elektromagnetinės bangos

plokščiosios harmoninės elektromagnetinės bangos sandara ir sklidimas

elektromagnètinės bañgos, elektromagnetinė spinduliuotė, t. y. periodiškai kintantys tarpusavyje susiję elektrinis ir magnetinis laukai, sklindantys erdvėje. Periodiškai kintanti elektros srovė ar krūviai erdvėje sukuria kintamąjį elektrinį lauką, o jis – kintamąjį magnetinį lauką. Šis laukas savo ruožtu kuria kintamąjį elektrinį lauką, jis – kintamąjį magnetinį lauką ir t. t. Šie kintamieji laukai laisvai sklinda erdvėje elektromagnetinės bangos pavidalu. Elektromagnetinės bangos galėtų sklisti amžinai, jei tik jų energijos nesugertų ar neišsklaidytų aplinka. Elektromagnetinės bangos fazinis greitis v_f laisvojoje erdvėje (vakuume) apytiksliai lygus šviesos greičiui c = 3 · 10⁸ m/s. Nesugeriančioje terpėje v_f = c/$\sqrt{{\epsilon }_r{\mu }_r}$; čia ε_r – terpės santykinė dielektrinė skvarba, µ_r – santykinė magnetinė skvarba.

Elektromagnetinės bangos gali sklisti ir kreipiamosiose sistemose – bangolaidžiuose, šviesolaidžiuose ir kitur. Elektromagnetinės bangos nusakomos elektromagnetinio lauko vektoriais E (elektrinio lauko stipriu), H (magnetinio lauko stipriu), t. p. Poyntingo vektoriumi S = E × H (jo absoliučioji vertė lygi galios tankiui). E, H skaičiuoti taikomos banginės lygtys. Jeigu E, H moduliai ilgainiui kinta sinuso ar kosinuso dėsniu, elektromagnetinės bangos vadinamos harmoninėmis. Izotropinėje aplinkoje elektromagnetinės bangos yra skersinės, t. y. vektoriai E ir H statmeni tarpusavyje ir bangos sklidimo krypčiai, kuri sutampa su S kryptimi. Elektromagnetinės bangos yra poliarizuotos, joms būdingos bendrosios bangų savybės: atspindys ir lūžis, interferencija, difrakcija, dispersija, sklaida, sugertis ir kita. Elektromagnetinės bangos turi ir bangos, ir dalelių srauto savybių (bangos ir dalelės dualumas). Bangines elektromagnetinių bangų savybes lemia tarpusavyje sąveikaujantys elektrinis ir magnetinis laukai. Elektromagnetinės bangos apibūdinamos bangos ilgiu λ ir dažniu f, juos sieja formulė λ = v_f / f; v_f – elektromagnetinių bangų fazinis greitis terpėje. Labai aukšto dažnio elektromagnetinės bangos panašesnės į didelės energijos dalelių (fotonų) srautą. Bangos-dalelės energija E = h·f; h – Plancko konstanta, f – bangos dažnis. Elektromagnetinių bangų sklidimo pobūdis priklauso nuo terpės savybių. Jei joje yra laisvųjų krūvininkų, elektromagnetinė banga silpsta (pvz., metaluose, pusiau laidžiose terpėse). Kai medžiagoje sklinda labai didelės energijos elektromagnetinės bangos, joje gali kilti netiesinių reiškinių: susidaro smūginės bangos, harmonikos ir subharmonikos, vyksta priverstinė sklaida, bangos saviveika (pvz., susifokusavimas). Sąveikaudamos su medžiaga elektromagnetinės bangos ją slegia. Elektromagnetinės bangos slėgio jėga labai menka, tačiau kai kada (pvz., kosminėje erdvėje) ji tampa svarbi ir į ją būtina atsižvelgti. Elektromagnetinės bangos laidininkuose (antenose) sukuria elektrovarą. Fizinė įvairių elektromagnetinių bangų prigimtis ir pagrindinės savybės vienodos, tačiau jų sąveikos su medžiaga pobūdis, žadinimo būdai, tyrimo metodai labai skiriasi. Elektromagnetinės bangos skirstomos pagal bangos ilgį arba dažnį. Elektromagnetinių bangų teorija grindžiama Maxwello lygtimis (elektromagnetinių bangų matematinis modelis). Radijo bangų spinduliavimą ir sklidimą nagrinėja klasikinė elektrodinamika, optinės, rentgeno, gama spinduliuotės savybes – elektrodinamika ir kvantinė mechanika. Išsamiausiai elektromagnetinės spinduliuotės ir jos sąveikos su medžiaga savybes nusako kvantinė elektrodinamika. Elektromagnetinių bangų šaltiniai yra natūralūs (kosminių objektų, dangaus kūnų spinduliuotė, žaibas ir kiti) ir dirbtiniai. Radijo bangas generuoja puslaidininkiniai, lempiniai generatoriai (osciliatoriai), mikrobangas – magnetronai, klistronai, Gunno, griūtiniai dreifo diodai, optines bangas – šviesos diodai, lazeriai, molekulės ir atomai, sužadinti šilumos arba elektros. Rentgeno, gama spinduliuotė susidaro per atominius, branduolinius procesus, stabdant įgreitintas elektringąsias daleles. Kosminiai spinduliai kyla per kosminius procesus. Elektromagnetinės bangos naudojamos ryšiams, astronomijoje, medicinoje ir kitur. Elektromagnetinių bangų buvimą 1832 numatė M. Faraday, 1864 J. C. Maxwellas teoriškai pagrindė jų egzistavimo galimybę ir sukūrė jų teoriją; 1887–88 elektromagnetines bangas laboratorijoje sukėlė ir tyrė H. R. Hertzas.

281

-radijo bangos