Свойства электромагнитных волн

Для излучения электромагнитных волн заряд не обязательно должен совершать колебательное движение; главное — чтобы у заряда было ускорение. Любой заряд, движущийся с ускорением, является источником электромагнитных волн. При этом излучение будет тем интенсивнее, чем больше модуль ускорения заряда.

Так, при равномерном движении по окружности (скажем, в магнитном поле) заряд имеет центростремительное ускорение и, стало быть, излучает электромагнитные волны. Быстрые электроны в газоразрядных трубках, налетая на стенки, тормозятся с очень большим по модулю ускорением; поэтому вблизи стенок регистрируется рентгеновское излучение высокой энергии (так называемое тормозное излучение).

В качестве примера рассмотрим излучение заряда, совершающего гармонические колебания с частотой ν вдоль оси Y вокруг начала координат. Во все стороны от него бегут электромагнитные волны — в частности, вдоль оси X. На рис. 1 показана структура излучаемой электромагнитной волны на большом расстоянии от заряда в фиксированный момент времени.

Рис. 1. Синусоидальная электромагнитная волна

Скорость волны �⃗c направлена вдоль оси X. Векторы �⃗E и �⃗B в каждой точке оси X совершают синусоидальные колебания вдоль осей Y и Z соответственно, меняясь при этом синфазно.

Кратчайший поворот вектора �⃗E к вектору �⃗B всегда совершается против часовой стрелки, если глядеть с конца вектора �⃗c.

В любой фиксированный момент времени распределение вдоль оси X значений модуля векторов �⃗E и �⃗B имеет вид двух синфазных синусоид, расположенных перпендикулярно друг другу в плоскостях XY и XZ соответственно. Длина волны λ — это расстояние между двумя ближайшими точками оси X, в которых колебания значений поля происходят в одинаковой фазе (в частности — между двумя ближайшими максимумами поля, как на рис. 1).

Таким образом, электромагнитные волны оказались поперечными.

Поперечные электромагнитные волны — волны, колебания векторов напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля которых происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Частота, с которой меняются значения E и B в данной точке пространства, называется частотой электромагнитной волны; она совпадает с частотой ν колебаний излучающего заряда. Длина электромагнитной волны λ, её частота ν и скорость распространения c связаны стандартным для всех волн соотношением:

�=��(1)c=λν(1)

Эксперименты показали, что электромагнитным волнам присущи те же основные свойства, что и другим видам волновых процессов.

1. Отражение волн. Электромагнитные волны отражаются от металлического листа — это было обнаружено ещё Герцем. Угол отражения при этом равен углу падения.

2. Поглощение волн. Электромагнитные волны частично поглощаются при прохождении сквозь диэлектрик.

3. Преломление волн. Электромагнитные волны меняют направление распространения при переходе из воздуха в диэлектрик (и вообще на границе двух различных диэлектриков).

4. Интерференция волн. Герц наблюдал интерференцию двух волн: первая приходила к приёмному вибратору непосредственно от излучающего вибратора, вторая — после предварительного отражения от металлического листа. Меняя положение приёмного вибратора и фиксируя положения интерференционных максимумов, Герц измерил длину волны λ. Частота ν собственных колебаний в приёмном вибраторе была Герцу известна. По формуле (3) Герц вычислил скорость распространения электромагнитных волн и получил приближённо c ≈ 3⋅1083⋅108 м/с. Именно такой результат предсказывала теория, построенная Максвеллом

5. Дифракция волн. Электромагнитные волны огибают препятствия, размеры которых соизмеримы с длиной волны. Например, радиоволны, длина волны которых составляет несколько десятков или сотен метров, огибают дома или горы, находящиеся на пути их распространения