Основные свойства электромагнитных волн

В 1865 году известный английский физик Дж. Максвелл, основываясь на результатах работ Фарадея по изучению электромагнитного поля, смог теоретически обосновать возможность существования подобных полей при отсутствии токов и зарядов, их породивших. Конфигурация поля вне источника представляет собой волну. Изучая свойства электромагнитных волн, нельзя не заметить интересный факт: скорость распространения зависит от среды. Например, в вакууме она составляет около 300 тыс. км/с. Так как данное значение соответствует скорости света, то это позволило Максвеллу предположить, что свет является одной из разновидностей электромагнитных волн. В дальнейшем это было подтверждено опытами Герца. До появления теории Максвелла считалось, что видимый свет, рентгеновское излучение, ультрафиолет, радио представляют собой никак не связанные излучения. На самом деле свойства волн зависят от их длины. Весь спектр условно был поделен на области, для каждой из которых характерны свои проявления.

Свойства электромагнитных волн уникальны, так как общее их взаимодействие с веществом объясняется сразу двумя составляющими – магнитной и электрической. Таким образом, в электромагнитной волне, на которую не оказывается внешнего воздействия, оба поля колеблются в своих направлениях и плоскостях, причем перпендикулярных направлению распространения самой волны. Основные свойства электромагнитных волн представлены множеством проявлений, независимо от природы источника. Рассмотрим некоторые из них. Намного удобнее представлять реальный опыт, поэтому мысленно воспользуемся двумя устройствами – генератором радиоволн направленного излучения и приемником. Как уже указывалось, полученные результаты применимы к любым типам волн. Зная свойства электромагнитных волн, ими можно управлять желаемым способом.

В повседневной жизни каждый из нас ежедневно сталкивается с отражением. Например, иногда, чтобы мобильный телефон потерял связь с базовой станцией, достаточно зайти в помещение с толстыми железобетонными стенами или даже в обычный домовой лифт. Возвращаясь к эксперименту: если расположить генератор и приемник под углом друг к другу, то сигнал регистрироваться не будет (излучатель направленного действия). Но стоит поместить в точке пересечения двух условных линий (векторы направленности) пластину из металла, как приемник уловит излучение, то есть, имеет место отражение. Подобные свойства электромагнитных волн сформулированы в высказывании о равенстве углов падения и отражения.

Следующее свойство – это преломление. При расположении приемника и направленного излучателя на разных высотах, сигнал уловлен не будет. Но если между ними поместить парафиновый куб, то вся схема работает. Это происходит благодаря изменению направления распространения волн на границе двух диэлектрических сред (парафин и воздух).

Далее стоит упомянуть интерференцию. Если две металлических пластины расположить в непосредственной близости одна от другой, формируя угол, немного меньший, чем 180 градусов, то при излучении радиоволны на эти листы приемник уловит различие в их интенсивности в зависимости от размещения его относительно листов. Известный пример – спутниковая антенна. Именно «тарелка» усиливает сигнал, собирая рассеянные волны и концентрируя их на приемнике.

Еще одно известное свойство – дифракция. Отчасти, благодаря ей удается пользоваться радиоприемниками. Опыт следующий: между генератором и приемником помещаем металлическую пластину, причем, расстояние между ними – минимально. В результате сигнал отсутствует, так как отражается от пластины обратно, в сторону генератора. Но если разнести в стороны от пластины генератор и приемник, то сигнал появится. Так происходит благодаря свойству волн огибать препятствия.