Gelombang elektromagnetik adalah proses perubahan yang berurutan dan saling terkait dalam vektor kekuatan medan listrik dan medan magnet yang diarahkan tegak lurus terhadap berkas perambatan gelombang, di mana perubahan medan listrik menyebabkan perubahan medan magnet, yang pada gilirannya menyebabkan perubahan medan listrik.

Gelombang (wave process) - proses rambat osilasi di kontinum. Ketika gelombang merambat, partikel medium tidak bergerak bersama gelombang, tetapi berosilasi di sekitar posisi kesetimbangannya. Bersama dengan gelombang, hanya keadaan gerak osilasi dan energinya yang dipindahkan dari partikel ke partikel medium. Oleh karena itu, sifat utama semua gelombang, terlepas dari sifatnya, adalah transfer energi tanpa transfer materi

Gelombang elektromagnetik terjadi setiap kali ada medan listrik yang berubah di ruang angkasa. Perubahan medan listrik seperti itu paling sering disebabkan oleh pergerakan partikel bermuatan, dan sebagai kasus khusus dari pergerakan tersebut, oleh arus listrik bolak-balik.

Medan elektromagnetik adalah osilasi yang saling berhubungan antara medan listrik (E) dan magnet (B). Distribusi medan elektromagnetik tunggal di ruang angkasa dilakukan melalui gelombang elektromagnetik.

Gelombang elektromagnetik - osilasi elektromagnetik yang merambat di ruang angkasa dan membawa energi

Fitur gelombang elektromagnetik, hukum eksitasi dan propagasinya dijelaskan oleh persamaan Maxwell (yang tidak dibahas dalam kursus ini). Jika di beberapa wilayah ruang ada muatan dan arus listrik, maka perubahannya dari waktu ke waktu mengarah pada emisi gelombang elektromagnetik. Deskripsi propagasi mereka mirip dengan deskripsi gelombang mekanik.

Jika mediumnya homogen dan gelombang merambat sepanjang sumbu X dengan kecepatan v, maka listrik (E) dan magnet (B) komponen medan di setiap titik medium berubah menurut hukum harmonik dengan frekuensi melingkar yang sama (ω) dan dalam fase yang sama (persamaan gelombang bidang):

dimana x adalah koordinat titik dan t adalah waktu.

Vektor B dan E saling tegak lurus, dan masing-masing tegak lurus terhadap arah rambat gelombang (sumbu X). Oleh karena itu, gelombang elektromagnetik bersifat transversal

Gelombang elektromagnetik sinusoidal (harmonik). Vektor , dan saling tegak lurus

1) Gelombang elektromagnetik merambat dalam materi dengan kecepatan akhir

Kecepatan c propagasi gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa adalah salah satu konstanta fisik dasar.

Kesimpulan Maxwell tentang kecepatan rambat terbatas gelombang elektromagnetik bertentangan dengan yang diterima pada saat itu teori jarak jauh , di mana kecepatan rambat medan listrik dan magnet dianggap sangat besar. Oleh karena itu, teori Maxwell disebut teori jarak dekat.

Transformasi timbal balik medan listrik dan magnet terjadi dalam gelombang elektromagnetik. Proses ini berlangsung secara bersamaan, dan medan listrik dan magnet bertindak sebagai "mitra" yang sama. Oleh karena itu, kerapatan volume energi listrik dan magnet adalah sama satu sama lain: w e = w m.

4. Gelombang elektromagnetik membawa energi. Ketika gelombang merambat, aliran energi elektromagnetik muncul. Jika Anda memilih situs S(Gbr. 2.6.3), berorientasi tegak lurus terhadap arah rambat gelombang, maka dalam waktu singkat t energi akan mengalir melalui platform W eh, setara

Mengganti di sini ekspresi untuk w eh, w m dan , Anda bisa mendapatkan:

di mana E 0 adalah amplitudo osilasi kuat medan listrik.

Kerapatan fluks energi dalam SI diukur dalam watt per meter persegi(L / m 2).

5. Berdasarkan teori Maxwell, gelombang elektromagnetik harus memberikan tekanan pada benda yang menyerap atau memantulkan. Tekanan radiasi elektromagnetik dijelaskan oleh fakta bahwa di bawah pengaruh medan listrik gelombang, arus lemah muncul dalam zat, yaitu gerakan teratur partikel bermuatan. Arus ini dipengaruhi oleh gaya Ampere dari sisi medan magnet gelombang, diarahkan ke ketebalan zat. Gaya ini menciptakan tekanan yang dihasilkan. Biasanya tekanan radiasi elektromagnetik dapat diabaikan. Jadi, misalnya, tekanan radiasi matahari yang datang ke bumi pada permukaan yang menyerap secara mutlak kira-kira 5 Pa. Eksperimen pertama untuk menentukan tekanan radiasi pada benda yang memantulkan dan menyerap, yang mengkonfirmasi kesimpulan teori Maxwell, dilakukan oleh P.N. Lebedev pada tahun 1900. Eksperimen Lebedev sangat penting untuk persetujuan teori elektromagnetik Maxwell.

Adanya tekanan gelombang elektromagnetik memungkinkan kita untuk menyimpulkan bahwa medan elektromagnetik melekat pada impuls mekanik. Momentum medan elektromagnetik dalam satuan volume dinyatakan dengan hubungan

Ini menyiratkan:

Hubungan antara massa dan energi medan elektromagnetik dalam satuan volume ini adalah hukum alam universal. Menurut teori relativitas khusus, itu berlaku untuk semua benda, terlepas dari sifat dan struktur internalnya.

Dengan demikian, medan elektromagnetik memiliki semua fitur tubuh material - energi, kecepatan rambat terbatas, momentum, massa. Hal ini menunjukkan bahwa medan elektromagnetik adalah salah satu bentuk keberadaan materi.

6. Konfirmasi eksperimental pertama teori elektromagnetik Maxwell diberikan sekitar 15 tahun setelah penciptaan teori dalam eksperimen G. Hertz (1888). Hertz tidak hanya secara eksperimental membuktikan keberadaan gelombang elektromagnetik, tetapi untuk pertama kalinya mulai mempelajari sifat-sifatnya - penyerapan dan pembiasan di berbagai media, pemantulan dari permukaan logam, dll. Dia berhasil mengukur panjang gelombang dan kecepatan rambat gelombang elektromagnetik, yang ternyata sama dengan kecepatan cahaya.

Eksperimen Hertz memainkan peran yang menentukan dalam pembuktian dan pengakuan teori elektromagnetik Maxwell. Tujuh tahun setelah eksperimen ini, gelombang elektromagnetik menemukan aplikasinya dalam komunikasi nirkabel (A. S. Popov, 1895).

7. Gelombang elektromagnetik hanya dapat dieksitasi biaya bergerak cepat. Sirkuit DC, di mana pembawa muatan bergerak dengan kecepatan konstan, bukanlah sumber gelombang elektromagnetik. Dalam teknik radio modern, radiasi gelombang elektromagnetik dihasilkan menggunakan antena dengan berbagai desain, di mana arus bolak-balik cepat dirangsang.

