Лекция. Электромагнитные волны

Электромагнитные волны –это переменное электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света (в вакууме с = 3^.10⁸ м/с ).

Существование электромагнитных волн вытекает из уравнений Максвелла, которые в области пространства, не содержущей свободных электрических зарядов и макроскопических токов, имеют вид:

.

Первостепенную роль в этом явлении играет ток смещения . Именно его присутствие наряду с величиной и означает появление электромагнитных волн.

Всякое изменение во времени магнитного поля возбуждает поле электрическое. Изменение электрического поля, в свою очередь, возбуждает магнитное поле.

Если среда – однородный и изотропный диэлектрик, не обладающий сегнетоэлектрическими или ферромагнитными свойствами , то получаем

Используя известное из математики соотношение

, получаем

и .

Так как распространение волн в однородной изотропной среде в общем случае описывается волновым уравнением типа . то

и

1) полученные дифференциальные уравнения для и являются волновыми уравнениями, где фазовая скорость электромагнитной волны, а скорость электромагнитной волны в вакууме;

2) векторы , и взаимно перпендикулярны и образуют правовинтовую систему независимо от выбора координатной системы и всегда колеблются в одинаковых фазах, причём мгновенные значения и в любой точке связаны соотношением

.

Это означает, что и одновременно достигают максимума и одновременно обращаются в нуль.

Волновым уравнениям и удовлетворяют плоские монохроматические электромагнитные волны, описываемые уравнениями

и , где

и амплитуды напряжённостей электрического и магнитного полей волны;

круговая частота волны;

волновое число;

начальная фаза колебаний, одинаковая для и .

Теория Максвелла позволяет установить перечисленные свойства для любой электромагнитной волны независимо от её формы (т.е. это может быть не только гармоническая волна ,но и электромагнитное возмущение произвольной формы).