Глава 19. Электромагнитные волны
Существование электромагнитных волн – переменного электромагнитного поля, распространяющегося с конечной скоростью, - вытекает из системы уравнений Максвелла. Уравнения Максвелла сформулированы в 1865 году на основе обобщения эмпирических законов электрических и магнитных явлений. Опыты Герца, доказавшие, что электрические и магнитные поля действительно распространяются в идее волн, поведение которых полностью описывается уравнениями Максвелла, сыграли решающую роль для утверждения максвелловской теории.
Итак, полная система уравнений Максвелла в интегральной форме (16.1):
(16.1) |
Величины, входящие в уравнения Максвелла, не являются независимыми и между ними существует связь.
Для изотропных, несегнетоэлектрических и неферромагнитных сред запишем формулы связи:
, | (16.2) | |
, | (16.3) | |
, | (16.4) |
где – электрическая постоянная, – магнитная постоянная,
– диэлектрическая проницаемость среды, m – магнитная проницаемость среды,
|
|
r – удельное электрическое сопротивление, – удельная электрическая проводимость.
Из уравнений Максвелла вытекает, что:
- источником электрического поля могут быть либо электрические заряды,
- либо изменяющиеся во времени магнитные поля, которые могут возбуждаться либо движущимися электрическими зарядами (токами), либо переменными электрическими полями.
- уравнения Максвелла не симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это связано с тем, что в природе не существует магнитных зарядов.
Источником электромагнитных волн может быть любой колебательный контур. Для возбуждения электромагнитных волн необходимо создать в пространстве переменные электростатическое, магнитное или электромагнитное поле.
Излучательную способность источника характеризуем формулой, размерами и частотой колебаний.
Таблица 1. Электромагнитные волны
Тип излучения | Длина волны, м | Частота, Гц | Вид источника колебания |
Радиоволны | 10-3 - 10-4 | 3´105 - 3´1012 | Колебательный контур, вибратор Герца. |
Световые волны | 5´10-4 - 8´10-12 | 1011 - 1014 | лазеры, лампы |
Рентгеновское излучение | 10-9 - 10-12 | 1017 - 1019 | |
g - излучение | l<10-12 | n > 1019 | радиоактивные распады, процессы, космические, ядерные процессы. |