Sóng điện từ

Ánh sáng mắt thường nhìn thấy được phổ chỉ chiếm hữu rộng lớnSóng điện từ phổMột bộ phận nhỏ.

Sóng điện từ( tiếng Anh: Electromagnetic wave ) là chỉCùng tươngChấn độngThả cho nhau vuông gócĐiện trườngCùngTừ trường,Là một loại phiMáy móc sóng,Ở không gian trung lấySóngHình thức truyền lạiNăng lượngCùngĐộng lượng,Này truyền bá phương hướng vuông góc với điện trường cùng từ trường chấn động phương hướng.

Sóng điện từ không cần dựa vàoChất môi giớiTiến hành truyền bá, ởChân khôngTrung này truyền bá tốc độ vìVận tốc ánh sáng.Sóng điện từ nhưng dựa theoTần suấtPhân loại, từ tần suất thấp suất đến cao tần suất, chủ yếu bao gồmSóng vô tuyến điện,Triệu hách phóng xạ,Vi ba,Tia hồng ngoại,Ánh sáng mắt thường nhìn thấy được,Tử ngoại tuyến,X xạ tuyếnCùngTia gamma.Người mắt nhưng tiếp thu đến sóng điện từ,Bước sóngƯớc chừng ở 380 đến 780nmChi gian, xưng là ánh sáng mắt thường nhìn thấy được.

Phát hiện lịch sử

James · Mark sĩ uy

Chủ điều mục:Điện từ học phát triển sử

Ở ánh sáng mắt thường nhìn thấy được bước sóng bên ngoài điện từ phóng xạ bị phát hiện với 19 thế kỷ lúc đầu.Tia hồng ngoạiPhóng xạ phát hiện về nhân với thiên văn học giaWilliam · hách nghỉ ngươi,Hắn với 1800 năm ở Luân ĐônHoàng gia học đượcPhát biểu hắn thành quả.

Sóng điện từ đầu tiên từJames · Mark sĩ uyVới 1865 năm đoán trước ra tới, rồi sau đó từNước ĐứcVật lý học giaHeinrich · hécVới 1887 năm đến 1888 trong năm ở thực nghiệm trung chứng thực tồn tại.Mark sĩ uy suy luận raSóng điện từ phương trình,Một loạiDao động phương trình,Này rõ ràng mà biểu hiện ra điện trường cùng từ trường dao động bản chất. Bởi vì sóng điện từ phương trình đoán trước sóng điện từ tốc độ cùngVận tốc ánh sángĐo lường giá trị bằng nhau, Mark sĩ uy suy luậnÁnh sángCũng là sóng điện từ.Sóng vô tuyến điện bịHeinrich · hécỞ 1887 năm cái thứ nhất cố tình sinh ra, sử dụng mạch điện tính toán ra so ánh sáng mắt thường nhìn thấy được thấp đến nhiều tần suất thượng sinh ra chấn động, tùy theo sinh ra từ Maxwell phương trình sở kiến nghị chấn động điện tích cùng điện lưu. Héc còn khai phá kiểm tra đo lường này đó sóng điện phương pháp, cũng sinh ra cùng đặc trưng hóa này đó sau lại được xưng làSóng vô tuyến điệnCùngVi ba.

William · RöntgenPhát hiện cũng mệnh danhX xạ tuyến.Ở 1895 năm 11 nguyệt 8 ngày ứng dụng với chân không quản thượng cao điện áp thí nghiệm sau, hắn chú ý tới ở phụ cận mạ màng tấm kính dày ánh huỳnh quang. Ở trong một tháng, hắn phát hiện X xạ tuyến chủ yếu tính chất.

Khái niệm

Ba loại bất đồng sóng điện từSóng mô(mode) ( lam, lục, hồng ), x- trục chiều dài chừng mực làMicromet.

Chạy bằng điện cơ họcChuyên môn nghiên cứu sóng điện từ vật lý hành vi, làĐiện từ họcChi nhánh. Ở chạy bằng điện cơ học, căn cứMark sĩ uy phương trình tổ,Theo thời gian biến hóa điện trường sinh ra từ trường, phản chi cũng thế. Bởi vậy, một cái chấn động trung điện trường sẽ sinh ra chấn động từ trường, mà một cái chấn động trung từ trường lại sẽ sinh ra chấn động điện trường, bộ dáng này, này đó liên tục không ngừng cùng tương chấn động điện trường cùng từ trường cộng đồng địa hình thành sóng điện từ.

