Електромагнітні хвилі — це форма поширення електромагнітного поля у просторі та часі, що виникає внаслідок коливань електричного та магнітного полів, взаємно перпендикулярних одне одному та напрямку поширення хвилі. Вони не потребують матеріального середовища і можуть поширюватися у вакуумі зі швидкістю світла.
Електромагнітні хвилі охоплюють надзвичайно широкий діапазон довжин хвиль і частот, який називають електромагнітним спектром.
1. Основні властивості електромагнітних хвиль
- поперечні хвилі
- поширюються у вакуумі
- переносять енергію та імпульс
- проявляють хвильові й корпускулярні властивості
2. Швидкість поширення
У вакуумі:
c = 3,0 * 10^8 м/с
У середовищі:
v = c / n
де:
n — показник заломлення середовища
3. Основні хвильові параметри
- довжина хвилі:
lambda
- частота:
nu
- період:
T = 1 / nu
- зв’язок між ними:
c = lambda * nu
4. Енергія електромагнітного випромінювання
Для фотона:
E = h * nu
або
E = h * c / lambda
де:
h — стала Планка
h = 6,626 * 10^(-34) Дж·с
5. Інтенсивність і потік енергії
Густина потоку енергії (вектор Пойнтінга):
S = E x H
(векторний добуток електричного і магнітного полів)
6. Електромагнітний спектр
Електромагнітний спектр — це впорядкований за частотою або довжиною хвилі ряд усіх видів електромагнітного випромінювання.
Основні ділянки спектра
| Діапазон | Довжина хвилі (lambda) | Частота (nu) |
|---|---|---|
| Радіохвилі | > 1 м | < 3 * 10^8 Гц |
| Мікрохвилі | 1 мм – 1 м | 3 * 10^8 – 3 * 10^11 Гц |
| Інфрачервоне | 0,7 мкм – 1 мм | 3 * 10^11 – 4 * 10^14 Гц |
| Видиме світло | 380 – 780 нм | 4 * 10^14 – 8 * 10^14 Гц |
| Ультрафіолет | 10 – 380 нм | 8 * 10^14 – 3 * 10^16 Гц |
| Рентгенівське | 0,01 – 10 нм | 3 * 10^16 – 3 * 10^19 Гц |
| Гамма-випромінювання | < 0,01 нм | > 3 * 10^19 Гц |
7. Видиме світло
Видиме світло — вузька частина спектра:
| Колір | lambda, нм |
|---|---|
| Фіолетовий | 380–450 |
| Синій | 450–495 |
| Зелений | 495–570 |
| Жовтий | 570–590 |
| Оранжевий | 590–620 |
| Червоний | 620–780 |
8. Джерела електромагнітних хвиль
- заряджені частинки, що рухаються з прискоренням
- атомні та молекулярні переходи
- теплове випромінювання
- ядерні процеси
9. Взаємодія з речовиною
- відбиття
- заломлення
- поглинання
- розсіювання
- фотоефект
- комптонівське розсіювання
10. Практичне застосування
- радіозв’язок і телекомунікації
- радіолокація
- медицина (рентген, МРТ — опосередковано)
- оптика та фотоніка
- астрономія
- дистанційне зондування
11. Біологічна дія (узагальнено)
- низькочастотні хвилі — тепловий ефект
- УФ — фотохімічна дія
- рентген і гамма — іонізуюче випромінювання
Електромагнітні хвилі є фундаментальною формою передачі енергії та інформації у Всесвіті. Електромагнітний спектр охоплює діапазон від довгих радіохвиль до високоенергетичного гамма-випромінювання, а його вивчення лежить в основі сучасної фізики, техніки та медицини.