4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ.

Существование электромагнитных волн вытекает из уравнений Максвелла. Источником их может быть любой электрический колебательный контур или проводник по которому течет переменный электрический ток.

l = с/n.

Для однородной изотропной среды, вдали от зарядов и токов электрическое Е и магнитное Н поля электромагнитной волны удовлетворяют волновому уравнению:

DЕ = ; DН = ,

где D оператор Лапласса.

Эта функция описывает волну, фазовая скорость распространения в веществе которой

.

В вакууме электрическая и магнитные постоянные =1 и скорость их распространения равна С. Так как в веществе em>1, то скорость распространения электромагнитной волны в веществе всегда меньше, чем в вакууме.

Электромагнитные волны поперечны, если векторы Е и Н напряженностей электрического и магнитного поля взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости перпендикулярной вектору направления распространения волны, образуют правовинтовую тройку векторов, причем Е и Н колеблются в одинаковых фазах. Их мгновенные значения связаны:

.

Так как Е и Н перпендикулярны осям y, z то:

.

Если волны плоские и монохроматические (одной строго определенной частоты), то

Е_y = Е₀ cos (wt – kx +j); H_z = H₀ cos (wt – kx +j), где k = w/v волновое число, w - круговая частота.

Электромагнитные волны переносят энергию. Объемная плотность энергии волны:

w = w_эл + w_м = ee₀Е²/2 + mm₀Н²/2,

учитывая связь E и H w_эл = w_м

w = 2w_эл = ee₀Е² = mm₀Н² =ЕН.

Вектор плотности потока электромагнитной энергии называют вектором Умова-Пойтинга:

S = [ЕН].

Он направлен в сторону распространения волны, его модуль равен энергии, переносимой волной за единицу времени, через единичную площадку перпендикулярную направлению распространения волны.

На опыте показано, что электромагнитные волны поглощаются и отражаютя телами и оказывают давление, следовательно электромагнитному полю присущ механический импульс:

Р = W/c = mc, W = mc²

Простейшим излучателем электромагнитных волн является электрический диполь электрический момент которого Р =Р₀ cos wt