14.9. Электромагнитные волны и их свойства

Источником электромагнитных волн, например, является колебательный контур. Но излучение такого контура мало. Для излучения довольно большой энергии контур надо сделать открытым.

Так как поле переменно, то оно создает переменное поле, что приводит согласно теории Максвелла к образованию электромагнитной волны. Из теории Максвелла следует не только возможность существования электромагнитных волн, но она позволяет установить и все их основные свойства:

	1. Векторы , и (скорость волны) взаимно перпендикулярны и образуют правовинтовую систему, не зависящую ни от какой координатной системы.
	2. Векторы и всегда колеблются в одинаковых фазах, причем между мгновенными значениями и в любой точке существует определенная связь: одновременность max, 0 и min.

3. Длина волны (расстояние между двумя ближайшими точками, колеблющимися в одинаковой фазе) определяется уравнением: λ = V·T,гдеТ – период колебания, зависящий от параметров источника, можно определить по формуле Томсона: 4. Скорость распространения зависит от среды и равна: ,где С– скорость света в вакууме;ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости среды. Так как – показатель преломления среды, то закон Максвелла: 5. Уравнение плоской электромагнитной волны описывает закон изменения или : , где – волновое число;

«–» – волна распространяется вдоль оси «+» – волна распространяется в противоположном направлении от оси 6. Распространение электромагнитных волн сопровождается переносом энергии, характеризующей электромагнитное поле.Плотность энергии для:

1) электрического поля:

2) магнитного поля:

Следовательно, в единице объема электромагнитного поля должна содержатся энергия, равная сумме этих объемных плотностей:

Умножив – поток энергии через единицу площади в единицу времени (вектор плотности энергии): Учитывая, что можно получить: Вектор был впервые введен в 1874 году русским физиком Николаем Алексеевичем Умовым. В 1884 году понятие о потоке электромагнитной энергии ввел английский физик Дж. Пойтинг, поэтому его называют вектором Умова-Пойтинга (направлен в сторону распространения волны).

14.10 Электромагнитные волны, их шкала и классификация

Электромагнитные волны классифицируются по длине волны или связанной с ней частотой волны . Отметим также, что эти параметры характеризуют не только волновые, но и квантовые свойства электромагнитного поля. Соответственно в первом случае электромагнитная волна описывается классическими законами, но и квантовыми.

Спектром электромагнитных волн называется полоса частот электромагнитных волн, существующих в природе. Спектр электромагнитного излучения в порядке увеличения частоты составляют: радиоволны; инфракрасное излучение; световое излучение; рентгеновское излучение; гамма излучение. Различные участки электромагнитного спектра отличаются по способу излучения и приёма волн, принадлежащих тому или иному участку спектра. По этой причине, между различными участками электромагнитного спектра нет резких границ. Радиоволны изучает классическая электродинамика. Инфракрасное световое и ультрафиолетовое излучение изучает как классическая оптика, так и квантовая физика. Рентгеновское и гамма излучение изучается в квантовой и ядерной физике.