Sóng điện từ
Các phương trình Maxwell dự đoán các sóng tự duy trì của trường điện và từ, lan truyền với tốc độ ánh sáng và trải dài trên toàn bộ phổ điện từ.
Definition
Sóng điện từ là các dao động ghép nối của trường điện và từ, vuông góc và cùng pha trong chân không, thỏa mãn phương trình sóng được suy ra từ các phương trình Maxwell và mang năng lượng và động lượng với tốc độ ánh sáng qua không gian hoặc môi trường.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm các nghiệm sóng của phương trình Maxwell: sóng điện từ phẳng và các loại sóng khác trong chân không và trong môi trường, sự phân cực, sự truyền năng lượng và động lượng bằng sóng, sự phản xạ và khúc xạ tại các giao diện, sự tán sắc và hấp thụ, và sự lan truyền dẫn hướng trong ống dẫn sóng và đường truyền. Nó coi toàn bộ phổ điện từ là một hiện tượng duy nhất, trong khi sự phát xạ của các nguồn được xử lý trong lĩnh vực bức xạ và ăng-ten.
Sub-topics
Core questions
- Các phương trình Maxwell tạo ra sóng lan truyền như thế nào?
- Sóng được phân cực như thế nào và chúng truyền năng lượng ra sao?
- Sóng hoạt động như thế nào tại các ranh giới và trong môi trường tán sắc?
- Sóng điện từ được dẫn hướng trong các cấu trúc như thế nào?
Key concepts
- phương trình sóng
- sóng phẳng
- phân cực
- phổ điện từ
- vận tốc pha và vận tốc nhóm
- phản xạ và khúc xạ
- tán sắc
- ống dẫn sóng
Key theories
- Phương trình sóng điện từ
- Việc kết hợp các phương trình xoáy của Maxwell tạo ra một phương trình sóng cho các trường với tốc độ lan truyền được xác định bởi các hằng số điện và từ, bằng tốc độ ánh sáng và xác định ánh sáng là một sóng điện từ.
- Sóng phẳng ngang, phân cực
- Trong không gian tự do, trường điện và từ của một sóng phẳng vuông góc với nhau và vuông góc với hướng lan truyền, với hướng của trường điện xác định sự phân cực.
- Sự tồn tại của sóng điện từ (Hertz)
- Hertz đã tạo ra và phát hiện sóng điện từ trong phòng thí nghiệm, xác nhận dự đoán của Maxwell và chứng minh sự phản xạ, khúc xạ và phân cực tương tự như ánh sáng.
Clinical relevance
Sóng điện từ là nền tảng của truyền thông vô tuyến và không dây, radar, cáp quang và quang học không gian tự do, các hệ thống vi sóng và sóng milimet, và hình ảnh trên toàn phổ từ sóng vô tuyến đến tia X trong y học và công nghiệp.
History
Maxwell đã dự đoán sóng điện từ vào những năm 1860 và xác định ánh sáng là một loại sóng như vậy. Hertz đã xác nhận sự tồn tại của chúng bằng thực nghiệm vào năm 1887-1888, và sự phát triển nhanh chóng của vô tuyến bởi Marconi và những người khác, cùng với truyền thống quang học của Fresnel, đã thiết lập sự thống nhất của phổ điện từ.
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Heinrich Hertz
- Augustin-Jean Fresnel
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- born1999
- hertz1893
Frequently asked questions
- Tại sao sóng điện từ truyền với tốc độ ánh sáng?
- Phương trình sóng từ các phương trình Maxwell có tốc độ lan truyền được xác định bởi hằng số điện môi và độ từ thẩm của môi trường; trong chân không, tốc độ này bằng tốc độ ánh sáng đo được, cho thấy ánh sáng là một sóng điện từ.
- Sóng vô tuyến và ánh sáng nhìn thấy có phải là cùng một loại không?
- Có; tất cả đều là sóng điện từ chỉ khác nhau về tần số và bước sóng, cùng nhau tạo thành phổ điện từ từ sóng vô tuyến qua vi sóng, hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X và tia gamma.