|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Электромагнитные волны | Электромагнитные волны (далее Э)электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью. Существование Электромагнитные волны было предсказано М. Фарадеем в 1832. Дж. Максвелл в 1865 теоретически показал, что электромагнитные колебания не остаются локализованными в пространстве, а распространяются в вакууме со скоростью света с во все стороны от источника. Из того обстоятельства, что скорость распространения Электромагнитные волны в вакууме равна скорости света, Максвелл сделал вывод, что свет представляет собой Электромагнитные волны В 1888 максвелловская теория Электромагнитные волны получила подтверждение в опытах Г. Герца, что сыграло решающую роль для ее утверждения.
Теория Максвелла позволила единым образом подойти к описанию радиоволн, света, рентгеновских лучей и гамма-излучения. Оказалось, что это не излучения различной природы, а Электромагнитные волны с различной длиной волны. Частота w колебаний электрического Е и Н полей связана с длиной волны l соотношением: l= 2pс/w. Радиоволны, рентгеновские лучи и g-излучение находят свое место в единой шкале Электромагнитные волны (рис.), причем между соседними диапазонами шкалы Электромагнитные волны нет резкой границы.
Особенности Электромагнитные волны, законы их возбуждения и распространения описываются Максвелла уравнениями. Если в какой-то области пространства существуют электрические заряды е и токи , то изменение их со временем t приводит к излучению Электромагнитные волны На скорость распространения Электромагнитные волны существенно влияет среда, в которой они распространяются. Электромагнитные волны могут испытывать преломление, в реальных средах имеет место дисперсия волн, вблизи неоднородностей наблюдаются дифракция волн, интерференция волн (прямой и отраженной), полное внутреннее отражение и другие явления, свойственные волнам любой природы. Пространств, распределение электромагнитных полей, временные зависимости E (t) и (t), определяющие тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации (см. Поляризация волн) и другие особенности Электромагнитные волны задаются, с одной стороны, характером источника излучения, и с другой — свойствами среды, в которой они распространяются. В случае однородной и изотропной среды, вдали от зарядов и токов, создающих электромагнитное поле, уравнения Максвелла, приводят к волновым уравнениям:
 ;  ,
описывающим распространение плоских монохроматических Электромагнитные волны:
Е = E0 cos (kr — wt + j)
Н = 0 cos (kr — wt + j).
Здесь e — диэлектрическая проницаемость, mÑ — проницаемость среды, E0 и 0 — амплитуды колебаний электрических и полей, w — частота этих колебаний, j — произвольный сдвиг фазы, k — волновой вектор, r — радиус-вектор точки; Ñ2 — Лапласа оператор.
Если среда неоднородна или содержит поверхности, на которых изменяются ее электрические либо свойства, или если в пространстве имеются проводники, то тип возбуждаемых и распространяющихся Электромагнитные волны может существенно отличаться от плоской линейно-поляризованной волны. Электромагнитные волны могут распространяться вдоль направляющих поверхностей (поверхностные волны), в передающих линиях и в полостях, образованных хорошо проводящими стенками (см. Радиоволновод, Световод, Квазиоптика).
Характер изменения во времени Е и Н определяется законом изменения тока и зарядов e, возбуждающих Электромагнитные волны Однако форма волны в общем случае не следует (t) или e (t). Она в точности повторяет форму тока только в случае, если и Электромагнитные волны распространяются в линейной среде (электрические и свойства которой не зависят от Е и Н). Простейший случай — возбуждение и распространение Электромагнитные волны в однородном изотропном пространстве с помощью диполя Герца (отрезка провода длиной l << l, по которому протекает ток = 0 sin wt). На расстоянии от диполя много большем l образуется волновая зона (зона излучения), где распространяются сферические Электромагнитные волны Они поперечные и линейно поляризованы. В случае анизотропии среды могут возникнуть изменения поляризации (см. Излучение и прием радиоволн).
В изотропном пространстве скорость распространения гармонических Электромагнитные волны, т. e. фазовая скорость  . При наличии дисперсии скорость переноса энергии с (групповая скорость) может отличаться от v. Плотность потока энергии , переносимой Электромагнитные волны, определяется Пойнтинга вектором: = (с/4p) (ЕН). Т. к. в изотропной среде векторы Е и Н и волновой вектор образуют правовинтовую систему, то совпадает с направлением распространения Электромагнитные волны В анизотропной среде (в том числе вблизи проводящих поверхностей) может не совпадать с направлением распространения Электромагнитные волны
Появление квантовых генераторов, в частности лазеров, позволило достичь напряженности электрического поля в Электромагнитные волны, сравнимых с внутриатомными полями. Это привело к развитию нелинейной теории Электромагнитные волны При распространении Электромагнитные волны в нелинейной среде (e и m зависят от Е и Н) ее форма изменяется. Если дисперсия мала, то по мере распространения Электромагнитные волны они обогащаются т. н. высшими гармониками и их форма постепенно искажается. Например, после прохождения синусоидальной Электромагнитные волны характерного пути (величина которого определяется степенью нелинейности среды) может сформироваться ударная волна, характеризующаяся резкими изменениями Е и Н (разрывы) с их последующим плавным возвращением к первоначальным величинам. Ударная Электромагнитные волны далее распространяется без существ, изменений формы; сглаживание резких изменений обусловлено главным образом затуханием. Большинство нелинейных сред, в которых Электромагнитные волны распространяются без сильного поглощения, обладает значительной дисперсией, препятствующей образованию ударных Электромагнитные волны Поэтому образование ударных волн возможно лишь в диапазоне l от нескольких см до длинных волн. При наличии дисперсии в нелинейной среде возникающие высшие гармоники распространяются с различной скоростью и существенного искажения формы исходной волны не происходит. Образование интенсивных гармоник и взаимодействие их с исходной волной может иметь место лишь при специально подобранных законах дисперсии (см. Нелинейная оптика, Параметрические генераторы света).
Электромагнитные волны различных диапазонов l характеризуются различными способами возбуждения и регистрации, по-разному взаимодействуют с веществом и т. п. Процессы излучения и поглощения Электромагнитные волны от самых длинных волн до инфракрасного излучения достаточно полно описываются соотношениями электродинамики. На более высоких частотах доминируют процессы, имеющие существенно квантовую природу, а в оптическом диапазоне и тем более в диапазонах рентгеновских и g-лучей излучение и поглощение Электромагнитные волны могут быть описаны только на основе представлений о дискретности этих процессов.
Квантовая теория поля внесла существенные дополнения и в само представление об Электромагнитные волны Во многих случаях электромагнитное излучение ведет себя не как набор монохроматических Электромагнитные волны с частотой w и волновым вектором k, а как поток квазичастиц — фотонов с энергией  и импульсом  ( — Планка постоянная). Волновые свойства проявляются, например, в явлениях дифракции и интерференции, корпускулярные — в фотоэффекте и Комптона эффекте.
Лит.: Тамм И. Е., Основы теории электричества, 9 изд., М., 1976; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория поля, 6 изд., М., 1973 (Теоретическая физика, т. 2); их же, Электродинамика сплошных сред, М., 1959; Ландсберг Г. С., Оптика, 5 изд., М., 1976.
В. В. Мигулин.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
Новости 31.10.2025 15:12:21
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
