Свойства электромагнитной волны

Электромагнитные колебания распространяются в пространстве в виде электромагнитной волны, скорость v которой в произвольной среде равна

где Е0 - электрическая постоянная, е0 = 8,85-10 12

м

ц0 - магнитная постоянная, ii0 = 4л -10 7—,

м

е, [I - электрическая и магнитная проницаемости среды.

Скорость распространения с электромагнитной волны в вакууме, где е = 1, 1-1 = 1, определяется (Ьопмулой

Подставим в (21.13) численные значения е 0, ju

Отсюда следует, что электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью с, равной скорости света, определённой в 1849 г. учёным Физо.

Таким образом, из теории Максвелла, разработанной задолго до экспериментального подтверждения существования в природе электромагнитных волн, следует, что свет имеет электромагнитную природу, т. е. представляет собой электромагнитные волны различных длин волн.

В настоящее время под светом понимают оптический интервал длин волн Я, включающий в себя видимую, ультрафиолетовую и инфракрасную области спектра.

Формулу (21.13) с учётом (21.12) запишем в виде

так как в среде е >1, ц >1, то с > V, т. е. скорость распространения электромагнитных волн в вакууме превышает скорость их распространения в среде в ^s- ц раз.

Электрическая и магнитная составляющие электромагнитной волны вдоль оси о х описываются уравнениями, являющимися решениями волновых равнений для векторов Е яН

Из этих уравнений следует, что вектор напряжённости Е электрического поля и вектор напряжённости Н магнитного поля колеблются в одинаковой фазе. Они одновременно достигают максимального значения и обращаются в нуль.

Направления векторов Е и Н, колеблющихся вдоль оси ох, в фиксированный момент времени t (t = с о п s t) показаны на рис.213. Этот рисунок можно рассматривать как “моментальную” фотографию (мгновенный “профиль”) бегущей волны.

Если на рисунок смотреть по направлению распространения волны (вдоль оси о х), то модули векторов Е и Н одновременно принимают значения, равные нулю. Через интервал времени A t,

равный четверти периода Т (A t =1Г) они достигают максимального

4

значения, но вектор Е направлен вверх (в положительном направлении оси о у), а вектор Н - вправо, в положительном направлении оси од.

Затем через четверть периода Т (At = 1 Г) модули векторовЕНопять

4

обращаются в нуль (Е = О, Н = 0) и т. д.

Такие изменения векторов Е и Н происходят во всех точках пространства, охваченного волновым процессом, но со сдвигом по фазе, который определяется расстоянием между рассматриваемыми точками на оси о х. Модули векторов ?иЯв фиксированной точке пространства (х = с о п s t) изменяются со временем по гармоническому закону.

Рис.213

Из уравнений (21.14) следует, что колебания векторов напряжённости Е электрического поля и напряжённости Н магнитного поля происходят с одинаковой частотой, фазой, волновым числом. В рассматриваемой точке среды в любой момент времени мгновенные значения модулей векторов Е и Н пропорциональны друг другу. Они связаны между собой соотношением

а амплитуды колебаний векторов Е яН

Итак, из теории Максвелла следует, что векторы Е и Н электромагнитной волны взаимно перпендикулярные. Они колеблются в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны, т. е. вектору v.

Векторы Е, Н, и вектор v образуют правую тройку (правовинтовую систему). Вектор скорости v совпадает по направлению с векторным произведением е ? //] (рис.214).

Правовинтовой системой векторов называют систему, состоящую трёх векторов, например, векторов А, В, С, направления которых связаны правилом векторного произведения

Рис.214

Следовательно, электромагнитные волны поперечные.

 
Посмотреть оригинал