Электромагнитные волны. Скорость их распространения

Лекция 14

Максвелл теоретически доказал, что переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле. В свою очередь переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле. Переменные магнитные и электрические поля всегда взаимосвязаны (рис.1.).

	Совокупность связанных переменных электрических и магнитных полей есть единое электромагнитное поле. Максвелл показал, что электромагнитное поле может отрываться от источника и распространяться в пространстве с конечной скоростью.
Рис.1.

Распространяющееся в пространстве электромагнитное поле называется электромагнитной волной.

Впервые электромагнитные волны получил Герц через 20 лет после предсказания их Максвеллом. Источником электромагнитных волн служили ускоренно движущиеся электрические заряды. Вокруг них создается переменное электрическое поле, а оно порождает переменное магнитное поле и т.д. Оба поля вихревые, силовые линии замкнуты.

Электромагнитная волна характеризуется двумя взаимно перпендикулярными векторами (напряженность электрического поля) и (вектор магнитной индукции). Векторы и перпендикулярны скорости распространения волн .

Из интегральных уравнений Максвелла, которые устанавливают связь между и , можно получить дифференциальные уравнения для и

,

(1)

.

Сравним эти уравнения с волновыми уравнениями для механических волн:

.

Из сравнения видим, что переменное магнитное и электрическое поля описываются волновым уравнением. Поэтому электромагнитное поле есть волновой процесс. Это поле распространяется со скоростью

.

Распространяющееся в пространстве электромагнитное поле есть электромагнитная волна.

В вакууме = 1, и = 1. Тогда

- скорость распространения электромагнитной волны в вакууме, . Тогда м/с. Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме совпала со скоростью света.

Максвелл предположил, что свет это тоже электромагнитная волна.

Скорость электромагнитных волн в среде есть

.

Из решения волновых уравнений (1) получают

и меняются по гармоническому закону и в одной фазе, одновременно достигая максимума и минимума.

Максвелл нашел связь между векторами и в любой момент времени

.

Электромагнитная волна – поперечная волна, вектора , и образуют правую тройку векторов.