Шкала электромагнитных волн

Человечество освоило огромный диапазон электромагнитных волн и благодаря великому открытию А.С. Попова поставило их себе на службу, использовав как «почтальонов» для передачи сигналов на расстояние
(радиовещание, телевидение, радиолокация, связь). Для целей радионавигации применяются сверхдлинные и короткие волны, для радиовещания — длинные, средние и короткие, для телевидения — метровые и дециметровые. В радиолокации используются сантиметровые и миллиметровые волны. Инфракрасные волны позволяют приборам «видеть» в темноте и сквозь туман. Ультрафиолетовые применяются в медицине и технике. Рентгеновские и гамма-лучи проникают сквозь тела, непрозрачные для света.

Для отражения единства физической природы указанных различных излучений и для наглядного изображения ширины их диапазона служит так называемая шкала электромагнитных волин (рис. 133).

Мало пока освоены лишь субмиллиметровые волны, лежащие между владениями радио и оптики (этот диапазон длин волн называется квазиоптическим). Но все эти излучения, несмотря на их различные свойства, имеют общую физическую природу: все они являются электромагнитными волнами. Различие между ними - чисто количественное (в длинах волн). В этом проявляется диалектический закон перехода количества в качество: электромагнитная волна длиной λ = 100 м - это радиоволна (с одними свойствами), а электромагнитная волна с λ = 5·10^-7 м - это излучение, которое человеческий глаз воспринимает как свет зеленого цвета.

Границы между различными электромагнитными излучениями весьма условны, так как при непрерывном изменении длины волны свойства излучений изменяются непрерывно. Физический механизм генерации электромагнитных волн различные. Если оптический диапазон излучения возникает при возбуждении атомных и молекулярных систем и обладает чисто квантовой природой, то радио диапазон возбуждается колебательным LC -контуром c непрерывным изменением частоты излучения. Диапазоны различных излучений, как правило, перекрываются.

11.2. Распространение электромагнитных волн
в неоднородных средах

Скорость распространения электромагнитных волн в неоднородной среде определяется формулой (9.1)

где - скорость распространения электромагнитных волн в вакууме.

В среде скорость распространения электромагнитных волн уменьшается в. Для большинства сред относительная магнитная проницаемость μ_r ≈ 1, и тогда. Получается, что относительная диэлектрическая проницаемость характеризует электромагнитную плотность среды, которую следует определить в виде

Если имеются две среды, по которым распространяются электромагнитные волны, то отношение скоростей распространения этих волн

а величина n_1,2 является относительной электромагнитной плотностью, т.е. второй среды относительно первой. В оптическом диапазоне электромагнитных волн величина n_1,2 представляет собой относительный показатель преломления.

Рассмотрим, что происходит с электромагнитной волной на границе раздела двух сред при нормальном падении. Пусть колебания вектора напряженности электрического поля Е_э направлено вдоль оси х, как это показано на рис. 134. Колебания векторов напряженности электрического поля отраженной волны Е_э,1 и проходящей волны Е_э,2 также совершаются вдоль оси х -ов. Из закона сохранения энергии на основании (9.6) и (9.24) следует:

; (11.9)

. (11.10)

Решая эту систему двух уравнений с двумя неизвестными Е_э,1 и Е_э,2 получаем:

Из полученных соотношений определяются коэффициенты отражения ρ и пропускания σ, а именно:

Коэффициент отражения не изменяется при обратном падении электромагнитной волны, т.е. при замене n_1,2 на n_2,1 = 1/n_1,2. Изменяется при этом фаза волны: при n_1,2 < 1 фаза меняется на π /2, а при n_1,2 > 1 изменение фазы происходит на π. Поэтому при отражении от менее плотной среды образуется пучность, а при отражении от более плотной среды образуется узел. Это важно учитывать при установлении граничных условий в процессе распространения электромагнитных волн в электрических цепях и волноводах.

Поиск по сайту: