A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
Elektromagnetické vlnění (viz též elektromagnetické záření) je děj, při němž se prostorem šíří příčné vlnění elektrického a magnetického pole. Existenci těchto vln předpověděl v roce 1832 anglický fyzik Michael Faraday a skotský fyzik James Clerk Maxwell je v roce 1865 teoreticky dokázal popsat pomocí svých matematicko-fyzikálních rovnic – nyní známých jako Maxwellovy rovnice. Prakticky je dokázal až v roce 1887 německý fyzik Heinrich Hertz.
Využití
Prvním využitím uměle vytvořených elektromagnetických vln byl přenos informace (bezdrátový telegraf). Pomocí elektromagnetických vln se například přenáší televizní a rozhlasové vysílání, komunikuje mobilními telefony, ovládají například hračky pomocí dálkového ovládání, elektronika (pomocí ovladače), ohřívá strava (mikrovlnná trouba), zjišťuje přítomnost a pohyb předmětů (radary).
Mezi elektromagnetické vlny patří i světlo.
Zdroje
Zdrojem elektromagnetických vln je náboj, který se pohybuje zrychleně. Může to být například elektrická jiskra – tedy i blesk.
Veličiny popisující vlnu
K popisu elektromagnetické vlny se používají veličiny:
- Intenzita elektrického pole
- Elektrická indukce
- Intenzita magnetického pole
- Magnetická indukce
- Elektrická polarizace
- Poyntingův vektor
a pokud se vlna šíří částečně vodivým prostředím, pak také:
Vlastnosti prostředí
Vlastnosti prostředí, které ovlivňují šíření elektromagnetické vlny, jsou permitivita, permeabilita a konduktivita. V tomto hesle se dále popisuje pouze (zjednodušeným, ale častým) případ šíření vlny homogenním lineárním[pozn. 1] izotropním stacionárním[pozn. 2] prostředím.
Permitivita
Permitivita je fyzikální veličina popisující vztah mezi vektory intenzity elektrického pole a elektrické indukce v materiálu nebo vakuu. Značí se písmenem , v lineárním homogenním izotropním prostředí platí
Permeabilita
Permeabilita je fyzikální veličina popisující vztah mezi vektory intenzity magnetického pole a magnetické indukce. Značí se písmenem , v lineárním homogenním izotropním prostředí platí
Konduktivita
fyz.vel., popisující vztah mezi vektory intenzity elektrického pole a proudové hustoty. Značí se písmenem , v lineárním homogenním izotropním prostředí platí
Vlnová rovnice
Z Maxwellových rovnic lze odvodit obecný tvar vlnové rovnice (rovnice popisující časový průběh stavu elektromagnetické vlny)
dále pro lineární, homogenní, stacionární a izotropní prostředí lze také odvodit telegrafní rovnici, která má mimo oblast zdrojů pole tvar
kde je Laplaceův operátor. Tento zápis je odvozen pro oblast, v níž neleží zdroje elektromagnetické vlny – popisuje tedy její šíření, nikoli však vznik.
Rovnice má naprosto stejný tvar pro kteroukoli z veličin .
Matematický popis pro harmonický časový průběh veličin
Pokud mají veličiny pole harmonický časový průběh, lze časové derivace vyjádřit pomocí úhlové frekvence , takže vlnová rovnice pak přejde na tvar
kde je (komplexní) konstanta šíření, permeabilita, permitivita a konduktivita prostředí a je imaginární jednotka.
Rovinná vlna
Vlnová rovnice je parciální diferenciální rovnice druhého řádu. Řeší se většinou numericky. Analytické řešení je známo jen pro jednoduchá uspořádání pole, nicméně je důležité pro základní orientaci v problematice.
Za předpoklu šíření harmonické vlny a otočení souřadné soustavy tak, aby se vlna šířila ve směru osy z se zjednoduší původně parciální diferenciální rovnice na rovnici obyčejnou:
.
Tato rovnice má pro fázor intenzity elektrického pole řešení
.
Řešení popisuje dvě vlny, z nichž jedna se šíří ve směru osy , druhá v protisměru. a jsou fázory postupné a zpětné vlny v počátku ().
Pro vlnu postupující ve směru osy tedy platí
.
Konstanta šíření
Označí-li se reálná a imaginární část konstanty šíření k = (α+jβ), lze dále psát
.
Tento vztah ukazuje fyzikální význam konstant a . První z nich udává, jak rychle se vlna tlumí, druhá udává rychlost změny fáze vlny ve směru šíření. Rozměr obou konstant je 1/m. Pro okamžitou hodnotu lze pak psát
, nebo také
,
kde je amplituda vlny v počátku souřadnic a fáze vlny v čase tamtéž. Vyjádření pomocí funkce sinus se častěji používá v české literatuře, zahraniční díla obvykle preferují kosinus.
Určení z vlastností prostředí
Reálnou i imaginární část konstanty šíření je možné určit výpočtem:
Text je dostupný za podmienok Creative
Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 Unported; prípadne za ďalších
podmienok.
Podrobnejšie informácie nájdete na stránke Podmienky
použitia.