Электромагнитные волны

В общем случае утверждать, что в данной точке пространства существует только электрическое или только магнитное поле, нельзя. Предположим, что какой-то заряд, покоящийся относительно Земли, создает неоднородное электрическое поле, магнитного поля вокруг заряда нет. Если наблюдатель находится в системе координат, движущейся относительно Земли, то неоднородное электрическое поле, созданное этим зарядом, для него уже переменно во времени. Это переменное электрическое поле порождает магнитное. Таким образом, для этого наблюдателя существуют одновременно и электрическое и магнитное поля.

Индукция магнитного поля, возникающего в результате изменения электрического, пропорциональна скорости изменения напряженности электрического поля: . Напряженность электрического поля, возникающего в результате изменения магнитного поля, согласно закону Фарадея, пропорциональна скорости изменения индукции магнитного поля: .

Если в какой-либо точке пространства возбудить вихревое электрическое поле, то силовые линии возникающего переменного магнитного поля охватывают силовые линии электрического поля концентрическими окружностями. Меняющееся магнитное поле порождает электрическое поле, силовые линии которого охватывают силовые линии магнитного поля, и т.д.

Значит, переменные электрическое и магнитное поля взаимосвязаны, они поддерживают друг друга и могут существовать независимо от источника, их породившего, распространяясь в пространстве в виде электромагнитной волны. Другими словами, электромагнитные волны – это распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле.

Из теории Максвелла следует, что электромагнитные волны являются поперечными: векторы и взаимно-перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной вектору – скорости распространения волны. Кроме того, в электромагнитной волне векторы и всегда колеблются в одинаковых фазах, одновременно достигают максимума, одновременно обращаются в нуль.

Таким образом, электромагнитная волна является волной поперечной.

Согласно теории Максвелла, скорость распространения электромагнитных волн – величина конечная. Она определяется электрическими и магнитными свойствами среды, в которой распространяется электромагнитная волна:

,

где e₀ и m₀ – электрическая и магнитная постоянные; e и m – относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды.

Если электромагнитная волна распространяется в вакууме, то e = 1, m = 1.

Вычислим скорость распространения электромагнитной волны в вакууме:

.

Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости света в вакууме: .

Расстояние, на которое перемещается электромагнитная волна за время, равное одному периоду колебания, называется длиной волны. Если v – скорость распространения электромагнитной волны в однородной среде, T – ее период, n – частота, l – длина, то или . Для вакуума или

.

Так как скорость волны зависит от e и m среды, то при переходе волны из одной среды в другую изменяются v и l, а частота колебаний остается прежней.

Если волна переходит из вакуума в среду с диэлектрической проницаемостью e и магнитной m, то длина волны уменьшается:

где l₀ – длина волны в вакууме.

Вопросы для самоконтроля:

1. Каким образом возникают свободные колебания в колебательном контуре?

2. От чего зависит период свободных колебания в контуре?

3. Какие колебания называются затухающими?

4. Какие электромагнитные колебания называют вынужденными?

5. Чему равна плотность энергии электромагнитного поля?

6. Что представляет собой электромагнитная волна?

7. От чего зависит скорость распространения электромагнитной волны?

8. Что называют длиной электромагнитной волны?