Điện trường, từ trường đều tuân thủChồng lên nguyên lý.Bởi vì điện trường cùng từ trường đều làVector tràng,Sở hữu điện trường vector cùng từ trường vector đều thích hợp làmVector thêmGiải toán. Tỷ như, một cáiTiến lên sóng điện từ,Nhập bắn với một cái chất môi giới, sẽ khiến cho chất môi giới nội điện tử chấn động, cho nên khiến cho chúng nó chính mình cũng phóng ra sóng điện từ, cho nên tạo thànhChiết xạHoặcNhiễu xạTừ từ hiện tượng.

Ở phi tuyến tính chất môi giới nội ( tỷ như, nào đóTinh thể), sóng điện từ sẽ cùngĐiện trườngHoặcTừ trườngSinh ra lẫn nhau tác dụng, này bao gồmFaraday hiệu ứng,Khắc ngươi hiệu ứngTừ từ.

Đương sóng điện từ từ một loại chất môi giới nhập bắn với một loại khác chất môi giới khi, giả như hai loại chất môi giớiChiết xạ suấtKhông bằng nhau, tắc sẽ sinh raChiết xạHiện tượng, sóng điện từ phương hướng cùng tốc độ sẽ thay đổi.Tư niết ngươi định luậtChuyên môn miêu tả chiết xạ vật lý hành vi.

Quang thông quaTam lăng kínhSau, nhân sự tán sắc tạo thành bất đồng nhan sắcChiết xạĐến bất đồng góc độ, làm bạch quang hình thànhÁnh sáng mắt thường nhìn thấy được phổ.

Giả thiết, từ rất nhiều bất đồngTần suấtSóng điện từ tạo thành ánh sáng, từ không khí nhập bắn vớiLăng kính.Mà bởi vì lăng kính nội tài liệu chiết xạ suất cùng sóng điện từ tần suất có quan hệ, sẽ sinh raSự tán sắcHiện tượng: Ánh sáng sẽ sự tán sắc thành một tổ khả quan sát đếnSóng điện từ phổ.

Dao động lý luận

Sóng điện từ là mắt long lanh, điện trường phương hướng cùng từ trường phương hướng lẫn nhau vuông góc, lại đều vuông góc với truyền bá phương hướng.

Sóng là từ rất nhiều trước sau lần lượtĐỉnh sóngCùngBụng sóngSở tạo thành, hai cái liền nhau đỉnh sóng hoặc bụng sóng chi gian khoảng cách xưng làBước sóng.Sóng điện từ bước sóng có rất nhiều bất đồng kích cỡ, từ phi thường lớn lên sóng vô tuyến điện ( có một cái sân bóng như vậy trường ) đến phi thường đoản tia gamma ( so nguyên tử bán kính còn thiếu ).

Miêu tả ánh sáng một cái rất quan trọng vật lý tham số làTần suất.Một cái sóng tần suất là nó chấn động suất,Quy chế đơn vị đo lường quốc tếĐơn vị làHéc.Mỗi giây chấn động một lần tần suất là một héc. Tần suất cùng bước sóng thành ngược lại:

$v=\nu \lambda \,\!$;

Trong đó,$v\,\!$Là tốc độ truyền sóng ( ở chân không là vận tốc ánh sáng; ở cái khác chất môi giới, tiểu với vận tốc ánh sáng ),$\nu \,\!$Là tần suất,$\lambda \,\!$Là bước sóng.

Đương sóng từ một cái chất môi giới truyền bá đến một cái khác chất môi giới khi, tốc độ truyền sóng sẽ thay đổi, nhưng là tần suất bất biến.

Can thiệpLà hai cái hoặc hai cái trở lên sóng, chồng lên hình thành tân sóng hình thức. Giả như này mấy cái sóng điện từ điện trường cùng phương hướng, từ trường cũng cùng phương hướng, tắc này can thiệp là tính kiến thiết can thiệp; ngược lại, còn lại là phá hủy tính can thiệp.

Sóng điện từ năng lượng, lại xưng làPhóng xạ có thể.Này năng lượng, một nửa chứa đựng với điện trường, một nửa kia chứa đựng với từ trường. Dùng phương trình biểu đạt:

$u={\frac {1}{2\mu _{0}}}B^{2}+{\frac {\epsilon _{0}}{2}}E^{2}\,\!$;

Trong đó,$u\,\!$Là đơn vị thể tích năng lượng,$E\,\!$Là điện trường trị số lớn nhỏ,$B\,\!$Là từ trường trị số lớn nhỏ,$\epsilon _{0}\,\!$LàĐiện hằng số,$\mu _{0}\,\!$LàTừ hằng số.

