Электромагнитные волны

Источником электрического поля служат неподвижные электрические за­ряды, источником магнитного поля – движение этих зарядов. Совокупное взаимодействие этих полей называют электромагнитным полем. Электро­магнитное излучение возникает тогда, когда электрические заряды движутся не с постоянной скоростью, а с переменной, т.е. с ускорением. В ограничен­ной среде это означает, что заряды и связанное с ними электромагнитное поле, находятся в колебательном состоянии.

Ø Электромагнитное излучение или электромагнитные волны есть распространяющееся в пространстве изменение состояния электромагнитного поля

Ø Электромагнитные волны есть электромагнитные колебания, рас­пространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, завися­щей от свойств среды. Электромагнитной волной называют рас­пространяющееся электромагнитное поле.

Электромагнитные волны характеризуются волновым вектором k, ко­торый определяет направление распространение волны, вектором напряжен­ности электрического поля E волны и вектором напряженности магнитного поля волны H. Электромагнитные волны – это поперечные волны, у которых вектора напряженности электрического и магнитного поля перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волны, Е ^ Н и Е, Н ^ к.

В вакууме электромагнитная волна распространяется в пространстве со скоростью равной скорости света с = 299792458±1,2 м/с. Различают группо­вую скорость электромагнитной волны, которая определяет перенос энергии в волне, и фазовую скорость, которая определяет перенос информации – форму сигнала. В среде, характеристики которой зависят от величины элек­трического или (и) магнитного поля, скорость электромагнитных волн будет меньше, чем скорость света в вакууме, причем фазовая скорость не будет равна групповой.

Электромагнитная волна характеризуется частотой f, длиной волны l и волновым числом k, которые связаны между собой соотношением:

2.10

Положение вектора электрического поля Е относительно направления распространения волны n или волнового вектора k, численное значение ко­торого равно волновому числу k, а направление совпадает с нормалью к фронту распространению волны nk= k· n, есть поляризация электромагнит­ного излучения.

Ø Поляризация определяет положения вектора Е в плоскости, перпен­дикулярной волновому вектору k, т.е. направлению рас­пространения (фронту волны).

Электромагнитная волна может быть неполяризованной, когда вектор электрического поля в волне может иметь любое случайное направление, как например при естественном свете, или поляризованной, в которой характер ориентации вектора электрического поля остается постоянным, как в поле излучения антенн радиостанций. Различают много типов поляризации элек­тромагнитных волн. Так при линейной поляризации вектор поля Е имеет по­стоянную ориентацию относительно направления распространения, В волне с круговой поляризацией, вектор электрического поля равномерно вращается вокруг направления распространения. В эллиптически поляризованной волне электрическое поле тоже вращается вокруг направления распространения, но скорость вращения зависит от угла поворота поля.

Электромагнитное излучение принято делить на несколько частотных диапазонов - радиоволновой, сверхвысокочастотный, оптический, рентге­новский. Разделение по диапазонам достаточно условно, в его основе лежат два принципа – общность физических механизмов возникновения и общ­ность техники об­наружения и исследования.

При распространении в пространстве или какой-либо среде электромаг­нитное излучение независимо от его природы и длины волны проявляет одина­ковые свойства. Оно может рассеивать и отражаться от неоднородностей среды, поглощаться в среде и изменять направление распространения (явление прелом­ления) и свои поляризационные свойства. Если электромагнитная волна содер­жит только очень узкий частотный спектр не изменяющийся во времени, т.е. яв­ляется монохроматической и когерентной, проявляются чисто волновые эф­фекты интерференции и дифракции электромагнитных волн.

Таблица 2.2. Характеристики диапазонов электромагнитного излучения.

Название диапазона	Частота, f (длина волны, λ)	Источники излучения
Радиоволновый	Сверхдлинные	менее 30 кГц более 10 км	Атмосферные явления. Переменные токи в проводниках (металлах, электролитах, плазме и электронных потоках), движение зарядов в полупроводниках и диэлектриках
Длинные	30 кГц — 300 кГц 10 км — 1 км
Средние	300 кГц — 3 МГц 1 км — 100 м
Короткие	3 МГц — 30 МГц 100 м — 10 м
Ультракороткие	30 МГц — 300 МГц 10 м — 1 м
Сверхвысокочастотный (СВЧ)	1 м– 1 мм 300МГц – 300 ГГц
Оптический	Инфракрасный	300 ГГц — 429 ТГц 1 мм — 780 нм	Излучение молекул и атомов при тепловых и электрических воздействиях, а также под воздействием заряженных частиц
Видимый	429 ТГц — 750 ТГц 780—380 нм
Ультрафиолетовый	(0,075 — 3)×10^16 Гц 380 — 10 нм
Рентгеновский	(0,003 — 6)×10^19 Гц 10 нм — 5 пм	Излучение атомов при воздействии ускоренных заряженных частиц и радиоактивном распаде атомов.
Гамма	более 6×10^19 Гц менее 5 пм	Внутриядерные процессы, радиоактивный распад.

Дата добавления: 2015-03-31