Електромагнітні хвилі. Шкала електромагнітних хвиль

Електромагнітні хвилі – це процес поширення електромагнітних коливань у просторі. Джерелом електромагнітних хвиль може бути відкритий коливальний контур. Вперше електромагнітні хвилі були експериментально вивчені Герцем у 1888 році.

У закритому коливальному контурі коливання електричного поля, в основному, зосереджені між обкладками конденсатора, а магнітного поля – в котушці індуктивності. Коливання в такому контурі підтримується шляхом підведення енергії до обкладок конденсатора від джерела змінної електрорушійної сили. Щоб сумістити в просторі коливання електричного і магнітного полів, необхідно перейти до вібратора Герца (рис. 5.13). Коли різниця потенціалів між кульками досягає значної величини і між ними проскакує іскра, у просторі навколо вібратора встановлюються електромагнітні коливання.

Відомо (розділ 4), що електромагнітне поле описується системою рівнянь Максвелла. Розв’язуючи ці рівняння для випадку непровідного середовища і відсутності вільних зарядів , отримаємо:

. (5.83)

Система (5.83), якщо порівняти її з рівнянням (5.56), є системою хвильових рівнянь для електричної і магнітної складових електромагнітного поля. Таким чином, електромагнітне поле не може бути локалізоване в точці, а поширюється в навколишньому середовищі у вигляді електромагнітних хвиль. З порівняння (5.83) і (5.56) отримаємо для фазової швидкості поширення електромагнітної хвилі

,

де м/с –швидкість поширення цих хвиль у вакуумі .

Співпадання значення с зі швидкістю світла у вакуумі дозволило Максвеллу стверджувати, що світло є електромагнітною хвилею.

Для плоскої електромагнітної хвилі, що поширюється вздовж осі x, система (5.83) набуває вигляду:

,

.

Розв’язуючи цю систему, отримаємо рівняння плоскої електромагнітної хвилі (рис. 5.14)

.(5.84)

Видно, що електромагнітна хвиля – поперечна, при цьому напрямки коливань та – взаємноперпендикулярні.

Електромагнітні хвилі мають широкий діапазон довжин хвиль або частот, які залежать від способу їх генерації; зокрема, радіохвилі мають довжини , для інфрачервоних, світлових, ультрафіолетових: , для рентгенівського і g-випромінювання: . Радіохвилі генеруються вібраторами; світлові та рентгенівські хвилі – молекулами і атомами; g-промені – ядрами.