Sistem paling sederhana yang memancarkan gelombang elektromagnetik adalah dipol listrik kecil, momen dipol p (t) yang berubah dengan cepat seiring waktu.

Dipol elementer seperti itu disebut Dipol Hertzian . Dalam teknik radio, dipol Hertzian setara dengan antena kecil, yang ukurannya jauh lebih kecil daripada panjang gelombang (Gbr. 2.6.4).

Beras. 2.6.5 memberikan gambaran tentang struktur gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh dipol semacam itu.

Perlu dicatat bahwa fluks energi elektromagnetik maksimum dipancarkan dalam bidang yang tegak lurus terhadap sumbu dipol. Sebuah dipol tidak memancarkan energi sepanjang sumbunya. Hertz menggunakan dipol dasar sebagai antena pengirim dan penerima dalam pembuktian eksperimental keberadaan gelombang elektromagnetik.

M. Faraday memperkenalkan konsep medan:

medan elektrostatik di sekitar muatan yang diam

disekitar muatan yang bergerak (arus) terdapat medan magnet.

Pada tahun 1830, M. Faraday menemukan fenomena induksi elektromagnetik: ketika medan magnet berubah, medan listrik pusaran muncul.

Gambar 2.7 - Medan listrik pusaran

di mana,
- vektor kekuatan medan listrik,
- vektor induksi magnet.

Medan magnet bolak-balik menciptakan medan listrik pusaran.

Pada tahun 1862 D.K. Maxwell mengajukan hipotesis: ketika medan listrik berubah, medan magnet pusaran muncul.

Gagasan tentang medan elektromagnetik tunggal muncul.

Gambar 2.8 - Medan elektromagnetik terpadu.

Medan listrik bolak-balik menciptakan medan magnet pusaran.

Medan elektromagnetik- ini adalah bentuk khusus materi - kombinasi medan listrik dan magnet. Medan listrik dan magnet variabel ada secara bersamaan dan membentuk medan elektromagnetik tunggal. Ini adalah bahan:

Itu memanifestasikan dirinya dalam tindakan pada muatan istirahat dan bergerak;

Itu menyebar dengan kecepatan tinggi tetapi terbatas;

Itu ada secara independen dari keinginan dan keinginan kita.

Pada tingkat muatan nol, hanya ada medan listrik. Pada tingkat muatan konstan, medan elektromagnetik dihasilkan.

Dengan pergerakan muatan yang dipercepat, gelombang elektromagnetik dipancarkan, yang merambat di ruang angkasa dengan kecepatan terbatas .

Perkembangan gagasan gelombang elektromagnetik adalah milik Maxwell, tetapi Faraday sudah tahu tentang keberadaannya, meskipun ia takut untuk menerbitkan karyanya (dibaca lebih dari 100 tahun setelah kematiannya).

Kondisi utama munculnya gelombang elektromagnetik adalah pergerakan muatan listrik yang dipercepat.

Apa itu gelombang elektromagnetik, mudah untuk membayangkan contoh berikut. Jika Anda melempar kerikil ke permukaan air, maka gelombang divergen dalam lingkaran terbentuk di permukaan. Mereka bergerak dari sumber kemunculannya (gangguan) dengan kecepatan rambat tertentu. Untuk gelombang elektromagnetik, gangguan adalah medan listrik dan magnet yang bergerak di ruang angkasa. Medan elektromagnetik yang berubah terhadap waktu pasti menyebabkan medan magnet bolak-balik, dan sebaliknya. Bidang-bidang ini saling berhubungan.

Sumber utama spektrum gelombang elektromagnetik adalah bintang Matahari. Bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik terlihat oleh mata manusia. Spektrum ini terletak dalam 380...780 nm (Gbr. 2.1). Dalam spektrum yang terlihat, mata merasakan cahaya secara berbeda. Osilasi elektromagnetik dengan panjang gelombang yang berbeda menyebabkan sensasi cahaya dengan warna yang berbeda.

Gambar 2.9 - Spektrum gelombang elektromagnetik

Bagian dari spektrum gelombang elektromagnetik digunakan untuk keperluan penyiaran dan komunikasi radio dan televisi. Sumber gelombang elektromagnetik adalah kawat (antena) di mana muatan listrik berfluktuasi. Proses pembentukan medan, yang dimulai di dekat kawat, secara bertahap, titik demi titik, menangkap seluruh ruang. Semakin tinggi frekuensi arus bolak-balik yang melewati kawat dan menghasilkan medan listrik atau magnet, semakin kuat gelombang radio dengan panjang tertentu yang diciptakan oleh kawat.

Radio(lat. radio - memancarkan, memancarkan sinar radius - balok) - jenis komunikasi nirkabel di mana gelombang radio yang merambat bebas di ruang angkasa digunakan sebagai pembawa sinyal.

gelombang radio(dari radio...), gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang > 500 m (frekuensi< 6×10 12 Гц).

Gelombang radio adalah medan listrik dan magnet yang berubah seiring waktu. Kecepatan rambat gelombang radio di ruang bebas adalah 300.000 km/s. Berdasarkan ini, Anda dapat menentukan panjang gelombang radio (m).

=300/f, dimana f - frekuensi (MHz)

Getaran suara dari udara yang dihasilkan selama percakapan telepon diubah oleh mikrofon menjadi getaran listrik frekuensi suara, yang ditransmisikan melalui kabel ke peralatan pelanggan. Di sana, di ujung lain saluran, dengan bantuan emitor telepon, getaran tersebut diubah menjadi getaran udara yang dirasakan oleh pelanggan sebagai suara. Dalam telepon, alat komunikasi adalah kabel; dalam penyiaran radio, gelombang radio.

"Jantung" pemancar stasiun radio mana pun adalah generator - perangkat yang menghasilkan osilasi frekuensi tinggi, tetapi sangat konstan untuk stasiun radio tertentu. Osilasi frekuensi radio ini, diperkuat dengan daya yang diperlukan, memasuki antena dan membangkitkan osilasi elektromagnetik di ruang sekitarnya dengan frekuensi yang persis sama - gelombang radio. Kecepatan pemindahan gelombang radio dari antena stasiun radio sama dengan kecepatan cahaya: 300.000 km / s, yang hampir satu juta kali lebih cepat daripada perambatan suara di udara. Ini berarti bahwa jika pemancar dihidupkan di Stasiun Penyiaran Moskow pada suatu waktu, maka gelombang radionya akan mencapai Vladivostok dalam waktu kurang dari 1/30 detik, dan suara selama waktu ini hanya akan menyebar 10-11 m.

Gelombang radio merambat tidak hanya di udara, tetapi juga di tempat yang tidak ada, misalnya di luar angkasa. Dalam hal ini mereka berbeda dari gelombang suara, di mana udara atau media padat lainnya, seperti air, mutlak diperlukan.

gelombang elektromagnetik adalah medan elektromagnetik yang merambat di ruang angkasa (osilasi vektor
). Dekat muatan, medan listrik dan magnet berubah dengan pergeseran fasa p/2.

Gambar 2.10 - Medan elektromagnetik terpadu.

Pada jarak yang jauh dari muatan, medan listrik dan magnet berubah fase.

