Поняття про електромагнітні хвилі

Як самостійний вид матерії, тобто при відсутності зарядів та струмів, електромагнітне поле може існувати в формі електромагнітних хвиль, що поширюється у просторі зі швидкістю світла м/с. Таким чином, електромагнітні хвилі - це процес поширення у просторі змінних електромагнітних полів.

Найпростішою системою, яка випромінює електромагнітні хвилі, є електричний диполь, який здійснює коливання. Прикладом такого диполя може бути система, що утворена нерухомим точковим зарядом і рухомим точковим зарядом (рис. 6.2.)

Р ис. 6.2

Коли заряд здійснює коливальний рух вздовж вертикального напряму - змінюється відстань між зарядами та їх взаємне розташування. Тому відбувається зміна за величиною і напрямком таких величин як плече диполя , дипольного моменту і векторів електричного поля . За допомогою рис. 1.2. можна уявити як змінюється вектор у точці яка розташована на деякій відстані праворуч від диполя. Але, як відомо, при зміні електричного поля, виникає змінне магнітне поле. В свою чергу змінне магнітне поле буде створювати змінне (вихрове) електричне поле у інших точках простору.

Процес розповсюдження змінних електричного та магнітного полів і є електромагнітною хвилею.

На рис. 6.3. показаний миттєвий «портрет» хвилі, тобто показані вектори і в різних точках лінії вздовж напрямку поширення хвилі.

Рис. 6.3

Необхідно звернути увагу, що по-перше, в будь якій точці простору вектори і взаємно перпендикулярні один одному і напрямку поширення хвилі, тобто електромагнітні хвилі є поперечними; по-друге, вектори і змінюють свою величину і напрямок в просторі (наприклад, в одних точках вектор направлений вгору, в інших донизу; по-третє, якщо заряд , який є джерелом хвилі, коливається за синусоїдальним законом, то амплітуди векторів і також змінюються за синусоїдальним законом.

Важливо також підкреслити, що в електромагнітній хвилі відбувається коливання полів, а не речовини. Наочно це можна уявити як періодичну зміну векторів і у різних точках простору, яких досягла електромагнітна хвиля.

Загальне поняття про поляризацію електромагнітних хвиль

Вище розглянуто важливий окремий випадок формування електромагнітної хвилі одиночним зарядом, що здійснює гармонічні коливання вздовж вертикального напрямку. В результаті такого руху виникає електромагнітна хвиля, яка зображається схемою з двох векторів і , що коливаються в фіксованих площинах (рис. 6.3.).

Якби заряд здійснював аналогічні коливання вздовж горизонтального напрямку, то схематично хвилю можна було б уявити так як показано на рис. 6.4.

Рис. 6.4

Площини, в яких коливаються вектори і змінились, але залишаються незмінними протягом часу.

В першому випадку (рис.6.3) всі вектори знаходяться у вертикальній площині в другому випадку (рис. 6.4) - у горизонтальній.

Якщо в електромагнітній хвилі спостерігається певна впорядкованість орієнтації векторів і, відповідно, векторів то хвиля називається поляризованою.

В розглянутих випадках хвиля виявляється лінійною або плоско-поляризованою. Це пов'язано з тим, що всі вектори лежать в строго фіксованих площинах. Площина, в якій відбувається коливання вектора називається площиною поляризації.

В загальному випадку поляризаційний стан електромагнітної хвилі виявляється більш складним. Хвиля може бути накладенням великої кількості лінійно-поляризованих хвиль. Це означає, що в будь-якій точці простору, де розповсюджується хвиля, напрямок векторів і, відповідно, буде різним і, таким чином, невпорядкованим.

Існування поляризації електромагнітних хвиль можна показати на прикладі випромінювання і приймання електромагнітних хвиль телевізійного діапазону (рис. 6.5).

Рис.6.5

Електромагнітні хвилі телестанції поляризовані так, що вектори коливаються в горизонтальній площині. Тому на приймальних антенах, що стоять на дахах, основні елементи антен орієнтовані горизонтально і направлені перпендикулярно напрямку поширення хвилі.

Радіомовлення ведеться при вертикальній поляризації електромагнітних хвиль. Тому антени на автомобілях орієнтовані вертикально.