§ 34. Електромагнітні хвилі і швидкість їх поширення

Якщо провідником проходить змінний електричний струм, то навколо цього провідника існує змінне магнітне поле (мал. 75). Це поле спричиняє утворення змінного електричного поля в суміжних ділянках простору. Далі змінне електричне поле збуджує змінне магнітне поле, яке знову викликає появу змінного електричного поля і т. д. У результаті, поширюючись на все нові ділянки простору, електромагнітне поле переміщається з ділянок, де воно раніше існувало.

Швидкість поширення електромагнітного поля при­близно дорівнює 300 000 км/с. Однак не так важливе зна­чення цієї швидкості, як те, що вона, хоч дуже велика, але скінченна. Адже це означає, що електромагнітне коливання може поширюватися і після зникнення причин, які зумовили його виникнення (наприклад, вимкнуто струм).

Отже, електромагнітне поле може існувати самостійно, без зв'язку із зарядами й струмами. Кожна точка електро­магнітного поля характеризується певною напруженістю електричного та індукцією магнітного (В) полів. На­пруженістьй індукція взаємозв'язані між собою і коливаються в однаковій фазі (синхронно) — вони одно­часно перетворюються на нуль і одночасно досягають максимальних значень. Коливання S у певній точці викликає коли­ванняне лише в цій точці, а й у сусідніх, і навпаки, коливання в цій точці викликає появу магніт­ного поля в усіх точках навколиш­нього простору.

Поширення у просторі електро­магнітного поля, в якому напру­женість електричного й індукція магнітного полів змінюються періо­дично, називають електромагнітною хвилею. Вектори напруженості

і магнітної індукції В електромагнітної хвилі в даній точці простору завжди взаємоперпендикулярні, оскільки лінії напруженості електричного поля завжди охоплюють лінії індукції магнітного поля. Крім того, вони перпендикулярні і до напряму поширення хвиль (до вектора швидкості v). Отже, електромагнітні хвилі — поперечні (мал. 76). Одна синусоїда відображає коливання вектора напруженості Е електричного поля, а друга — вектора індукції В маг­нітного поля (обидва вектори коливаються в однаковій фазі).

Електромагнітне поле, утворене взаємозв'язаними вих­ровим електричним і магнітним полями, поширюється з швидкістю v. При цьому швидкість поширення електрич­ного і магнітного полів однакова, тобто. _Напру-женість електричного Е й індукція магнітного В полів в електромагнітному полі зв'язані між собою рівняннями: . Перемножуючи ці рівняння, дістанемо

звідки

Підставляючи в цю фор-

мулу числові значення електричної і магнітної сталих, дістанемо:

Отже, швидкість електромагнітних хвиль дорівнює швидкості поширення світла у вакуумі. Цей результат дав можливість англійському фізику К. Максвеллу (1831—1879) висловити припущення, що світло є окремим випадком поширення електромагнітного поля. Це припу­щення пізніше дістало експериментальне підтвердження.

Існування електромагнітних хвиль та їх властивості були теоретично передбачені Максвеллом в шестидесятих роках XIX століття і лише у 1888 р. електромагнітні хвилі були вперше експериментально одержані і вивчені німецьким фізиком Г. Герцем. За допомогою ряду тонких експериментів Герц виявив і дослідив відбивання, залом­лення, інтерференцію, дифракцію і поляризацію електро­магнітних хвиль. Він довів, що у всіх випадках електро­магнітні хвилі поводять себе подібно до видимого ви­промінювання, закономірності поведінки якого на той час були добре вивчені. Важливим результатом дослідів Герца було визначення швидкості поширення електромаг­нітних хвиль. Виявилося, що вона дорівнює швидкості світла. Це послужило ще одним підтвердженням теорії Максвелла.

* 1. Опишіть процес поширення електромагнітного поля у просторі. 2. Про що свідчить скінченніеть швидкості поширення електромаг­нітних коливань? 3. Що таке електромагнітна хвиля? Як напрямлені в ній вектори напруженості електричногота індукції магнітного полів і швидкість поширення хвилі? 4. У яких фазах коливаються вектори?