Gambar 2.11 - Perubahan fase dalam medan listrik dan magnet.

Gelombang elektromagnetik bersifat transversal. Arah kecepatan gelombang elektromagnetik bertepatan dengan arah gerakan sekrup kanan saat memutar pegangan gimlet vektor ke vektor .

Gambar 2.12 - Gelombang elektromagnetik.

Selain itu, dalam gelombang elektromagnetik, hubungan
, di mana c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Maxwell secara teoritis menghitung energi dan kecepatan gelombang elektromagnetik.

Dengan demikian, energi gelombang berbanding lurus dengan pangkat empat frekuensi. Ini berarti bahwa untuk lebih mudah memperbaiki gelombang, perlu frekuensi tinggi.

Gelombang elektromagnetik ditemukan oleh G. Hertz (1887).

Sirkuit osilasi tertutup tidak memancarkan gelombang elektromagnetik: semua energi medan listrik kapasitor diubah menjadi energi medan magnet kumparan. Frekuensi osilasi ditentukan oleh parameter rangkaian osilasi:
.

Gambar 2.13 - Rangkaian osilasi.

Untuk meningkatkan frekuensi, perlu untuk mengurangi L dan C, yaitu. putar kumparan menjadi kawat lurus dan, sebagai
, kurangi luas pelat dan sebarkan ke jarak maksimum. Ini menunjukkan bahwa kita mendapatkan, pada dasarnya, konduktor lurus.

Perangkat semacam itu disebut vibrator Hertz. Bagian tengah dipotong dan dihubungkan ke trafo frekuensi tinggi. Di antara ujung kabel, di mana konduktor bola kecil dipasang, percikan listrik melompat, yang merupakan sumber gelombang elektromagnetik. Gelombang merambat sedemikian rupa sehingga vektor kekuatan medan listrik berosilasi di bidang di mana konduktor berada.

Gambar 2.14 - Vibrator Hertz.

Jika konduktor (antena) yang sama ditempatkan sejajar dengan emitor, maka muatan di dalamnya akan berosilasi dan percikan api lemah akan melompat di antara konduktor.

Hertz menemukan gelombang elektromagnetik dalam sebuah eksperimen dan mengukur kecepatannya, yang bertepatan dengan yang dihitung oleh Maxwell dan sama dengan c=3. 10 8 m/s.

Medan listrik bolak-balik menghasilkan medan magnet bolak-balik, yang, pada gilirannya, menghasilkan medan listrik bolak-balik, yaitu antena yang menggairahkan salah satu medan menyebabkan munculnya medan elektromagnetik tunggal. Sifat terpenting dari medan ini adalah bahwa ia merambat dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

Kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam media lossless tergantung pada permeabilitas relatif dielektrik dan magnetik media. Untuk udara, permeabilitas magnetik medium sama dengan satu, oleh karena itu, kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam hal ini sama dengan kecepatan cahaya.

Antena dapat berupa kabel vertikal yang ditenagai oleh generator frekuensi tinggi. Generator mengeluarkan energi untuk mempercepat pergerakan elektron bebas dalam konduktor, dan energi ini diubah menjadi medan elektromagnetik bolak-balik, yaitu gelombang elektromagnetik. Semakin tinggi frekuensi arus generator, semakin cepat medan elektromagnetik berubah dan semakin intens penyembuhan gelombang.

Terhubung ke kabel antena keduanya adalah medan listrik, garis-garis gaya yang dimulai pada muatan positif dan berakhir pada muatan negatif, dan medan magnet, garis-garis yang menutup di sekitar arus kabel. Semakin pendek periode osilasi, semakin sedikit waktu yang tersisa untuk energi medan terikat untuk kembali ke kawat (yaitu, ke generator) dan semakin banyak ia melewati medan bebas, yang merambat lebih jauh dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Radiasi efektif gelombang elektromagnetik terjadi di bawah kondisi kesepadanan panjang gelombang dan panjang kawat yang memancar.

Dengan demikian, dapat ditentukan bahwa gelombang radio- ini adalah medan elektromagnetik yang tidak terkait dengan pemancar dan perangkat pembentuk saluran, yang merambat bebas di ruang angkasa dalam bentuk gelombang dengan frekuensi osilasi 10 -3 hingga 10 12 Hz.

Osilasi elektron di antena dibuat oleh sumber EMF yang berubah secara berkala dengan periode T. Jika suatu saat medan pada antena memiliki nilai maksimum, maka akan memiliki nilai yang sama setelah beberapa saat T. Selama waktu ini, medan elektromagnetik yang ada pada saat awal di antena akan bergerak ke kejauhan

= (1)

Jarak minimum antara dua titik dalam ruang di mana medan memiliki nilai yang sama disebut panjang gelombang. Sebagai berikut dari (1), panjang gelombang λ tergantung pada kecepatan rambatnya dan periode osilasi elektron dalam antena. Sebagai frekuensi saat ini f = 1 / T, maka panjang gelombang λ = υ / f .

Tautan radio mencakup bagian utama berikut:

Pemancar

Penerima

Media tempat gelombang radio merambat.

Pemancar dan penerima adalah elemen yang dapat dikontrol dari tautan radio, karena dimungkinkan untuk meningkatkan daya pemancar, menghubungkan antena yang lebih efisien, dan meningkatkan sensitivitas penerima. Media adalah elemen yang tidak terkontrol dari radio link.

Perbedaan antara saluran komunikasi radio dan saluran kabel adalah bahwa saluran kabel menggunakan kabel atau kabel sebagai penghubung, yang merupakan elemen yang dikendalikan (Anda dapat mengubah parameter listriknya).

itu adalah proses propagasi interaksi elektromagnetik di ruang angkasa.
Gelombang elektromagnetik dijelaskan oleh persamaan Maxwell yang umum untuk fenomena elektromagnetik. Bahkan tanpa adanya muatan listrik dan arus di ruang angkasa, persamaan Maxwell memiliki solusi bukan nol. Solusi ini menggambarkan gelombang elektromagnetik.
Dengan tidak adanya muatan dan arus, persamaan Maxwell mengambil bentuk berikut:

,

Dengan menerapkan operasi busuk ke dua persamaan pertama, Anda dapat memperoleh persamaan terpisah untuk menentukan kekuatan medan listrik dan magnet

Persamaan ini memiliki bentuk khas persamaan gelombang. Pemisahan mereka adalah superposisi ekspresi dari tipe berikut:

Dimana - Sebuah vektor tertentu, yang disebut vektor gelombang, ? - angka yang disebut frekuensi siklik, ? - fase. Besaran adalah amplitudo komponen listrik dan magnet dari gelombang elektromagnetik. Mereka saling tegak lurus dan sama dalam nilai absolut. Interpretasi fisik dari masing-masing besaran yang diperkenalkan diberikan di bawah ini.
Dalam ruang hampa, gelombang elektromagnetik bergerak dengan kecepatan yang disebut kecepatan cahaya. Kecepatan cahaya adalah konstanta fisika dasar, yang dilambangkan dengan huruf latin c. Menurut postulat dasar teori relativitas, kecepatan cahaya adalah kecepatan maksimum yang mungkin dari transfer informasi atau gerakan tubuh. Kecepatan ini adalah 299.792.458 m/s.
Gelombang elektromagnetik dicirikan oleh frekuensi. Bedakan frekuensi garis? dan frekuensi siklik? = 2??. Tergantung pada frekuensinya, gelombang elektromagnetik termasuk dalam salah satu rentang spektral.
Karakteristik lain dari gelombang elektromagnetik adalah vektor gelombang. Vektor gelombang menentukan arah rambat gelombang elektromagnetik, serta panjangnya. Nilai mutlak dari vektor angin disebut bilangan gelombang.
Panjang gelombang elektromagnetik? = 2? / k, dimana k adalah bilangan gelombang.
Panjang gelombang elektromagnetik berhubungan dengan frekuensi melalui hukum dispersi. Dalam kekosongan, koneksi ini sederhana:

?? = c.

