Vật lý

Mô hình sóng cho bức xạ điện từ


Khoảng năm 1860 Maxwell đã phát triển bốn phương trình về cơ bản tổng hợp hành vi của các hiện tượng điện và từ.


Maxwell

Các phương trình của Maxwell cho thấy điện trường và từ trường lan truyền đồng thời. Do đó, bộ phương trình này cho phép chúng ta đưa ra một số suy luận, trong số đó:

  • điện trường biến đổi theo thời gian tạo ra sự xuất hiện của từ trường;
  • Từ trường biến đổi theo thời gian tạo ra sự xuất hiện của điện trường.

Do đó, nếu một trường điện và từ trường được tạo ra, cả hai biến theo thời gian, một biến sẽ có thể hỗ trợ sự tồn tại của cái kia, do đó cả hai cùng tồn tại và lan truyền sẽ hoàn toàn có thể. Khi nhân giống, hai lĩnh vực này tạo thành bức xạ điện từnhư sóng radio, ánh sáng nhìn thấy, lò vi sóng, tia X, v.v.

Do hành vi không theo quy luật của họ, bức xạ điện từ cũng được gọi làsóng điện từ (OEM). Heinrich Hertz đã chứng minh bằng thực nghiệm vào năm 1887 sự tồn tại của các OEM bằng cách tạo và phát hiện sóng vô tuyến trong phòng thí nghiệm của mình.


Heinrich Hertz

Theo lý thuyết của Maxwell về điện từ, các OEM được tạo ra bởi các điện tích chuyển động nhanh. Một ví dụ về ứng dụng của nguyên lý này là ăng ten phát sóng vô tuyến, tạo ra sóng của chúng từ các electron dao động. Khi thực hiện di chuyển tần sốf, một electron (hoặc hạt tích điện) phát ra OEM có tần số cũngf.

Trong hình bên dưới, chúng ta có thể thấy một biểu diễn đơn giản về cách truyền xung điện từ - một OEM phẳng.

Ngoài việc thay đổi theo thời gian, điện trường và từ trường vuông góc với nhau và theo hướng truyền.

Một OEM không cần môi trường vật chất để truyền (ví dụ như sóng cơ học). Do đó, có khả năng nó lan truyền trong chân không. Tốc độ lan truyền của sóng điện từ trong chân không được Maxwell tính toán ngay cả trước khi anh ta biết rằng ánh sáng là một OEM. Biểu thức toán học cho chúng ta giá trị của vận tốc này,c, được đưa ra bởi:

Ở đâu:

ε0= 8,85x10-12 F / m (độ thấm điện chân không);

μ0= 4πx10-7 T.m / A (tính thấm chân không từ tính);

c = 2,99792x108 m / s (tốc độ ánh sáng).

Các kết quả trên áp dụng cho cả chân không và không khí, và trùng với vận tốc ánh sáng thực nghiệm thu được trong không khí. Dựa trên điều này, Maxwell kết luận rằng ánh sáng khả kiến ​​cũng là một OEM.

Điều quan trọng, các OEM không tương tác với các điện trường và từ trường mà chúng đi qua. Theo cách này, ánh sáng không bị lệch khi đi gần một vật nhiễm điện hoặc cực từ.