Электромагнитная волна представляет собой распространяющееся изменение электрического и магнитного полей, и, как и любой другой волновой процесс, обладает характеристиками волны. Рассмотрим такую важную характеристику электромагнитных волн, как длина.
Поскольку любые колебания можно представить в виде суммы простейших гармонических колебаний, обычно описывается движение заряда по гармоническому закону (синуса или косинуса).
В этом случае заряд наводит изменяющиеся по гармоническому закону электрическое и магнитное поля. При этом изменение электрического поля само порождает вихревое магнитное поле. А изменение магнитного поля, в свою очередь, порождает изменяющееся вихревое электрическое поле.
Таким образом, вокруг заряда, движущегося с ускорением, возникает структура порождающих друг друга электрических и магнитных полей – электромагнитная волна. Эта волна распространяется с конечной скоростью, называющейся скоростью света, и равной примерно ×10^8$ м/с.
Энергия электромагнитной волны с расстоянием убывает значительно медленнее, чем энергия породившего ее поля заряда (прямо пропорционально расстоянию). Поэтому мы можем видеть свет далеких звезд и галактик, хотя, ни электрических, ни магнитных полей не фиксируем.
При этом, направления векторов электрического и магнитного поля в электромагнитной волне, согласно правилу буравчика (или правилу охвата правой рукой) взаимно перпендикулярны:
Длина электромагнитной волны
Если рассмотреть структуру электромагнитной волны, то можно видеть, что в любой ее точке происходят периодические изменение вектора поля, причем, в соседних точках вектор изменяется с некоторым фазовым сдвигом, и чем дальше отстоят точки друг от друга, тем фазовый сдвиг больше.
На некоторых расстояниях фазовый сдвиг становится равным целому числу полных колебаний, и в этих местах изменение вектора происходит одинаково (синфазно). Таким образом, структуре распространяющейся волны можно приписать специальный параметр, равный минимальному расстоянию между точками, в которых вектор напряженности поля изменяется одинаково – длину электромагнитной волны.
Для вывода формулы длины электромагнитной волны необходимо вспомнить, что волна распространяется с конечной скоростью $3×10^8$ м/с, и при этом ее вектор в любой точке изменяется с некоторым периодом $T$. За это время вектор поля придет к начальному значению, а фронт волны успеет пройти расстояние, равное длине волны $lambda$.
Таким образом:
$$lambda = {3×10^8 T} (м)$$
Нередко в задачах известен не период гармонических колебаний, а их частота $nu$. В этом случае необходимо учесть связь периода и частоты:
$$T = {1 over nu}$$
Подставляя это соотношение в формулу длины волны, получаем:
$$lambda = {3×10^8 over nu}$$
Что мы узнали?
Заряд, колеблющийся по гармоническому закону, распространяет вокруг себя структуру вихревых электрического и магнитного поля, которая называется электромагнитной волной. За время одного периода колебаний волна успевает распространиться на некоторое расстояние, которое называется длиной волны.
