Elektromagnetická vlna je model používá k reprezentaci elektromagnetické záření .
Je vhodné jasně rozlišit: elektromagnetické záření, které je studovaným jevem, a elektromagnetické vlnění, které je jedním ze znázornění jevu. Další reprezentace - kvantum (nebo částice ) - bere v úvahu existenci fotonu .
Světelné vlny je elektromagnetická vlna, jehož vlnová délka odpovídá do viditelného spektra , nebo přibližně mezi vlnovými délkami 400 a 800 nm, což odpovídá fotonů energiemi 1,5-3 eV . Elektromagnetické vlny jsou příčné vlny .
Vlnovou teorii světla vyvinul hlavně Christian Huygens v 70. letech 16. století , poté Augustin Fresnel . V té době se postavila proti korpuskulární teorii, kterou obhajoval hlavně Isaac Newton . Huygens pracoval hlavně na zákonech odrazu a lomu , Fresnel zejména rozvinul pojmy interference a vlnové délky . Koncepce světla jako zvlnění přiměla fyziky, aby si představili propagační médium, éter .
Velkým teoretickým pokrokem byla syntéza zákonů elektromagnetismu od Jamese Clerka Maxwella , jeho rovnice předpovídaly existenci elektromagnetických vln a jejich rychlost , což umožňovalo hypotézu, že světlo je elektromagnetické vlnění.
Tyto rádiové vlny , při nízké frekvenci a dlouhé vlnové délky, byly objeveny na konci XIX E století s prací zejména Alexandre Popov , Heinrich Hertz , Édouard Branly a Nikoly Tesly . V X-paprsky , vysokofrekvenční a nízká vlnová délka, byly objeveny Wilhelm Roentgen v roce 1895 .
Problém vyzařování černého tělesa vyřešil Max Planck v roce 1901 zavedením konstanty a diskontinuit vysvětlených Albertem Einsteinem v roce 1905 ve své práci o fotoelektrickém jevu tím , že navrhl existenci energetických kvant. Tato kvanta je předpokladem fotonového modelu , syntézy vlnového a částicového přístupu světla, což dává představu o zobecnění na celou hmotu: kvantovou mechaniku .
Elektromagnetické vlny (rušení elektrických a magnetických polí) jsou vytvářeny zrychlenými nabitými částicemi.
Elektromagnetická vlna je šíření přidruženého elektrického pole E a magnetického pole B, kolmo na sebe a na směr šíření.
Stejně jako všechny vlny lze elektromagnetickou vlnu analyzovat pomocí spektrální analýzy ; vlnu lze rozdělit na tzv. „monochromatické“ vlny (viz také spektrum rovinných vln ).
Monochromatickou elektromagnetickou vlnu lze modelovat vibrujícím elektrostatickým dipólem , přičemž tento model vhodně odráží například oscilace elektronového mraku atomu zapojeného do Rayleighova rozptylu (model elasticky vázaného elektronu).
Variace v elektrickém a magnetickém poli jsou spojeny Maxwellovými rovnicemi , takže můžeme vlnu reprezentovat pouze jedním z těchto polí, obecně elektrickým polem .
Potom je možné napsat obecnou rovnici monochromatické rovinné vlny :
nebo
Složitá
notace se také často používá :
V tomto případě pak získáme skutečné fyzikální veličiny převzetím skutečné části této složité formy. Všimněte si, že v tomto výrazu . Cílem použití složité notace, čistého umění výpočtu, je ve většině případů výrazně zjednodušit operace.
Na polarizační odpovídá směru a amplituda elektrického pole . Neboť nepolarizovaná nebo přirozená vlna se v průběhu času náhodně a nepředvídatelně otáčí kolem své osy. Polarizace vlny odpovídá udání definované trajektorie elektrickému poli. Existuje několik druhů polarizace:
Pojem elektromagnetické vlny je komplementární s představou fotonu . Vlna ve skutečnosti poskytuje relevantnější popis záření pro nízké frekvence (tj. Dlouhé vlnové délky), jako jsou rádiové vlny.
Ve skutečnosti elektromagnetická vlna představuje dvě věci:
Když je energetický tok velký ve srovnání s energií fotonů, můžeme uvažovat, že máme kvazi-kontinuální tok fotonů a oba pojmy se překrývají. To již neplatí, když je tok energie slabý (fotony jsou vysílány jeden po druhém), pojem „makroskopická variace“ (průměr) pak již nemá smysl.
Energie tok je dán Poyntingova vektoru . Každý foton má stanovené množství energie, rovnající se kde je Planckova konstanta a frekvence. Můžeme tedy vypočítat tok fotonů povrchem.