Поняття про електромагнітні хвилі

Хвилею називають коливання, що розповсюджуються в просторі з часом. Найважливішою характеристикою хвилі є її швидкість. Хвилі будь-якої природи не розповсюджуються в просторі миттєво.

Хвилі бувають двох видів: поперечні і повздовжні. Поперечними називають хвилі, що розповсюджуються в перпендикулярному напрямі розповсюдження хвилі. Повздовжніми хвилями називають хвилі, що розповсюджуються вздовж напряму розповсюдження хвилі. Основна властивість всіх хвиль незалежно від їх природи полягає в переміщенні енергії без перенесення речовини.

Процес розповсюдження змінних магнітного і електричного полів і є електромагнітна хвиля. Електромагнітні хвилі можуть існувати і розповсюджуватися у вакуумі.

Умова виникнення електромагнітних хвиль. Для утворення інтенсивних електромагнітних хвиль необхідно створити електромагнітні коливання достатньо високої частоти. Зміни електромагнітного поля відбуваються при зміні сили струму в провіднику, а сила струму в провіднику змінюється при зміні швидкості руху електричних зарядів в ньому, тобто при русі зарядів з прискоренням. Отже, електромагнітні хвилі повинні виникати при прискореному русі електромагнітних зарядів.

Електромагнітні хвилі були вперше експериментально отримані Г. Герцом в 1887 р. В його дослідах прискорений рух електричних зарядів збуджувався в двох металевих стрижнях з кулями на кінцях (вібратор Герца). Коливання електричних зарядів у вібраторі створюють електромагнітну хвилю. Тільки коливання у вібраторі створює не одна заряджена частинка, а величезне число електронів, які рухаються злагоджено. В електромагнітній хвилі вектори  і  перпендикулярні один одному. Вектор  лежить в площині, що проходить через вібратор, а вектор  перпендикулярний цій площині. Випромінювання хвиль відбувається з максимальною інтенсивністю в напрямку, перпендикулярному осі вібратора. Вздовж осі випромінювання не відбуваються. Вектор  – напрям електричного поля, а вектор  – напрям магнітного поля.

В звичайному коливальному контурі (його можна назвати закритим), майже все магнітне поле зосереджено всередині котушки, а електричне – усередині конденсатора. Оддалік контура електромагнітного поля практично немає. Такий контур дуже слабо випромінює електромагнітні хвилі.

Для отримання електромагнітних хвиль Генріх Герц використовував простий пристрій, який називається зараз вібратором Герца. Цей пристрій є відкритим коливальним контуром. До відкритого коливального контура можна перейти від закритого, якщо поступово розсовувати пластини конденсатора, збільшуючи їх площу при незмінній кількості витків котушки. Врешті-решт вийде прямий дріт. Це і є відкритий коливальний контур. Ємність і індуктивність вібратора Герца малі. Тому частота коливань відносно велика. В дослідах Г. Герца довжина хвилі складала декілька десятків сантиметрів. Обчисливши власну частоту електр омагнітних коливань вібратора, Г. Герц зміг визначити швидкість електромагнітної хвилі за формулою: 

Вона виявилася приблизно рівна швидкості світла: с ≈ 300000 км/с.