3.5.5 Свойства электромагнитных волн. Взаимная ориентация векторов в электромагнитной волне в вакууме

Электромагнитная волна — распространяющиеся в пространстве колебания электрического и магнитного полей.

Электромагнитная волна может распространяться в вакууме, то есть ей не нужна материальная среда. Скорость её распространения в вакууме равна скорости света: $c\approx 3\cdot 10^8\text{м/с}$.

Взаимная ориентация векторов

В каждой точке электромагнитной волны рассматривают:

• $\vec{E}$ — вектор напряжённости электрического поля;
• $\vec{B}$ — вектор магнитной индукции;
• $\vec{c}$ — вектор, направленный по распространению волны.

Эти три вектора попарно перпендикулярны:

Векторы $\vec{E}$ и $\vec{B}$ колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Поэтому электромагнитная волна является поперечной. В одной и той же точке пространства электрическое и магнитное поля изменяются согласованно: одновременно обращаются в нуль, достигают максимальных значений и меняют направления на противоположные.

Важно

На рисунке невозможно показать три взаимно перпендикулярных направления обычными стрелками в одной плоскости. Поэтому $\vec{B}$ изображён знаком $\odot$: в выбранный момент он направлен из плоскости рисунка к наблюдателю.

Основные свойства

Электромагнитные волны обладают общими свойствами волн:

1. Отражение. На границе сред волна может изменить направление и вернуться в исходную среду.
2. Преломление. При переходе в другую среду меняются скорость распространения и направление волны.
3. Интерференция. При наложении волн в одних точках колебания усиливаются, а в других ослабляются. Условия максимумов и минимумов подробно рассмотрены в статье об интерференции света.
4. Дифракция. Волна может огибать препятствия и проникать в область геометрической тени; явление особенно заметно, когда размеры препятствия или отверстия сравнимы с длиной волны.
5. Поляризация. Можно выделить волну с определённым направлением колебаний $\vec{E}$. Поляризация подтверждает поперечный характер электромагнитных волн.

Электромагнитная волна переносит энергию от источника в пространство, но не переносит вещество вместе с собой.

Не путать

• Направление $\vec{c}$ — это направление распространения волны, а не направление колебаний полей.
• Векторы $\vec{E}$ и $\vec{B}$ перпендикулярны не только направлению волны, но и друг другу.
• Для распространения электромагнитной волны вещество не требуется: в вакууме она распространяется со скоростью света.
• Диапазоны электромагнитных волн и их применение относятся к следующему пункту кодификатора.

Коротко

Электромагнитная волна — поперечная волна электрического и магнитного полей. В вакууме она распространяется со скоростью света, причём $\vec{E}$, $\vec{B}$ и $\vec{c}$ попарно перпендикулярны. Электромагнитные волны отражаются, преломляются, интерферируют, дифрагируют, поляризуются и переносят энергию.