Плоскі електромагнітні хвилі

Для електромагнітних полів, що залежать від часу з системи рівнянь Максвелла (1.1b) слід взаємозв’язок зміни їх електричних і магнітних полів. Найбільш просто в цьому переконатися, якщо розглядати залежне від часу електромагнітне поле в середовищі, в якому немає сторонніх зарядів, сторонніх струмів, щільність яких може бути обчислена за формулою, і відсутня провідність ().

Таким умовам відповідає електромагнітне поле у??вакуумі, в якому відсутні джерела сторонніх струмів і зарядів. Дуже близькими властивостями володіє сухе повітря, провідністю якого в звичайних умовах можна знехтувати.

У цьому випадку перші два рівняння системи (1.1a) пов’язують між собою зміну в просторі та часі електричного і магнітного полів. Звідси випливає основна властивість залежних від часу електромагнітних полів, що складається в узгодженості зміни електричного і магнітного поля.

Так, при зміні в часі електричного поля виникає змінюється в просторі змінне магнітне поле, яке призводить до появи мінливого в просторі електричного поля. І, навпаки, при зміні в часі магнітного поля виникає змінюється в просторі змінне електричне поле, яке призводить до появи мінливого в просторі магнітного поля.

Фізична причина такого взаємозв’язку є наслідком закону електромагнітної індукції і наявністю струму зміщення, що зв’язують між собою електричне і магнітне поля. Причому, взаємозв’язок електричних і магнітних полів має місце навіть у відсутності сторонніх струмів і зарядів, які є джерелами електромагнітного поля.

Процес узгодженої зміни електричного і магнітного полів у просторі та часі, при поширенні електромагнітного обурення з однієї точки простору в іншу, отримав назву електромагнітної хвилі.

Джерелами електромагнітних хвиль, як це випливає з системи рівнянь Максвелла (1.1b), є мінливі в часі сторонні струми і заряди. Дослідження процесу випромінювання електромагнітних полів мінливими в часі сторонніми струмами і зарядами буде більш розглянуто детально в розділі 2.

Існування електромагнітних хвиль вперше було передбачене англійським фізиком М. Ф. Фарадеем в 1832г. У 1865р. англійський фізик Дж. К. Максвелл теоретично показав, що швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі дорівнює швидкості світла. Підтвердження відкритих властивостей електромагнітних хвиль і обширні їх експериментальні дослідження було зроблено німецьким фізиком Г. Герцем (1887-1888).

У ході експериментальних досліджень властивостей електромагнітних хвиль Г. Герц виявив, що закони поширення електромагнітних хвиль і світла однакові. Зокрема, у них однаковий характер заломлення і віддзеркалення від діелектричних і металевих тел. Частина з цих дослідів ми викладемо в подальшому по мірі більш детального вивчення електромагнітних хвиль і оптики.

Очевидно, лінійно поляризована хвиля може бути представлена??у вигляді суми двох плоских хвиль з круговою поляризацією з рівним значенням модуля вектора напруженості електричного поля, в одній з яких вектор напруженості обертається за годинниковою стрілкою, а в інший – проти годинникової стрілки (рис.1.6). Вірно і зворотне твердження – хвиля кругової поляризації може бути представлена??у вигляді суми двох лінійно поляризованих плоских хвиль з однаковою амплітудою векторів напруженості електричного поля, фаза яких відрізняється на, а напрямки коливань у просторі взаємно ортогональні.

Більш загальний вигляд поляризації електромагнітних хвиль являє еліптична поляризація. Еліптично поляризована хвиля визначається як суперпозиція двох плоских електромагнітних неоднакових за амплітудою хвиль лінійної поляризації з взаємно ортогональними напрямком коливань у просторі векторів напруженості електричного поля кожної з хвиль, різниця фаз коливань яких відмінна від (ріс.1.7) (див. Задачу 1.2). Кінець вектора суми цих електричних полів рухається по еліпсу, що і пояснює назву розглянутого виду поляризації. Параметрами еліптичної поляризації є т. зв. коефіцієнт еліптичності поляризації хвилі, що є відношенням півосей еліпса, по якому в просторі рухається кінець вектора сумарного коливання, і кут нахилу осі еліпса, який визначається різницею початкових фаз складових коливань.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 5.00 out of 5)

Плоскі електромагнітні хвилі