Rasio ini sering ditulis sebagai

? = c k.

Gelombang elektromagnetik dengan frekuensi dan vektor gelombang yang sama dapat berbeda fase.
Dalam ruang hampa, vektor kekuatan medan listrik dan magnet dari gelombang elektromagnetik harus tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Gelombang seperti ini disebut gelombang transversal. Secara matematis, ini dijelaskan oleh persamaan dan . Selain itu, kuat medan listrik dan magnet saling tegak lurus dan selalu sama nilai absolutnya di setiap titik dalam ruang: E ​​= H. Jika Anda memilih sistem koordinat sehingga sumbu z berimpit dengan arah rambat gelombang elektromagnetik, ada dua kemungkinan yang berbeda untuk arah vektor kekuatan medan listrik. Jika medan eklektik diarahkan sepanjang sumbu x, maka medan magnet akan diarahkan sepanjang sumbu y, dan sebaliknya. Dua kemungkinan yang berbeda ini tidak saling eksklusif dan sesuai dengan dua polarisasi yang berbeda. Masalah ini dibahas secara lebih rinci dalam artikel Polarisasi gelombang.
Rentang spektral dengan cahaya tampak yang dipilih Tergantung pada frekuensi atau panjang gelombang (jumlah ini terkait), gelombang elektromagnetik diklasifikasikan ke dalam rentang yang berbeda. Gelombang dalam rentang yang berbeda berinteraksi dengan tubuh fisik dengan cara yang berbeda.
Gelombang elektromagnetik dengan frekuensi terendah (atau panjang gelombang terpanjang) disebut sebagai jangkauan radio. Pita radio digunakan untuk mengirimkan sinyal jarak jauh menggunakan radio, televisi, ponsel. Radar beroperasi dalam jangkauan radio. Jangkauan radio dibagi menjadi meter, ditsemeter, sentimeter, milimeter, tergantung pada panjang gelombang elektromagnetik.
Gelombang elektromagnetik cenderung termasuk dalam rentang inframerah. Dalam rentang inframerah terletak radiasi termal tubuh. Registrasi getaran ini adalah dasar untuk pengoperasian perangkat night vision. Gelombang inframerah digunakan untuk mempelajari getaran termal dalam benda dan membantu untuk membangun struktur atom padatan, gas dan cairan.
Radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang 400 nm hingga 800 nm termasuk dalam rentang cahaya tampak. Cahaya tampak memiliki warna yang berbeda tergantung pada frekuensi dan panjang gelombang.
Panjang gelombang kurang dari 400 nm disebut ultraungu. Mata manusia tidak dapat membedakannya, meskipun sifatnya tidak berbeda dengan sifat gelombang pada jarak yang terlihat. Frekuensi tinggi, dan, akibatnya, energi kuanta cahaya semacam itu mengarah pada efek gelombang ultraviolet yang lebih merusak pada objek biologis. Permukaan bumi dilindungi dari efek berbahaya gelombang ultraviolet oleh lapisan ozon. Untuk perlindungan tambahan, alam memberi orang kulit gelap. Namun, manusia membutuhkan sinar ultraviolet untuk menghasilkan vitamin D. Itulah sebabnya orang-orang di garis lintang utara, di mana intensitas gelombang ultraviolet kurang intens, telah kehilangan warna kulit gelap mereka.
Gelombang elektromagnetik frekuensi tinggi adalah sinar-x jangkauan. Disebut demikian karena ditemukan oleh Roentgen, mempelajari radiasi yang terbentuk selama perlambatan elektron. Dalam literatur asing, gelombang seperti itu disebut sinar X menghormati keinginan Roentgen agar sinar tidak memanggilnya dengan namanya. Gelombang sinar-X berinteraksi secara lemah dengan materi, diserap lebih kuat di tempat yang kerapatannya lebih besar. Fakta ini digunakan dalam pengobatan untuk fluorografi sinar-x. Gelombang sinar-X juga digunakan untuk analisis unsur dan studi struktur benda kristal.
memiliki frekuensi tertinggi dan panjang terpendek ?-sinar. Sinar tersebut terbentuk sebagai hasil dari reaksi nuklir dan reaksi antara partikel elementer. ?-sinar memiliki efek destruktif yang besar pada objek biologis. Namun, mereka digunakan dalam fisika untuk mempelajari berbagai karakteristik inti atom.
Energi gelombang elektromagnetik ditentukan oleh jumlah energi medan listrik dan magnet. Kepadatan energi pada titik tertentu dalam ruang diberikan oleh:

.

Kepadatan energi rata-rata waktu sama dengan.

,

Dimana E 0 = H 0 adalah amplitudo gelombang.
Kerapatan fluks energi gelombang elektromagnetik sangat penting. Secara khusus, ini menentukan fluks bercahaya dalam optik. Kerapatan fluks energi gelombang elektromagnetik diberikan oleh vektor Umov-Poynting.

Perambatan gelombang elektromagnetik dalam medium memiliki sejumlah fitur dibandingkan dengan perambatan dalam ruang hampa. Fitur-fitur ini terkait dengan sifat-sifat medium dan umumnya bergantung pada frekuensi gelombang elektromagnetik. Komponen listrik dan magnet dari gelombang menyebabkan polarisasi dan magnetisasi medium. Respons medium ini tidak sama dalam hal frekuensi rendah dan tinggi. Pada frekuensi rendah gelombang elektromagnetik, elektron dan ion zat memiliki waktu untuk merespons perubahan intensitas medan listrik dan magnet. Tanggapan media menelusuri fluktuasi temporal menjadi gelombang. Pada frekuensi tinggi, elektron dan ion zat tidak memiliki waktu untuk bergeser selama periode osilasi medan gelombang, dan oleh karena itu polarisasi dan magnetisasi medium jauh lebih sedikit.
Medan elektromagnetik frekuensi rendah tidak menembus logam, di mana ada banyak elektron bebas, yang dipindahkan dengan cara ini, benar-benar memadamkan gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik mulai menembus logam pada frekuensi yang melebihi frekuensi tertentu, yang disebut frekuensi plasma. Pada frekuensi yang lebih rendah dari frekuensi plasma, gelombang elektromagnetik dapat menembus lapisan permukaan logam. Fenomena ini disebut efek kulit.
Dalam dielektrik, hukum dispersi gelombang elektromagnetik berubah. Jika gelombang elektromagnetik merambat dengan amplitudo konstan dalam ruang hampa, maka dalam medium mereka meluruh karena penyerapan. Dalam hal ini, energi gelombang ditransfer ke elektron atau ion medium. Secara total, hukum dispersi tanpa adanya efek magnetik berbentuk

