Л екція 19. Електромагнітні хвилі

19.1 Електромагнітні хвилі у вакуумі. Основні властивості електромагнітної хвилі.

Електромагнітне поле

Розглянемо заряд, що знаходиться на рухомому візку (Рисунок 19.1). Відносно спостерігача, який знаходиться на візку, навколо заряду існує електростатичне поле (електростатичне поле створюють нерухомі заряди). Відносно спостерігача, який знаходиться на землі, навколо цього ж заряду діє магнітне поле. (магнітне поле створюють рухомі заряди). Таким чином, електричні й магнітні поля мають спільну природу і є проявом єдиного електромагнітного поля, яке в одних умовах проявляється як електричне, а в інших – як магнітне поле.

Електромагнітні хвилі

1. Англійський фізик Д. Максвел у 1864 р. передбачив існування електромагнітних хвиль. Їх відкрив 1887 р. німецький фізик Г. Герц, а вперше застосував для передачі інформації 5 травня 1895 р. російський учений О. Попов. Тому 5 травня вважається Міжнародним днем радіо. На даний час за допомогою електромагнітних хвиль транслюється радіо й телевізійні передачі, здійснюються радіотелефонний і цифровий зв’язок та радіолокація.

2. Визначення. Поширення у просторі змінних електричних і магнітних полів називають електромагнітною хвилею.

3 . Умови виникнення електромагнітних хвиль. Для виникнення електромагнітних хвиль необхідно, щоб заряди рухалися з прискоренням і це прискорення повинне бути дуже великим.

4. Математичний опис. ; c=λ; v=λ_cν, де с – швидкість електромагнітної хвилі у вакуумі; v – швидкість електромагнітної хвилі в середовищі;.₀ – електрична постійна;  - діелектрична проникність; ₀ – магнітна стала;  - магнітна проникність речовини, λ – довжина хвилі; ν – частота хвилі.

При переході електромагнітної хвилі з одного середовища в інше змінюється її довжина, частота ж хвилі залишається постійною. Тому швидкість поширення хвиль у різних середовищах різна.

5. Пояснення явища (Рисунок 19.2). Утворення й поширення електромагнітних хвиль пояснюють положеннями Максвела:

- змінне електричне поле породжує змінне магнітне поле;

- змінне магнітне поле породжує змінне вихрове електричне поле;

- розпочавшись одного разу, процес взаємного перетворення полів буде безперервно продовжуватися, охоплюючи все нові й нові ділянки простору.

Властивості електромагнітних хвиль

1. Електромагнітна хвиля – це поперечна хвиля, зміна векторів електричної напруженості й магнітної індукції якої лежать у взаємо перпендикулярних площинах і мають однакові фази коливань (Рисунок 19.3).

2. Електромагнітні хвилі переносять енергію. Енергія хвилі пропорційна ω⁴. 3. Електромагнітні хвилі відбиваються від металевих поверхонь.

4 . Електромагнітні хвилі заломлюються при переході з одного середовища в інше.

5. Для електромагнітних хвиль характерні явища інтерференції, дифракції, дисперсії й поляризації.

6. Для електромагнітних хвиль справедливий принцип суперпозиції. Хвилі не взаємодіють між собою, а накладаються одна на одну й діють на речовину незалежно одна від одної.

19.2 Шкала електромагнітних хвиль

Електромагнітні хвилі можуть мати різні довжини (частоти) (Рисунок 19.4). Від довжини електромагнітної хвилі залежать її властивості. Хоча всім електромагнітним хвилям властиві явища інтерференції, дифракції, дисперсії, поляризації, виконуються закони відбивання, заломлення та принцип суперпозиції хвиль.

З а властивостями електромагнітні хвилі поділяють на: низькочастотні електромагнітні хвилі; радіохвилі; інфрачервоне випромінювання; видиме світло; ультрафіолетове випромінювання; рентгенівське випромінювання; гамма випромінювання й космічні промені.