Truyền bá tốc độ

Chủ điều mục:Vận tốc ánh sáng

Trình chuyển động gia tốc điện tích hoặc theo thời gian mà biến hóa điện từ trường, sẽ sinh ra sóng điện từ. Ở tự do trong không gian, sóng điện từ lấy vận tốc ánh sáng truyền bá. Chuẩn xác tính toán này vật lý hành vi cần thiết trích dẫnChậm lại thời gianKhái niệm. Này sẽ gia tăng điện trường cùng từ trường biểu đạt thức phức tạp trình độ ( xem thêmKiệt phỉ miến kha phương trình). Này đó nhiều hơn hạng mục kỹ càng tỉ mỉ mà miêu tả sóng điện từ vật lý hành vi. Đương tùy ý một cây dây dẫn ( hoặc đừng loại dẫn điện thể, giốngDây anten) truyềnĐiện xoay chiềuThời điểm, cùng tần suất sóng điện từ cũng sẽ bị phóng ra ra tới.

Sóng điện từ tất nhiên tuân thủ một cái luật: Mặc kệ người quan sát tốc độ có bao nhiêu mau hoặc nhiều chậm, tương đối với người quan sát, sóng điện từ vĩnh viễn lấyVận tốc ánh sángTruyền bá với chân không.EinsteinTừ này thấy rõ phát triển raNghĩa hẹp thuyết tương đối,Trở thành nghĩa hẹp thuyết tương đối đệ nhị điều cơ bản nguyên lý.

Ở cái khác bất đồng với chân không chất môi giới nội, sóng điện từ truyền bá tốc độ sẽ tiểu với vận tốc ánh sáng. Một cái chất môi giớiChiết xạ suất$n\,\!$Là vận tốc ánh sáng$c\,\!$Cùng sóng điện từ truyền bá với chất môi giới tốc độ$v\,\!$Tỉ lệ:

$n=c/v\,\!$.

Sóng điện từ phổ

Chủ điều mục:Sóng điện từ phổ

Dựa theo bước sóng dài ngắn, từ sóng dài bắt đầu, sóng điện từ có thể phân loại vìSóng vô tuyến điện,Vi ba,Tia hồng ngoại,Ánh sáng mắt thường nhìn thấy được,Tử ngoại tuyến,X- xạ tuyếnCùngTia gammaTừ từ. Bình thường thực nghiệm sử dụngMáy đo quang phổLiền đủ để phân tích từ 2Nại mễĐến 2500 nại sóng ngắn lớn lên sóng điện từ. Sử dụng loại này dụng cụ, có thể biết được vật thể, khí thể hoặc thậm chí hằng tinh kỹ càng tỉ mỉ tính chất vật lý. Đây làThiên văn vật lý họcChuẩn bị dụng cụ. Tỷ như, bởi vìSiêu tinh tế phân liệt,Hydro nguyên tửSẽ phóng ra bước sóng vì 21.12 cm sóng vô tuyến điện.

Nhân loại đôi mắt có thể quan trắc đến bước sóng ước chừng ở 400Nại mễCùng 700Nại mễChi gian sóng điện từ, xưng là 『 ánh sáng mắt thường nhìn thấy được 』.

Mỗi một loạiĐiện cực tính phần tử,Sẽ đối ứng nào đó riêng tần suất vi ba, khiến cho điện cực tính phần tử theo chấn động điện trường cùng nhauXoay tròn,Này cơ chế xưng làChất điện môi đun nóng(dielectric heating). Bởi vì loại này cơ chế ( không phảiNhiệt truyềnCơ chế ), điện cực tính phần tử sẽ hấp thu vi ba năng lượng.Lò vi baChính là ứng dụng này vận tác nguyên lý, thông quaThủy phân tửXoay tròn, càng đều đều mà đem đồ ăn đun nóng, giảm bớt chờ thời gian.