Dimana bilangan gelombang k adalah kuantitas kompleks total, bagian imajiner yang menggambarkan penurunan amplitudo gelombang elektromagnetik, adalah permitivitas kompleks yang bergantung pada frekuensi medium.
Pada media anisotropik, arah vektor medan listrik dan medan magnet tidak selalu tegak lurus dengan arah rambat gelombang. Namun, arah vektor induksi listrik dan magnet mempertahankan sifat ini.
Dalam suatu medium, dalam kondisi tertentu, jenis gelombang elektromagnetik lain dapat merambat - gelombang elektromagnetik longitudinal, di mana arah vektor kekuatan medan listrik bertepatan dengan arah perambatan gelombang.
Pada awal abad kedua puluh, untuk menjelaskan spektrum radiasi benda hitam, Max Planck menyarankan bahwa gelombang elektromagnetik dipancarkan oleh kuanta dengan energi yang sebanding dengan frekuensi. Beberapa tahun kemudian, Albert Einstein, menjelaskan fenomena efek fotolistrik, memperluas gagasan ini dengan mengasumsikan bahwa gelombang elektromagnetik diserap oleh kuanta yang sama. Dengan demikian, menjadi jelas bahwa gelombang elektromagnetik dicirikan oleh beberapa sifat yang sebelumnya dikaitkan dengan partikel material, sel darah.
Gagasan ini disebut dualisme gelombang sel darah.

Banyak pola proses gelombang bersifat universal dan sama-sama berlaku untuk gelombang dengan berbagai sifat: gelombang mekanik dalam medium elastis, gelombang di permukaan air, pada tali yang diregangkan, dll. Gelombang elektromagnetik, yang merupakan proses perambatan gelombang osilasi medan elektromagnetik, tidak terkecuali. Tetapi tidak seperti jenis gelombang lainnya, yang merambat di beberapa media material, gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa: tidak ada media material yang diperlukan untuk propagasi medan listrik dan magnet. Namun, gelombang elektromagnetik dapat eksis tidak hanya dalam ruang hampa, tetapi juga dalam materi.

Prediksi gelombang elektromagnetik. Keberadaan gelombang elektromagnetik secara teoritis diprediksi oleh Maxwell sebagai hasil dari analisis sistem persamaan yang diusulkannya yang menggambarkan medan elektromagnetik. Maxwell menunjukkan bahwa medan elektromagnetik dalam ruang hampa dapat eksis bahkan tanpa adanya sumber - muatan dan arus. Sebuah medan tanpa sumber memiliki bentuk gelombang yang merambat dengan kecepatan terbatas cm/s, di mana vektor-vektor medan listrik dan magnet pada setiap momen waktu di setiap titik dalam ruang saling tegak lurus dan tegak lurus terhadap arah gelombang. perambatan.

Secara eksperimental, gelombang elektromagnetik ditemukan dan dipelajari oleh Hertz hanya 10 tahun setelah kematian Maxwell.

vibrator terbuka. Untuk memahami bagaimana gelombang elektromagnetik dapat diperoleh secara eksperimental, mari kita pertimbangkan rangkaian osilasi "terbuka", di mana pelat kapasitor dipindahkan terpisah (Gbr. 176) dan oleh karena itu medan listrik menempati area yang luas. Dengan peningkatan jarak antara pelat, kapasitansi C kapasitor berkurang dan, sesuai dengan rumus Thomson, frekuensi osilasi alami meningkat. Jika kita juga mengganti induktor dengan seutas kawat, maka induktansi akan berkurang dan frekuensi alami akan semakin meningkat. Dalam hal ini, tidak hanya listrik, tetapi juga medan magnet, yang sebelumnya tertutup di dalam kumparan, sekarang akan menempati area yang luas dari ruang yang menutupi kawat ini.

Peningkatan frekuensi osilasi dalam rangkaian, serta peningkatan dimensi liniernya, mengarah pada fakta bahwa periode alami

osilasi menjadi sebanding dengan waktu propagasi medan elektromagnetik di sepanjang seluruh rangkaian. Ini berarti bahwa proses osilasi elektromagnetik alami dalam rangkaian terbuka seperti itu tidak dapat lagi dianggap quasi-stasioner.

Beras. 176. Transisi dari rangkaian osilasi ke vibrator terbuka

Kekuatan arus di tempat yang berbeda pada saat yang sama berbeda: di ujung sirkuit selalu nol, dan di tengah (di mana koil dulu) berosilasi dengan amplitudo maksimum.

Dalam kasus pembatas, ketika rangkaian osilasi telah berubah menjadi segmen kawat lurus, distribusi arus sepanjang rangkaian pada beberapa titik waktu ditunjukkan pada Gambar. 177a. Pada saat kekuatan arus pada vibrator seperti itu maksimum, medan magnet yang menutupinya juga mencapai maksimum, dan tidak ada medan listrik di dekat vibrator. Setelah seperempat periode, kekuatan arus menghilang, dan dengan itu medan magnet di dekat vibrator; muatan listrik terkonsentrasi di dekat ujung vibrator, dan distribusinya memiliki bentuk yang ditunjukkan pada Gambar. 1776. Medan listrik di dekat vibrator saat ini maksimum.

Beras. 177. Distribusi sepanjang vibrator terbuka dari kekuatan arus pada saat maksimum (a), dan distribusi muatan setelah seperempat periode (b)

Osilasi muatan dan arus ini, yaitu, osilasi elektromagnetik dalam vibrator terbuka, cukup analog dengan osilasi mekanis yang dapat terjadi pada pegas osilator jika benda masif yang menempel padanya dilepas. Dalam hal ini, perlu untuk memperhitungkan massa masing-masing bagian pegas dan menganggapnya sebagai sistem terdistribusi, di mana setiap elemen memiliki sifat elastis dan inert. Dalam kasus vibrator elektromagnetik terbuka, masing-masing elemennya juga secara bersamaan memiliki induktansi dan kapasitansi.

Medan listrik dan magnet vibrator. Sifat osilasi non-stasioner dalam vibrator terbuka mengarah pada fakta bahwa medan yang dibuat oleh bagian individualnya pada jarak tertentu dari vibrator tidak lagi mengkompensasi satu sama lain, seperti halnya sirkuit osilasi "tertutup" dengan parameter disamakan, di mana osilasi kuasi-stasioner, medan listrik sepenuhnya terkonsentrasi di dalam kapasitor, dan magnet - di dalam koil. Karena pemisahan spasial medan listrik dan magnet, mereka tidak terkait langsung satu sama lain: transformasi timbal balik mereka hanya disebabkan oleh transfer arus - muatan di sepanjang sirkuit.

Pada vibrator terbuka, di mana medan listrik dan magnet tumpang tindih di ruang angkasa, pengaruh timbal balik mereka terjadi: medan magnet yang berubah menghasilkan medan listrik pusaran, dan medan listrik yang berubah menghasilkan medan magnet. Akibatnya, keberadaan bidang "berkelanjutan" seperti itu yang menyebar di ruang bebas pada jarak yang jauh dari vibrator adalah mungkin. Ini adalah gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh vibrator.

percobaan Hertz. Vibrator, dengan bantuan G. Hertz pada tahun 1888 adalah yang pertama secara eksperimental memperoleh gelombang elektromagnetik, adalah konduktor lurus dengan celah udara kecil di tengahnya (Gbr. 178a). Berkat celah ini, muatan yang signifikan dapat diberikan ke dua bagian vibrator. Ketika beda potensial mencapai nilai batas tertentu, kerusakan terjadi di celah udara (percikan melompat) dan muatan listrik dapat mengalir melalui udara terionisasi dari satu bagian vibrator ke bagian lainnya. Dalam rangkaian terbuka, osilasi elektromagnetik muncul. Agar arus bolak-balik cepat hanya ada di vibrator dan tidak menutup melalui sumber listrik, choke dihubungkan antara vibrator dan sumber (lihat Gambar 178a).

Beras. 178. Vibrator Hertz

Getaran frekuensi tinggi di vibrator ada selama percikan menutup celah di antara bagiannya. Redaman osilasi semacam itu dalam vibrator terjadi terutama bukan karena kerugian Joule pada resistansi (seperti dalam rangkaian osilasi tertutup), tetapi karena radiasi gelombang elektromagnetik.

Untuk mendeteksi gelombang elektromagnetik, Hertz menggunakan vibrator kedua (penerima) (Gbr. 1786). Di bawah aksi medan listrik bolak-balik dari gelombang yang datang dari emitor, elektron dalam vibrator penerima melakukan osilasi paksa, yaitu, arus bolak-balik yang cepat tereksitasi dalam vibrator. Jika dimensi vibrator penerima sama dengan yang memancarkan, maka frekuensi osilasi elektromagnetik alami di dalamnya bertepatan dan osilasi paksa pada vibrator penerima mencapai nilai yang nyata karena resonansi. Osilasi ini dideteksi oleh Hertz dengan lewatnya percikan api di celah mikroskopis di tengah vibrator penerima atau dengan pancaran tabung pelepasan gas mini G, yang terhubung di antara kedua bagian vibrator.

Hertz tidak hanya secara eksperimental membuktikan keberadaan gelombang elektromagnetik, tetapi untuk pertama kalinya mulai mempelajari sifat-sifatnya - penyerapan dan pembiasan di berbagai media, pemantulan dari permukaan logam, dll. Secara eksperimental, juga dimungkinkan untuk mengukur kecepatan gelombang elektromagnetik, yang ternyata sama dengan kecepatan cahaya.

Kebetulan kecepatan gelombang elektromagnetik dengan kecepatan cahaya diukur jauh sebelum penemuan mereka menjadi titik awal untuk mengidentifikasi cahaya dengan gelombang elektromagnetik dan menciptakan teori elektromagnetik cahaya.

Gelombang elektromagnetik ada tanpa sumber medan dalam arti bahwa setelah emisinya, medan elektromagnetik gelombang tidak terkait dengan sumbernya. Dengan cara ini, gelombang elektromagnetik berbeda dari medan listrik dan magnet statis, yang tidak ada dalam isolasi dari sumbernya.

Mekanisme radiasi gelombang elektromagnetik. Radiasi gelombang elektromagnetik terjadi dengan pergerakan muatan listrik yang dipercepat. Adalah mungkin untuk memahami bagaimana medan listrik transversal dari suatu gelombang muncul dari medan radial Coulomb sebuah muatan titik dengan menggunakan alasan sederhana berikut yang diajukan oleh J. Thomson.

Beras. 179. Bidang muatan titik tidak bergerak

Pertimbangkan medan listrik yang diciptakan oleh muatan titik.Jika muatan diam, maka medan elektrostatiknya diwakili oleh garis gaya radial yang muncul dari muatan (Gbr. 179). Biarkan pada saat muatan di bawah aksi beberapa gaya eksternal mulai bergerak dengan percepatan a, dan setelah beberapa waktu aksi gaya ini berhenti, sehingga muatan bergerak lebih jauh dengan kecepatan seragam.Grafik kecepatan muatan adalah ditunjukkan pada Gambar. 180.

Bayangkan sebuah gambar garis-garis medan listrik yang diciptakan oleh muatan ini, setelah waktu yang lama, Karena medan listrik merambat dengan kecepatan cahaya c,

maka perubahan medan listrik yang disebabkan oleh pergerakan muatan tidak dapat mencapai titik-titik yang terletak di luar lingkaran jari-jari: di luar bola ini, medannya sama dengan muatan stasioner (Gbr. 181). Kekuatan medan ini (dalam sistem satuan Gaussian) sama dengan

Seluruh perubahan medan listrik yang disebabkan oleh pergerakan muatan yang dipercepat dari waktu ke waktu pada saat waktu berada di dalam lapisan bola tipis dengan ketebalan, jari-jari luarnya sama dengan dan bagian dalam - Ini ditunjukkan pada Gambar. 181. Di dalam bola berjari-jari, medan listrik adalah medan muatan yang bergerak secara seragam.

Beras. 180. Grafik tingkat pengisian

Beras. 181. Garis-garis kuat medan listrik suatu muatan bergerak menurut grafik pada gambar. 180

Beras. 182. Untuk penurunan rumus intensitas medan radiasi dari muatan yang bergerak dipercepat

Jika kecepatan muatan jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya c, maka medan pada saat ini bertepatan dengan medan muatan titik stasioner yang terletak pada jarak dari awal (Gbr. 181): medan muatan perlahan bergerak dengan kecepatan konstan bergerak dengan itu, dan jarak yang ditempuh oleh muatan dari waktu ke waktu , seperti dapat dilihat dari Gambar. 180, dapat dianggap sama jika r»t.

Gambar medan listrik di dalam lapisan bola mudah ditemukan, mengingat kontinuitas garis-garis gaya. Untuk melakukan ini, Anda perlu menghubungkan garis gaya radial yang sesuai (Gbr. 181). Kekusutan pada garis-garis gaya yang disebabkan oleh gerak dipercepat dari muatan "melarikan diri" dari muatan dengan kecepatan c. Sebuah ketegaran di garis kekuatan antara

bola, ini adalah bidang radiasi yang menarik bagi kita, merambat dengan kecepatan c.

