Главная | Обратная связь

Електромагнітна хвиля

Якщо привести у коливальний рух електричний заряд, то поблизу від нього почне періодично змінюватися електричне поле, яке у свою чергу утворить періодично змінне магнітне поле. Ці зміни поширюватимуться у просторі. У просторі, який оточує заряд, виникає система взаємно перпендикулярних електричного і магнітного полів, які періодично змінюються. Якщо пропускати по провіднику змінний струм, то навколо провідника періодично змі­нюватиметься магнітне поле. Змінне магнітне поле створить змінне електричне поле, яке, у свою чергу, створить змінне магнітне, і т. д. Як відомо, поширення в просторі коливань речовини або поля називається хви­лею. Тобто можна сказати, що ми одержимо електромагнітну хвилю.

Електромагнітна хвиля- це процес поши­рення в просторі просторі з кінцевою швидкістю електричних і магнітних по­лів, що періодично змінюються.

Їх передбачив у 1832 році Фарадей, а в 1860 році теоретично довів Максвелл.

Джерелом хвилі в першому випадку буде коливне заряджене тіло, у другому - провід­ник, по якому тече змінний струм. Проте реальну електромагнітну хвилю створить тільки змінний струм, але і її енергія буде настільки малою, що хвиля навряд чи подолає відстань, яка дорівнює розміру кімнати. Оскільки енергія електромагнітної хвилі пропорційна частоті в четвертому степені ( W ~ ν⁴), то дже­релом електромагнітної хвилі може бути тільки пристрій, у якому створюються електромагнітні коливання високої частоти.

Рис. 1

Електромагнітна хвиля як процес поширення електромагнітно­го поля насамперед характеризується вектором напруженості Е та вектором магнітної індукції В. Будь-яка хвиля періодична і в часі, і в просторі, тому ці величини періодично змінюються і з часом, і зі зміною відстані від джерела хвилі.За теорією Максвелла вектори Е і В перпендикулярні як до напрямку поширення хвилі, так і один до одного, при цьому вони одночасно досягають максимального значення й одночасно перетво­рюються на нуль (рис. 1.).

Отже, електромагнітна хвиля - це поперечна хвиля. Уздовж напрямку поширення хвилі та в даній точці простору відбуваються плавні зміни напруженості та магнітної індукції електромагнітного поля.

Електромагнітна хвиля, як і механічна, характеризується періодом і частотою коливань, довжиною та швидкістю поширення.

Швидкість поширення електромагнітної хвилі— це відстань, на яку поширюється електромагнітна хвиля за одиницю часу: . Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі є ста­лою й дорівнює швидкості світла у вакуумі: с = 3∙10⁸ м/с.

Довжина хвиліλ — це відстань, на яку поширюється електромагніт­на хвиля за час, що дорівнює періоду; або: відстань між двома най­ближчими точками в просторі, в яких коливання вектора напруженості (вектора магнітної індукції) відбуваються однаково (див. рис. 1). Довжина хвилі пов’язана зі швидкістю її поширення формулою – для вакууму; – для середовища.

Електромагнітні хвилі переносять енергію. Якщо перпендику­лярно до напрямку поширення хвилі розташувати майданчик площею S, то за інтервал часу Δt через майданчик буде перенесена енергія де –відстань, на яку поширилась хвиля за час Δt ; , – об ємні густини електричної й магнітної енергій відповідно. В будь-якій точці простору: .

У 1888 році німецький учений Герц експериментально відкрив електромагнітні хвилі, передбачені теорією. Учений сконструював високочастотний генератор електричних коливань і резонатор - приймач цих коливань. Він не тільки одержав електромагнітні хвилі, а й вивчив їхні властивості. Досліди Герца показали, що електромагнітні хвилі відбиваються від провідника, заломлюються на межі з діелектриком, можуть інтерферувати, огинати перешкоди, їх можна поляризувати. При цьому відбивання, заломлення, інтерференція й дифракція хвиль відбуваються за такими самими законами, що й для світла. Таким чином, Герц підтвердив висновок Максвелла про електромагнітну природу світла.