это система, которая ограничивает обмен данными между взаимодействующими пользователями. Он предотвращает попытки доступа к данным на любом программном обеспечении или кредитной карте с чипом, сохраняя эту информацию неразборчивой во время путешествия.

Этот вид шифрования когда-то был делом одних только программистов и ИТ-специалистов, но теперь вы услышите, как обыватели обсуждают его за чашкой кофе.Это стало частью повседневной жизни, учитывая огромное количество случаев кражи данных во всем мире.

Пользователи WhatsApp получают информацию об этом при каждом обновлении, и некоторые базовые приложения для ведения журнала предлагают это. Если что-то столь же безобидное, как блог, предлагает шифрование, насколько это важнее при работе с данными кредитной карты?

История шифрования

Интернет передает информацию через длинный ряд маршрутизаторов, серверов и устройств. На любом этапе хакер, склонный к мошенничеству с кредитными картами, может перехватить эти данные, поэтому шифрование было разработано как панацея.

Данные на вашем чипе шифруются, прежде чем они отправятся за пределы вашей кредитной карты. Когда он достигает правильного получателя, он расшифровывается. Это не новый инструмент.

Древние греки использовали метод шифрования и аутентификации для защиты спартанской военной связи, а в 1500 г. до н.э. ассирийские купцы использовали его для защиты своих торговых операций.

Вам не нужно понимать жаргон или участвовать в процессе шифрования, чтобы извлечь из этого пользу. Вам нужно только выбрать правильного партнера по сделке.

SumUp использует безопасность на уровне защищенных сокетов, поскольку это стандарт шифрования в Интернете.

Каждая кредитная карта EMV может использовать шифрование до тех пор, пока ваш ридер может. На стороне продавца нет ручного ввода или задач. Магия происходит автоматически.

Как насчет мошенничества без предъявления карты?

Переход на процессинг кредитных карт EMV оказался на 99,9% эффективен в предотвращении мошенничества с предъявлением карт в Европе. По мере созревания внедрения в Соединенных Штатах, вероятно, будет наблюдаться рост мошенничества как с магнитными полосами, так и без предъявления карт.Это нарушит текущий баланс, что приведет к большим убыткам для розничных продавцов, которые все еще полагаются на магнитные ленты.

Технология чипа и пин-кода кредитной карты, таким образом, является вашей лучшей мерой защиты для обработки карт в режиме онлайн и офлайн, но вашему бизнесу электронной коммерции необходимы дополнительные механизмы для обеспечения безопасности данных.

Эволюция внедрения чипов EMV

Первая чип-карта EMV была выпущена в 2010 году, чтобы дать уважаемым клиентам дополнительный уровень безопасности и создать карту, принимаемую во всем мире.Год спустя еще 1,6 миллиона пользователей получили дебетовые карты с чипом и PIN-кодом. Когда более мелкие эмитенты, такие как JPMorgan Chase и U.S. Bancorp, перешли на EMV, импульс стал непреодолимым.

Тем не менее, Великобритания приняла чиповые карты и подписные карты более широко и намного раньше, чем США. Они хотели внедрить технологию, которая могла бы обрабатывать транзакции в Интернете. Офлайн-подтверждения подразумевают использование подписи, в то время как онлайн-подтверждения используют PIN-коды.

Сегодняшняя безопасность кредитных карт осуществляется поэтапно, и каждый новый уровень добавляет дополнительный уровень безопасности.Если хакеры преодолеют внешний уровень, им все равно придется пройти еще несколько, если они хотят получить доступ к конфиденциальным данным в центре.

Пик EMV в Великобритании пришелся на 2008 год, когда общий уровень мошенничества снизился на 40%. Эти цифры выросли до более 69% для личных транзакций. Франция добилась еще более поразительных результатов. Уровень их мошенничества при личных транзакциях внутри страны в 2009 году составлял всего 0,01%.

Что еще может сделать EMV?

Считыватели чипов кредитных карт поставляются с достаточным количеством наворотов, чтобы быть привлекательными для любого розничного продавца.Они ускоряют очереди, упрощают торговую точку и даже создают записи об уровне запасов и бухгалтерских данных.

Бесконтактные терминалы также намного компактнее своих предшественников, поэтому их можно носить в кармане от двери до двери. Таким образом, ваш бизнес может быть настолько мобильным, насколько вы хотите. Все, что нужно вашему читателю, - это мобильное устройство Android или iOS для поддержки транзакций.

EMV, возможно, был разработан для обеспечения безопасности розничных продавцов и покупателей, но он эволюционировал, чтобы предоставить малым и средним предприятиям доступ к бизнес-моделям, которые были им недоступны ранее.

Теперь вы можете носить свою торговую точку где угодно и получить новый уровень автоматизации для поддержки ваших кадровых и бухгалтерских отделов.

Ваша рабочая нагрузка по сбору и обработке данных сошла на нет, оставив вашим сотрудникам дополнительные часы для работы над вашим доходом. С правильным партнером EMV чиповые карты - ваш билет к буму прибыли.


Резюме

Внедрение технологии EMV-чипов является важным показателем обслуживания клиентов, поскольку обеспечивает защиту информации о картах с помощью сквозного шифрования.Но это еще не все: с правильным партнером по EMV ваш PoS можно транспортировать, а ваша бухгалтерская и кадровая нагрузка значительно снижается.

CNB Bank - Что такое EMV?

Что такое EMV?

EMV означает Europay, MasterCard® и Visa ® и означает повышенную безопасность транзакций по платежным картам за счет использования чипа, встроенного в кредитные, дебетовые и предоплаченные карты. Чип-карты чрезвычайно сложно дублировать, и в сочетании с дополнительными уровнями безопасности, такими как шифрование, токенизация и другие методы аутентификации, EMV направлен на значительное сокращение мошенничества с платежными картами.

Что это значит для вас и вашего бизнеса?

Крайний срок EMV, обычно называемый «сдвигом ответственности», установлен на 1 октября 2015 года. Переход ответственности означает, что эмитенты карт должны начать использовать чипы EMV в выпускаемых ими картах. Кроме того, продавцы, которые принимают кредитные карты при личной встрече, должны перейти на совместимое с чипом оборудование, чтобы избежать потенциальных убытков из-за мошенничества и возвратных платежей.

Каковы последствия неподготовленности к сдвигу ответственности?

Если владелец карты, использующий чип-карту, инициирует возврат платежа, а продавец не использовал совместимое с чипом оборудование, продавец будет нести ответственность за любые транзакции с поддельными картами.Кроме того, продавец, у которого нет терминала с поддержкой EMV, потенциально может стать целью преступников, ищущих возможности для кражи информации о кредитных картах из менее защищенного, несовместимого с чипом оборудования точек продаж.

Что нужно делать продавцам?

CNB Bank готовился к сдвигу обязательств EMV в течение нескольких месяцев и может предложить продавцам несколько вариантов терминалов с поддержкой EMV. В целях вашей безопасности продавцам следует запланировать обновление оборудования для POS-карт до терминалов с поддержкой EMV не позднее 1 октября 2015 года.

Как узнать, совместим ли ваш терминал с EMV?

Пожалуйста, свяжитесь с Кэти Пенойер, чтобы узнать, готово ли ваше оборудование для CNB Bank, или узнать больше о EMV и о том, как обновить свой терминал. Мы будем рады помочь и ответить на любые ваши вопросы.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *