Шкала электромагнитных волн

теорема Остроградского – Гаусса: поток вектора электрического смещения через произвольную замкнутую поверхность S, охватывающую заряды равен алгебраической сумме последних :, ρ – плотность заряда - элемент объема внутри поверхности. Первое уравнение Максвелла

закон Ампера – Максвелла: циркуляция напряженности магнитного поля по произвольному контуру равна полному току (смещения и проводимости), пронизывающему любую поверхность, опирающуюся на этот контур:. Плотность полного тока равна Второе уравнение Максвелла

Третье уравнение Максвелла Закон электромагнитной индукции Фарадея: переменное во времени магнитное поле порождает вокруг себя вихревое электрическое поле:, где магнитный поток рассчитывается через произвольную поверхность, опирающуюся на контур, по которому берется циркуляция напряженности, электрического поля.

4. Магнитный поток через произвольную замкнутую поверхность всегда равен нулю: это означает, что поле вектора (или что не существует «магнитных зарядов»). Четвертое уравнение Максвелла чисто вихревым является

Электроиагнитные волны

Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты. Максвелл высказал гипотезу о существовании и обратного процесса: Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле.

Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью ε 0 = 8,85419·10 –12 Ф/м, μ 0 = 1,25664·10 –6 Гн/м.

Скорость электромагнитных волн в вакууме (ε = μ = 1):

В электромагнитной волне происходят взаимные превращения электрического и магнитного полей. Эти процессы идут одновременно, и электрическое и магнитное поля выступают как равноправные «партнеры». Поэтому объемные плотности электрической и магнитной энергии равны друг другу: w э = w м.

В каждой точке пространства модули индукции магнитного поля и напряженности электрического поля связаны соотношением

Плотностью потока или интенсивностью I называют электромагнитную энергию, переносимую волной за единицу времени через поверхность единичной площади : Подставляя сюда выражения для w э, w м и υ, можно получить :

Поток энергии в электромагнитной волне можно задавать с помощью вектора, направление которого совпадает с направлением распространения волны, а модуль равенEB / μμ 0. Этот вектор называют вектором Пойнтинга. E 0 – амплитуда колебаний напряженности электрического поля. Плотность потока энергии в СИ измеряется в ваттах на квадратный метр ( Вт/м 2 ).

Из теории Максвелла следует, что электромагнитные волны должны оказывать давление на поглощающее или отражающее тело. Давление электромагнитного излучения объясняется тем, что под действием электрического поля волны в веществе возникают слабые токи, то есть упорядоченное движение заряженных частиц. На эти токи действует сила Ампера со стороны магнитного поля волны, направленная в толщу вещества. Эта сила и создает результирующее давление

Существование давления электромагнитных волн позволяет сделать вывод о том, что электромагнитному полю присущ механический импульс. Импульс электромагнитного поля в единичном объеме выражается соотношением где w эм – объемная плотность электромагнитной энергии, c – скорость распространения волн в вакууме

Наличие электромагнитного импульса позволяет ввести понятие электромагнитной массы. Для поля в единичном объеме Отсюда следует

Это соотношение между массой и энергией электромагнитного поля в единичном объеме является универсальным законом природы. Согласно специальной теории относительности, оно справедливо для любых тел независимо от их природы и внутреннего строения специальной теории относительности

Таким образом, электромагнитное поле обладает всеми признаками материальных тел – энергией, конечной скоростью распространения, импульсом, массой. Это говорит о том, что электромагнитное поле является одной из форм существования материи.

Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является небольшой по размерам электрический диполь, дипольный момент p (t) которого быстро изменяется во времени. дипольный момент Такой элементарный диполь называют диполем Герца

Излучение элементарного диполя максимальный поток электромагнитной энергии излучается в плоскости, перпендикулярной оси диполя

>> 1 – геометрическая оптика << 1 – дифракция Фраунгофера 1 – дифракция Френеля Электромагнитные волны 0,38 < λ < 0,76 видимый свет

Дифракция Френеля Дифракция Френеля : Дифракция Фраунгофера: