Fysik

Vågmodell för elektromagnetisk strålning


Runt 1860 utvecklade Maxwell fyra ekvationer som i princip syntetiserar beteendet hos elektriska och magnetiska fenomen.


Maxwell

Maxwells ekvationer antyder att det elektriska fältet och magnetfältet sprider sig samtidigt. Således ger denna uppsättning ekvationer oss möjlighet att göra några slutsatser, bland dem:

  • ett tidsvarierande elektriskt fält inducerar uppkomsten av ett magnetfält;
  • Ett tidsvarierande magnetfält inducerar uppkomsten av ett elektriskt fält.

Därför, om ett elektriskt fält och ett magnetfält genereras, båda variablerna i tid, kommer den ena att kunna stödja existensen av den andra, så att både samexistens och spridning kommer att vara fullt möjligt. Vid förökningen utgör dessa två fält elektromagnetisk strålningsom radiovågor, synligt ljus, mikrovågor, röntgenstrålar etc.

På grund av deras våldsamma beteende kallas också elektromagnetisk strålningelektromagnetiska vågor (OEM). Heinrich Hertz bevisade experimentellt 1887 förekomsten av OEM-tillverkare genom att generera och upptäcka radiovågor i hans laboratorium.


Heinrich Hertz

Enligt Maxwells teori för elektromagnetism produceras OEM: er med snabb rörliga elektriska laddningar. Ett exempel på tillämpningen av denna princip är radiosändande antenner, som genererar sina vågor från oscillerande elektroner. När du utför en frekvensrörelsef, en elektron (eller en elektriskt laddad partikel) avger en OEM vars frekvens också ärf.

I figuren nedan kan vi se en förenklad representation av hur en elektromagnetisk puls sprider sig - en platt OEM.

Förutom att de är tidsvarierande är de elektriska och magnetiska fälten vinkelräta mot varandra och för utbredningsriktningen.

En OEM behöver inte ett material för att sprida sig (till exempel mekaniska vågor). Därför finns det en möjlighet att det sprider sig i ett vakuum. Förökningshastigheten för elektromagnetiska vågor i ett vakuum beräknades av Maxwell redan innan han visste att ljus var en OEM. Det matematiska uttrycket som ger oss värdet på denna hastighet,c, ges av:

där:

ε0= 8,85x10-12 F / m (vakuumelektrisk permittivitet);

μ0= 4πx10-7 T.m / A (magnetisk vakuumpermeabilitet);

c = 2,99792x108 m / s (ljusets hastighet).

Ovanstående resultat gäller både vakuum och luft och sammanfaller med den experimentellt erhållna ljushastigheten i luft. Baserat på detta drog Maxwell slutsatsen att synligt ljus också var en OEM.

Det är viktigt att OEM: er inte interagerar med de elektriska och magnetiska fälten de passerar genom. På detta sätt avviker inte ljuset när det passerar nära en elektrifierad kropp eller en magnetpol.