6.3. Электрмагниттік толқындар
электрмагниттік толқындар – кеңістікте шекті жылдамдықпен таралатын айнымалы электрмагниттік өрістің ұйытқуы.
толқындық сәуле шығару – қоршаған ортада қандай да бір жүйенің күшімен электрмагниттік толқындардың қозу процесі.
сәуле шығару өрісі – жүйеден таралған электрмагниттік толқындардың өрісі. классикалық электрдинамиканың тұжырымы бойынша электрмагниттік толқындар зарядтардың үдемелі қозғалысынан пайда болады.
электрмагниттік толқындардың көздері – кез келген тербелмелі контур немесе бойынан айнымалы ток ағып тұрған өткізгіш. электрмагниттік толқындар қозу үшін кеңістікте айнымалы электр өрісі (ығысу тогы) немесе айнымалы магнит өрісі болу керек, яғни максвелл теориясында дәлелденгендей (5.4), кеңістікте нүктеден нүктеге таралған электр және магнит өрістерінің өзара жүйелі айналысы орындалады. толқын көзінің сәуле шығарғыш қабылеті оның пішінімен, өлшемімен және тербеліс жиілігімен анықталады. толқынның сәулеленуі ықпалды болу үшін электрмагниттік өріс құрылған кеңістіктің көлемі ауқымды болғаны шарт. жабық тербелмелі контурда (томсон контуры) электр өрісі конденсатордың астарларының арасында, магнит өрісі индуктивтік катушкасының ішінде шоғырланғандықтан мұндай жүйе электр-магниттік толқындар шығару үшін жарамсыз болатынын ескеру керек.
ашық тербелмелі контур (герц вибраторы) – катушканың орамдар санын және конденсатордың астарларының ауданын кемітіп, осы екі элементті бір-бірінен алыстату жолымен электрмагниттік сәулелену интенсивтігін арттыруға арналған құрылғы (79-сурет).
79-сурет
герц вибраторының шығаратын толқынын қоздыру және тіркеу сұлбасының моделі. индуктормен (и) қосылған вибратор (в) нақты бір жиілікті электрмагниттік толқын көзін құрайды (80-сурет). толқын вибратормен резонанстық жиілікке келтірілген екінші вибратор – (р) резонатормен қабылданады. электрмагниттік толқындар жеткенде резонатордың саңылауларының арасында ұшқын ұшып өтеді. герц тәжірибелерінде ұзындығы λ=6-4 см толқын алынған.
80-сурет
герц
диполі (
элементар вибратор немесе осциллятор)
– дипольдік моменті уақытқа
байланысты гармоникалық
түрде 
тез
өзгеретін электрмагниттік толқындар
шығаратын электрлік
диполь (81-сурет).
|
| ||
|
|
| |
81-сурет
радиотехникада герц
диполі өлшемі
сәулеленетін толқын ұзындығынан 
көп
есе кем кішігірім антеннаға пара-пар
болып есептеледі. егер толқын шығаратын
жүйе электрлік бейтарап болса, толқындық
аймақтың (зонаның) жүйеден қашық
орналасқан нүктелерінде 
сәулелену
өрісі электрлік моменті толқын
шығаратын жүйенің моментіне тең
осциллятордың өрісіне жақын болады.
вакуумдегі толқындық аймақтың кез
келген нүктесінде сәулелену өрісінің
векторлары берілген уақыт мезеті үшін:
(233)
, (234)
мұндағы 
– дипольден
берілген нүктеге жүргізілген радиус-вектор.
электрмагниттік энергияның максимал ағыны дипольдің осіне перпендикуляр жазықтықта таралады (82 сурет). дипольдің осі бойымен энергия таралмайды.
|
|
|
|
82-сурет | |
электрмагниттік
толқындар шкаласы толқын
жиілігіне (немесе вакуумдегі толқын
ұзындығына 
),
толқын шығару және қабылдау тәсілдеріне
қарай топталған толқындар жиыны:
• радиотолқындар
– вакуумдегі толқын ұзындығы 
5·10-5 м
(сәйкес 
6·1012 гц)
тең электрмагниттік толқын. таралу және
өндіру ерекшеліктеріне қарай шартты
түрде 9 аралыққа (диапазон) бөлінеді.
