الموجات الكهرومغناطيسية
تتنبأ معادلات ماكسويل بموجات ذاتية الاستدامة من المجالات الكهربائية والمغناطيسية تنتشر بسرعة الضوء وتغطي الطيف الكهرومغناطيسي.
Definition
الموجات الكهرومغناطيسية هي تذبذبات مقترنة للمجالات الكهربائية والمغناطيسية، مستعرضة ومتزامنة في الفراغ، والتي تحقق معادلة الموجة المشتقة من معادلات ماكسويل وتحمل الطاقة والزخم بسرعة الضوء عبر الفضاء أو الأوساط.
Scope
يغطي هذا المجال حلول الموجات لمعادلات ماكسويل: الموجات المستوية وغيرها من الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ وفي الأوساط، والاستقطاب، ونقل الطاقة والزخم بواسطة الموجات، والانعكاس والانكسار عند الأسطح البينية، والتشتت والامتصاص، والانتشار الموجه في الموجهات الموجية وخطوط النقل. ويتعامل مع الطيف الكهرومغناطيسي الكامل كظاهرة واحدة، بينما يتم تناول انبعاث الإشعاع من المصادر في مجال الإشعاع والهوائيات.
Sub-topics
Core questions
- كيف تؤدي معادلات ماكسويل إلى نشوء موجات منتشرة؟
- كيف تستقطب الموجات وكيف تنقل الطاقة؟
- كيف تتصرف الموجات عند الحدود وفي الأوساط المشتتة؟
- كيف تُوجه الموجات الكهرومغناطيسية في الهياكل؟
Key concepts
- معادلة الموجة
- الموجة المستوية
- الاستقطاب
- الطيف الكهرومغناطيسي
- سرعة الطور والسرعة الجماعية
- الانعكاس والانكسار
- التشتت
- الموجه الموجي
Key theories
- معادلة الموجة الكهرومغناطيسية
- يؤدي دمج معادلات ماكسويل للالتفاف إلى معادلة موجية للمجالات بسرعة انتشار تحددها الثوابت الكهربائية والمغناطيسية، وهي تساوي سرعة الضوء وتحدد الضوء كموجة كهرومغناطيسية.
- الموجات المستوية المستعرضة المستقطبة
- في الفضاء الحر، تكون المجالات الكهربائية والمغناطيسية للموجة المستوية متعامدة على بعضها البعض وعمودية على اتجاه الانتشار، مع تحديد اتجاه المجال الكهربائي للاستقطاب.
- وجود الموجات الكهرومغناطيسية (هرتز)
- ولد هرتز واكتشف الموجات الكهرومغناطيسية في المختبر، مؤكدًا تنبؤ ماكسويل وموضحًا الانعكاس والانكسار والاستقطاب بشكل مماثل للضوء.
Clinical relevance
تُعد الموجات الكهرومغناطيسية أساسًا للاتصالات اللاسلكية والراديوية، والرادار، والألياف البصرية والبصريات في الفضاء الحر، وأنظمة الميكروويف والموجات المليمترية، والتصوير عبر الطيف من الراديو إلى الأشعة السينية في الطب والصناعة.
History
تنبأ ماكسويل بالموجات الكهرومغناطيسية في ستينيات القرن التاسع عشر وحدد الضوء كإحدى هذه الموجات. أكد هرتز وجودها تجريبيًا في 1887-1888، وأدى التطور السريع للراديو بواسطة ماركوني وآخرين، جنبًا إلى جنب مع تقليد البصريات لفريسنل، إلى ترسيخ وحدة الطيف الكهرومغناطيسي.
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Heinrich Hertz
- Augustin-Jean Fresnel
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- born1999
- hertz1893
Frequently asked questions
- لماذا تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية بسرعة الضوء؟
- تتميز معادلة الموجة المشتقة من معادلات ماكسويل بسرعة انتشار ثابتة تحددها سماحية ونفاذية الوسط؛ في الفراغ، تساوي هذه السرعة سرعة الضوء المقاسة، مما يوضح أن الضوء هو موجة كهرومغناطيسية.
- هل موجات الراديو والضوء المرئي من نفس النوع؟
- نعم؛ كلها موجات كهرومغناطيسية تختلف فقط في التردد والطول الموجي، وتشكل معًا الطيف الكهرومغناطيسي من موجات الراديو عبر الميكروويف، والأشعة تحت الحمراء، والضوء المرئي، والأشعة فوق البنفسجية، والأشعة السينية، وأشعة جاما.