Từ điện từ lý luận suy luận

Chủ điều mục:Sóng điện từ phương trình

Mark sĩ uy phương trình tổCó thể miêu tả sóng điện từ phổ biến vật lý hiện tượng. ỞTự do không gian,Nguyên hạng mục bằng linh ( nguyênĐiện tíchBằng linh, nguyênĐiện lưuBằng linh ). Trừ bỏ không có bất luận cái gì sự phát sinh giải bên ngoài (Điện trườngCùngTừ trườngĐều bằng linh ), phương trình như cũ cho phép không đơn giản giải, điện trường cùng từ trường theo thời gian cùng vị trí biến hóa.Chọn dùngQuy chế đơn vị đo lường quốc tế,Bị vây tự do không gian trạng huống Mark sĩ uy phương trình tổ biểu đạt vì

$\nabla \cdot \mathbf {E} =0\,\!$,( 1 )

$\nabla \times \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}\,\!$,( 2 )

$\nabla \cdot \mathbf {B} =0\,\!$,( 3 )

$\nabla \times \mathbf {B} =\mu _{0}\epsilon _{0}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}\,\!$;( 4 )

Trong đó,$\mathbf {E} \,\!$Là điện trường,$\mathbf {B} \,\!$Là từ trường,$\epsilon _{0}\,\!$LàChân không điện dung suất,$\mu _{0}\,\!$LàChân không hệ số dẫn từ.

Thỏa mãn kể trên điều kiện một cái giải là$\mathbf {E} =\mathbf {B} =\mathbf {0} \,\!$,Nhưng mà đây là một cái bình thường giải, cũng không có cái gì có ý tứ vật lý ý nghĩa. Nếu tưởng được đến có ý tứ giải đáp, cần thiết hơi làm một ít giải toán. Lấy công thức ( 2 ) toàn độ,

$\nabla \times \left(\nabla \times \mathbf {E} \right)=\nabla \times \left(-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}\right)\,\!$.( 5 )

Ứng dụng một cáiVector hằng đẳng thức,Lại đem công thức ( 1 ) đại nhập, tắc có thể được đến:

$\nabla \times \left(\nabla \times \mathbf {E} \right)=\nabla \left(\nabla \cdot \mathbf {E} \right)-\nabla ^{2}\mathbf {E} =-\nabla ^{2}\mathbf {E} \,\!$.( 6 )

Ứng dụng công thức ( 4 ), công thức ( 5 ) bên phải biến thành

$\nabla \times \left(-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}\right)=-{\frac {\partial }{\partial t}}\left(\nabla \times \mathbf {B} \right)=-\mu _{0}\epsilon _{0}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partial t^{2}}}\,\!$.( 7 )

Đem công thức ( 6 ) cùng ( 7 ) đại hồi công thức ( 5 ), có thể được đến điện trườngDao động phương trình:

$\nabla ^{2}\mathbf {E} =\mu _{0}\epsilon _{0}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partial t^{2}}}\,\!$.

Sử dụng cùng loại phương pháp, có thể được đến từ trường dao động phương trình:

$\nabla ^{2}\mathbf {B} =\mu _{0}\epsilon _{0}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {B} }{\partial t^{2}}}\,\!$.

Này hai cái phương trình chính là chân khôngSóng điện từ phương trình,Miêu tả truyền bá với chân không sóng điện từ. Càng giản dị biểu đạt,

$\Box \mathbf {E} =0\,\!$,

$\Box \mathbf {B} =0\,\!$;

Trong đó,$\Box =\nabla ^{2}-{\frac {1}{{v_{0}}^{2}}}{\frac {\partial ^{2}}{\partial t^{2}}}\,\!$LàĐạt lãng bạch tính phù,$v_{0}={\frac {1}{\sqrt {\mu _{0}\epsilon _{0}}}}\,\!$Là dao động truyền bá tốc độ.

Ở tự do trong không gian,$v_{0}\,\!$LàVận tốc ánh sáng$c\,\!$.Mark sĩ uy phương trình tổ liên kết ba cái cơ bản lượng vật lý: Chân không điện dung suất$\epsilon _{0}\,\!$,Chân không hệ số dẫn từ$\mu _{0}\,\!$Cùng vận tốc ánh sáng$c\,\!$.Này tổ quan hệ là ở Maxwell chạy bằng điện cơ học phát triển phía trước liền từWilliam · Edward · Vi báCùngRudolph · Cole lao thiPhát hiện, nhưng Maxwell là đầu cái sáng tạo cùng sóng ở vận tốc ánh sáng truyền bá tương nhất trí tràng luận người.