Untuk menemukan medan radiasi, perhatikan salah satu garis intensitas, yang membentuk sudut tertentu dengan arah pergerakan muatan (Gbr. 182). Kami menguraikan vektor kekuatan medan listrik dalam pemutusan E menjadi dua komponen: radial dan transversal.Komponen radial adalah kekuatan medan elektrostatik yang diciptakan oleh muatan pada jarak darinya:

Komponen transversal adalah kuat medan listrik pada gelombang yang dipancarkan oleh muatan selama gerak dipercepat. Karena gelombang ini berjalan sepanjang jari-jari, vektor tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Dari gambar. 182 menunjukkan bahwa

Mengganti di sini dari (2), kami menemukan

Mempertimbangkan bahwa rasio adalah percepatan a, yang dengannya muatan dipindahkan selama interval waktu dari 0 ke, kami menulis ulang ekspresi ini dalam bentuk

Pertama-tama, kami memperhatikan fakta bahwa kekuatan medan listrik gelombang berkurang berbanding terbalik dengan jarak dari pusat, berbeda dengan kekuatan medan elektrostatik, yang sebanding dengan ketergantungan pada jarak, dan diharapkan jika kita memperhitungkan hukum kekekalan energi. Karena tidak ada penyerapan energi ketika gelombang merambat dalam ruang hampa, jumlah energi yang telah melewati bola dengan radius berapa pun adalah sama. Karena luas permukaan bola sebanding dengan kuadrat jari-jarinya, fluks energi yang melalui satuan permukaannya harus berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jarinya. Mempertimbangkan bahwa rapat energi medan listrik gelombang adalah sama, kami menyimpulkan bahwa

Selanjutnya, kita perhatikan bahwa kuat medan gelombang dalam rumus (4) pada saat waktu tergantung pada percepatan muatan dan pada saat waktu gelombang yang diradiasikan pada saat itu mencapai titik yang terletak pada jarak setelah waktu tertentu. sama dengan

Radiasi muatan berosilasi. Mari kita asumsikan bahwa muatan bergerak sepanjang waktu sepanjang garis lurus dengan beberapa percepatan variabel di dekat titik asal, misalnya, ia melakukan osilasi harmonik. Selama itu, ia akan memancarkan gelombang elektromagnetik terus menerus. Kuat medan listrik gelombang pada suatu titik yang terletak pada jarak dari titik asal koordinat masih ditentukan oleh rumus (4), dan medan listrik pada saat itu bergantung pada percepatan muatan a pada saat sebelumnya.

Biarkan gerakan muatan menjadi osilasi harmonik di dekat titik asal dengan amplitudo A dan frekuensi tertentu w:

Percepatan muatan selama gerakan seperti itu diberikan oleh ekspresi

Substitusikan percepatan muatan ke dalam rumus (5), kita peroleh

Perubahan medan listrik pada setiap titik selama perjalanan gelombang seperti itu adalah osilasi harmonik dengan frekuensi , yaitu, muatan yang berosilasi memancarkan gelombang monokromatik. Tentu saja, rumus (8) berlaku pada jarak yang lebih besar dari amplitudo osilasi muatan A.

Energi gelombang elektromagnetik. Kerapatan energi medan listrik gelombang monokromatik yang dipancarkan oleh muatan dapat ditemukan dengan menggunakan rumus (8):

Kerapatan energi sebanding dengan kuadrat amplitudo osilasi muatan dan pangkat empat frekuensi.

Setiap fluktuasi dikaitkan dengan transisi periodik energi dari satu bentuk ke bentuk lain dan sebaliknya. Misalnya, osilasi dari osilator mekanik disertai dengan transformasi timbal balik energi kinetik dan energi potensial deformasi elastis. Ketika mempelajari osilasi elektromagnetik dalam suatu rangkaian, kita melihat bahwa analog energi potensial osilator mekanik adalah energi medan listrik di kapasitor, dan analog energi kinetik adalah energi medan magnet kumparan. Analogi ini berlaku tidak hanya untuk osilasi lokal, tetapi juga untuk proses gelombang.

Dalam gelombang monokromatik yang merambat dalam media elastis, rapat energi kinetik dan potensial pada setiap titik melakukan osilasi harmonik dengan frekuensi dua kali lipat, dan sedemikian rupa sehingga nilainya bertepatan setiap saat. Ini sama dalam gelombang elektromagnetik monokromatik yang bergerak: kerapatan energi medan listrik dan magnet, membuat osilasi harmonik dengan frekuensi, sama satu sama lain di setiap titik setiap saat.

Kerapatan energi medan magnet dinyatakan dalam induksi B sebagai berikut:

Dengan menyamakan rapat energi medan listrik dan medan magnet dalam gelombang elektromagnetik yang merambat, kita yakin bahwa induksi medan magnet dalam gelombang seperti itu bergantung pada koordinat dan waktu dengan cara yang sama seperti kuat medan listrik. Dengan kata lain, dalam gelombang berjalan, induksi medan magnet dan kuat medan listrik adalah sama satu sama lain di setiap titik dan setiap saat (dalam sistem satuan Gaussian):

Aliran energi gelombang elektromagnetik. Kepadatan energi total medan elektromagnetik dalam gelombang berjalan adalah dua kali rapat energi medan listrik (9). Kerapatan fluks energi y yang dibawa oleh gelombang sama dengan hasil kali rapat energi dan kecepatan rambat gelombang. Dengan menggunakan rumus (9), kita dapat melihat bahwa fluks energi melalui setiap permukaan berosilasi dengan frekuensi.Untuk menemukan nilai rata-rata kerapatan fluks energi, diperlukan ekspresi rata-rata (9) dari waktu ke waktu. Karena nilai rata-rata adalah 1/2, kita mendapatkan

Beras. 183. Distribusi energi sudut" yang dipancarkan oleh muatan berosilasi

Kerapatan fluks energi dalam gelombang bergantung pada arah: tidak ada energi yang dipancarkan sama sekali ke arah terjadinya osilasi muatan. Jumlah energi terbesar dipancarkan dalam bidang yang tegak lurus terhadap arah ini. 183. Sebuah muatan berosilasi sepanjang sumbu

arah energi, yaitu Diagram menunjukkan garis yang menghubungkan ujung-ujung segmen ini.

Distribusi energi dalam arah dalam ruang dicirikan oleh permukaan, yang diperoleh dengan memutar diagram di sekitar sumbu

Polarisasi gelombang elektromagnetik. Gelombang yang dihasilkan oleh vibrator selama osilasi harmonik disebut monokromatik. Gelombang monokromatik dicirikan oleh frekuensi tertentu co dan panjang gelombang X. Panjang gelombang dan frekuensi terkait melalui kecepatan rambat gelombang c:

Gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa adalah transversal: vektor kekuatan medan elektromagnetik gelombang, seperti dapat dilihat dari alasan di atas, tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Mari kita menggambar melalui titik pengamatan pada gambar. 184 bola berpusat di titik asal, di sekitar mana muatan yang memancar berosilasi sepanjang sumbu. Gambarlah paralel dan meridian di atasnya. Kemudian vektor E medan gelombang akan diarahkan secara tangensial ke meridian, dan vektor B tegak lurus terhadap vektor E dan diarahkan secara tangensial ke paralel.

