Promieniowanie elektromagnetyczne

Najbardziej podstawowymi prawami elektrodynamiki są tzw. równania Maxwella, które wyraża się w postaci wzorów różniczkowych a ich odpowiednikami w postaci całkowej są:

- I prawo Maxwella

- II prawo Maxwella

- prawo Gaussa

- oraz wzór

Ostatni z tych wzorów stanowi zapis faktu, że linie sił pola magnetycznego są liniami zamkniętymi.

Jeżeli rozważymy obszar, w którym nie ma ładunków elektrycznych (Q = 0) oraz nie płyną prądy przewodzone (
), ale istnieje np. zmienne w czasie pole elektryczne, to na podstawie I prawa Maxwella - pojawia się wokół tego obszaru indukowane zmienne pole magnetyczne. Z kolei wokół tego pola, na podstawie II prawa Maxwella, powstaje pole elektryczne zmieniające się w czasie, które indukuje w swoim otoczeniu pole magnetyczne .....itd .

De facto te procesy zachodzą równocześnie i nie są rozdzielone czasowo - mamy więc do czynienia z zaburzeniem elektromagnetycznym, które przemieszcza się w przestrzeni. Inaczej mówiąc - jeśli mamy źródło zmiennego pola elektrycznego lub magnetycznego, to towarzyszy mu powstanie fal elektromagnetycznych, rozchodzących się w przestrzeni ze skończoną prędkością w których drganiom podlegają wektory
i
.

Szczególnie ważnym przypadkiem rozwiązania równań Maxwella jest płaska fala elektromagnetyczna, którą można zapisać w postaci

i wizualnie przedstawić jak na rys. poniżej

Z rozwiązania równań Maxwella wynikają własności tych fal:

- prędkość rozchodzenia się fal w próżni
, czyli jest równa prędkości światła w próżni,

- prędkość fazowa fal w ośrodku
, gdzie
są względnymi przenikalnościami, odpowiednio: elektryczną i magnetyczną,

- drgania wektorów
zachodzą w określonych płaszczyznach, prostopadłych do siebie, przy czym wektor prędkości
jest prostopadły do obydwu tych wektorów i zachodzi relacja
,

- gęstości (chwilowe) energii pola elektrycznego i magnetycznego fali elektromagnetycznej są sobie równe, a jej całkowitą gęstość energii możemy zapisać

- całkowita gęstość średnia energii fali

- gęstość strumienia energii, zwana wektorem Poyntinga w odniesieniu do fal elektromagnetycznych, jest opisana prostym wzorem

który łatwo otrzymuje się z ogólnej definicji wektora gęstości strumienia fali

, przy uwzględnieniu wyżej zapisanych relacji,

- natężenie fali elektromagnetycznej
, tzn. jest ono proporcjonalne do kwadratu amplitudy wektora natężenia pola elektrycznego.

***

Zwrócić należy uwagę na to, że fizjologiczne, fotochemiczne i fotoelektryczne działanie światła wywołane jest drganiami wektora
fali elektromagnetycznej, gdyż siła oddziaływania elektrycznego z ładunkami jest znacznie większa niż siła oddziaływania na nie pola magnetycznego.

Widać to na przykładzie porównania sił oddziaływania tych pól na elektron

gdyż np. dla ruchu termicznego elektronów w temperaturze pokojowej, prędkość v_e jest rzędu 100 km/s, a więc kilka milionów razy mniejsza niż prędkość światła w próżni.

Dlatego często wektor
nazywany jest wektorem świetlnym.

- 1 -

2_promieniowanie elektromagnetyczne

---