• оптикалық сәуле немесе жарық – вакуумдегі толқын ұзындығы 10 нм-ден 1 мм-ге (шекаралар шартты түрде алынады) дейінгі электрмагниттік толқындар. оптикалық сәулелерге жататындар:
- инфрақызыл сәуле – қызған денелерден шығатын вакуумдегі толқын
ұзындығы 770 нм-ден 1 мм-ге дейінгі электрмагниттік толқындар.
- көрінетін жарық – вакуумдегі толқын ұзындығы 380 нм-ден 770 нм-
ге дейінгі электрмагниттік толқындар.
- ультракүлгін сәуле – вакуумдегі толқын ұзындығы 380 нм-ден 10 нм-
ге дейінгі электрмагниттік толқындар.
• рентген сәулелері – жоғарғы энергиялы шапшаң зарядты бөлшектер мен фотондардың зат атомдарымен әрекеттесуінде пайда болатын вакуумдегі шартты шекарасы толқын ұзындығы 10-100 нм-ден 0,01-100 нм аралығындағы электрмагниттік толқындар.
• гамма- сәулелер – радиоактивті түрленулерде, ядролық реакцияларда қозған атомдардан, бөлшектердің ыдырауында, «бөлшек – антибөлшек» жұптарының аннигиляциясында және т.б. күшті және әлсіз әсерлесу процестерінде бөлінетін вакуумдегі толқын ұзындығы 0,1 нм-ден кем электрмагниттік толқындар.
электрмагниттік толқындардың фазалық жылдамдығы:
(235)
электрмагниттік толқындардың вакуумдегі жылдамдығы (ε =1, μ = 1):
электрмагниттік
толқындар – көлденең толқындар. айнымалы
электр өрісінің кернеулігі 
векторы
мен айнымалы магнит өрісінің
кернеулігі 
векторы
өзара перпендикуляр және толқынның
таралу жылдамдығы 
векторына
перпендикуляр (83-сурет).
83-сурет
электрмагниттік
толқында 
және 
векторлары
бірдей фазада тербеледі. олардың лездік
мәндері кез келген нүктеде мына қатынаспен
байланысқан:
.
және 
векторлары
үшін толқындық теңдеулер:
(236)
мұндағы
лаплас
операторы.
және 
үшін
толқындық теңдеулер:
(237)
осы теңдеулерге сәйкес жазық монохромат толқындардың теңдеулері:
. (238)
мұндағы
толқынның
электр өрісі кернеулігінің амплитудасы;
толқынның
магнит өрісі кернеулігінің амплитудасы;
толқындық
сан;
тербелістердің x=0
координатқа сәйкес бастапқы фазалары.
электрмагниттік толқын энергииясының көлемдік тығыздығы:
(239)
кез келген уақыт мезетінде сызықтық изотроптық ортада электр және магнит өрістері энергияларының көлемдік тығыздықтары бірдей болады:
(240)
мұндағы 
ортаның
сәйкесінше салыстырмалы диэлектрлік
және магниттік өтімділіктері;
с – электрмагниттік толқындардың вакуумдегі жылдамдығы.
электрмагниттік толқын энергииясы ағынының тығыздық векторы (умов-пойнтинг векторы):
(241)
векторының
бағыты электрмагниттік толқынның таралу
бағытына сәйкес болады.
электрмагниттік толқынның интенсивтігі – толқынның таралу бағытына перпендикуляр бірлік ауданнан бірлік уақытта тасымалданатын энергияға тең физикалық шама. электрмагниттік толқынның интенсивтігі толық бір тербеліс периодындағы умов-пойнтинг векторының орташа мәнінің модуліне тең:
(242)