Phía trước đã tìm được rồi hai cái phương trình. Nhưng là Mark sĩ uy phương trình tổ có bốn cái phương trình, cho nên, còn có rất nhiều quan trọng tin tức giấu ở cái này phương trình. Tự hỏi một cái giống nhau điện trường vector dao động giải,

$\mathbf {E} =\mathbf {E} _{0}f\left(\mathbf {k} \cdot \mathbf {r} -\ Omega t\right)\,\!$;

Trong đó,$\mathbf {E} _{0}\,\!$Là hằng số biên độ sóng,$f(...)\,\!$Là tùy ýLần thứ hai nhưng hơi hàm số,$\mathbf {k} \,\!$LàSóng vector,$\mathbf {r} _{0}\,\!$LàVị trí vector,$\ Omega \,\!$LàGiác tần suất.

Dao động phương trình$\Box \mathbf {f} =0\,\!$Thông hiểu là$f\left(\mathbf {k} \cdot \mathbf {r} -\ Omega t\right)\,\!$.Nói cách khác,

$\nabla ^{2}f\left(\mathbf {k} \cdot \mathbf {r} -\ Omega t\right)={\frac {1}{{c_{0}}^{2}}}{\frac {\partial ^{2}}{\partial t^{2}}}f\left(\mathbf {k} \cdot \mathbf {r} -\ Omega t\right)\,\!$.

Đem điện trường công thức đại nhập công thức ( 1 ):

$\nabla \cdot \mathbf {E} =\mathbf {k} \cdot \mathbf {E} _{0}f'\left(\mathbf {k} \cdot \mathbf {r} -\ Omega t\right)=0\,\!$.

Chỉ cần điện trường vuông góc với sóng vector ( dao động truyền bá phương hướng ), này hàm số hình thức điện trường nhất định thỏa mãn Mark sĩ uy phương trình tổ:

$\mathbf {E} \cdot \mathbf {k} =0\,\!$.

Lại đem điện trường công thức đại nhập công thức ( 2 ):

$\nabla \times \mathbf {E} ={\hat {\mathbf {k} }}\times \mathbf {E} _{0}f'\left(\mathbf {k} \cdot \mathbf {r} -\ Omega t\right)=-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}\,\!$.

Cho nên, điện trường cùng với đối ứng từ trường quan hệ vì:

$\mathbf {B} ={\frac {1}{\ Omega }}\mathbf {k} \times \mathbf {E} \,\!$.

Ở tự do không gian nội, sóng điện từ không chỉ là có lấy vận tốc ánh sáng truyền bá tính chất, sóng điện từ điện trường bộ phận cùng từ trường bộ phận có riêng tương đốiĐịnh hướng,Tương đối lớn nhỏ. Chúng nó chi gianTướng vịGiống nhau. Điện trường, từ trường, dao động truyền bá phương hướng, đều cho nhau vuông góc với đối phương. Dao động truyền bá phương hướng là$\mathbf {E} \times \mathbf {B} \,\!$.

Từ sóng điện từ truyền bá phương hướng nhìn lại, điện trường có lẽ này đây trên dưới phương thức chấn động, mà từ trường lấy tả hữu phương thức chấn động. Nhưng nếu đem này bản vẽ xoay tròn 90 độ, tắc điện trường lấy tả hữu phương thức chấn động, mà từ trường trở lên hạ phương thức chấn động, mà dao động truyền bá phương hướng như cũ tương đồng. Đây là dao động phương trình một loại khác giải đáp. Đối với dao động đồng dạng truyền bá phương hướng, này định hướng tùy ý tính hiện tượng xưng làPhân cực.

Tham kiến

• Dây anten
• Điện từ phóng ra quản chế
• Điện từ trường
• Điện từ mạch xung(EMP)
• Sóng điện từ phổ
• Sóng điện từ phương trình
• Khi vực hữu hạn kém phân
• Tự do không gian trở kháng
• Mark sĩ uy phương trình tổ
• A Bố kéo hãn - lao luân tư lực
• Ánh sáng phân cực
• Phản xạ,Chiết xạ,Phản xạ toàn phần
• Chậm lại thế

Phần ngoài liên tiếp

• Clemson University trang web:Electromagnetic Radiation.
• Project PHYSNET(Giao diện lưu trữ sao lưu,Tồn vớiInternet hồ sơ quán) trang web:Electromagnetic Waves from Maxwell's Equations(Giao diện lưu trữ sao lưu,Tồn vớiInternet hồ sơ quán).