Untuk memverifikasi ini, mari kita pertimbangkan secara lebih rinci hubungan antara medan listrik dan magnet dalam gelombang berjalan. Bidang-bidang ini setelah emisi gelombang tidak lagi terkait dengan sumbernya. Ketika medan listrik gelombang berubah, medan magnet muncul, garis-garis gaya yang, seperti yang kita lihat dalam studi arus perpindahan, tegak lurus terhadap garis-garis gaya medan listrik. Medan magnet bolak-balik ini, berubah, pada gilirannya mengarah pada munculnya medan listrik pusaran, yang tegak lurus dengan medan magnet yang menghasilkannya. Jadi, selama perambatan gelombang, medan listrik dan magnet saling mendukung, tetap tegak lurus sepanjang waktu. Karena dalam gelombang berjalan medan listrik dan medan magnet berubah fase satu sama lain, "potret" sesaat dari gelombang (vektor E dan B pada titik yang berbeda dari garis sepanjang arah rambat) memiliki bentuk yang ditunjukkan pada Gambar. 185. Gelombang seperti itu disebut terpolarisasi linier. Muatan berosilasi harmonik memancarkan gelombang terpolarisasi linier ke segala arah. Dalam gelombang terpolarisasi linier yang merambat ke segala arah, vektor E selalu berada pada bidang yang sama.

Karena muatan dalam vibrator elektromagnetik linier melakukan gerakan berosilasi seperti itu, gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh vibrator terpolarisasi linier. Sangat mudah untuk memverifikasi ini secara eksperimental dengan mengubah orientasi vibrator penerima relatif terhadap yang memancarkan.

Beras. 185. Medan listrik dan magnet dalam gelombang terpolarisasi linier berjalan

Sinyal paling besar ketika vibrator penerima sejajar dengan vibrator yang memancarkan (lihat Gambar 178). Jika vibrator penerima diputar tegak lurus dengan vibrator pemancar, maka sinyal menghilang. Osilasi listrik pada vibrator penerima dapat muncul hanya karena komponen medan listrik gelombang diarahkan sepanjang vibrator. Oleh karena itu, percobaan semacam itu menunjukkan bahwa medan listrik dalam gelombang sejajar dengan vibrator yang memancar.

Jenis lain dari polarisasi gelombang elektromagnetik transversal juga dimungkinkan. Jika, misalnya, vektor E di beberapa titik selama perjalanan gelombang berputar seragam di sekitar arah rambat, tetap tidak berubah dalam nilai absolut, maka gelombang disebut terpolarisasi sirkular atau terpolarisasi dalam lingkaran. "Potret" instan dari medan listrik dari gelombang elektromagnetik seperti itu ditunjukkan pada Gambar. 186.

Beras. 186. Medan listrik dalam gelombang terpolarisasi sirkuler yang merambat

Gelombang terpolarisasi sirkular dapat diperoleh dengan menambahkan dua gelombang terpolarisasi linier dengan frekuensi dan amplitudo yang sama merambat dalam arah yang sama, vektor medan listrik yang saling tegak lurus. Pada setiap gelombang, vektor medan listrik pada setiap titik melakukan osilasi harmonik. Agar jumlah osilasi yang saling tegak lurus tersebut menghasilkan rotasi vektor yang dihasilkan, diperlukan pergeseran fasa.Dengan kata lain, gelombang terpolarisasi linier yang ditambahkan harus digeser seperempat panjang gelombang relatif satu sama lain.

Momentum gelombang dan tekanan ringan. Selain energi, gelombang elektromagnetik juga memiliki momentum. Jika gelombang diserap, maka momentumnya ditransfer ke benda yang menyerapnya. Oleh karena itu, selama penyerapan, gelombang elektromagnetik memberikan tekanan pada penghalang. Asal usul tekanan gelombang dan nilai tekanan ini dapat dijelaskan sebagai berikut.

Diarahkan dalam garis lurus. Maka daya yang diserap oleh muatan P sama dengan

Kami berasumsi bahwa semua energi gelombang datang diserap oleh penghalang. Karena gelombang membawa energi per satuan luas permukaan penghalang per satuan waktu, tekanan yang diberikan oleh gelombang pada kejadian normal sama dengan rapat energi gelombang. Gaya tekanan gelombang elektromagnetik yang diserap memberikan penghalang per satuan waktu impuls sama, menurut rumus (15), dengan energi yang diserap dibagi dengan kecepatan cahaya . Dan ini berarti gelombang elektromagnetik yang diserap memiliki momentum, yang sama dengan energi dibagi dengan kecepatan cahaya.

Untuk pertama kalinya, tekanan gelombang elektromagnetik ditemukan secara eksperimental oleh P. N. Lebedev pada tahun 1900 dalam eksperimen yang sangat halus.

Bagaimana osilasi elektromagnetik kuasi-stasioner dalam rangkaian osilasi tertutup berbeda dari osilasi frekuensi tinggi dalam vibrator terbuka? Beri saya analogi mekanis.

Jelaskan mengapa gelombang elektromagnetik tidak memancar dalam rangkaian tertutup selama osilasi kuasi-stasioner elektromagnetik. Mengapa radiasi terjadi selama osilasi elektromagnetik dalam vibrator terbuka?

Jelaskan dan jelaskan eksperimen Hertz tentang eksitasi dan deteksi gelombang elektromagnetik. Apa peran celah percikan dalam transmisi dan penerima vibrator?

Jelaskan bagaimana, dengan pergerakan muatan listrik yang dipercepat, medan elektrostatik longitudinal berubah menjadi medan listrik transversal dari gelombang elektromagnetik yang dipancarkan olehnya.

Berdasarkan pertimbangan energi, tunjukkan bahwa kuat medan listrik gelombang bola yang dipancarkan oleh vibrator berkurang sebesar 1 1r (berlawanan dengan medan elektrostatik).

Apa yang dimaksud dengan gelombang elektromagnetik monokromatik? Apa itu panjang gelombang? Bagaimana hubungannya dengan frekuensi? Apa sifat transversal gelombang elektromagnetik?

Apa yang dimaksud dengan polarisasi gelombang elektromagnetik? Jenis polarisasi apa yang Anda ketahui?

Argumen apa yang dapat Anda berikan untuk membenarkan fakta bahwa gelombang elektromagnetik memiliki momentum?

Jelaskan peran gaya Lorentz dalam terjadinya gaya tekanan gelombang elektromagnetik pada penghalang.

), yang menggambarkan medan elektromagnetik, secara teoritis menunjukkan bahwa medan elektromagnetik dalam ruang hampa dapat eksis bahkan tanpa adanya sumber - muatan dan arus. Medan tanpa sumber memiliki bentuk gelombang yang merambat dengan kecepatan terbatas, yang dalam ruang hampa sama dengan kecepatan cahaya: dengan= 299792458±1,2 m/s. Kebetulan kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya yang diukur sebelumnya memungkinkan Maxwell untuk menyimpulkan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Kesimpulan ini kemudian menjadi dasar teori elektromagnetik cahaya.

Pada tahun 1888, teori gelombang elektromagnetik mendapat konfirmasi eksperimental dalam eksperimen G. Hertz. Menggunakan sumber tegangan tinggi dan vibrator (lihat vibrator Hertz), Hertz mampu melakukan eksperimen halus untuk menentukan kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dan panjangnya. Secara eksperimental dikonfirmasi bahwa kecepatan rambat gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan cahaya, yang membuktikan sifat elektromagnetik cahaya.