Перш за все згадаємо: існують два види матерії — речовина і поле.
Минулого навчального року ви дізналися про електричне поле, цього року — про магнітне поле. Ви також з’ясували, що магнітне поле, яке змінюється, не тільки діє на рухомі заряджені частинки й намагнічені тіла, а й створює електричне поле. Такого висновку дійшов свого часу М. Фарадей.
Керуючись принципом симетрії, видатний англійський фізик Джеймс Максвелл висунув підтверджену згодом гіпотезу про те, що не тільки змінне магнітне поле створює електричне поле, а й змінне електричне поле створює магнітне поле.
Відповідно до цієї гіпотези електричні та магнітні поля завжди існують разом і немає сенсу розглядати їх як окремі об’єкти. Тобто існує єдине електромагнітне поле, а електричне та магнітне поля — це дві складові (дві форми прояву) електромагнітного поля.
Електромагнітне поле — вид матерії, за допомогою якого здійснюється взаємодія між зарядженими тілами і частинками та намагніченими тілами.
Проаналізувавши всі відомі тоді закони електродинаміки, Дж. Максвелл суто математично отримав фантастичний на той час висновок: у природі мають існувати електромагнітні хвилі.
Електромагнітна хвиля — це поширення в просторі змінного електромагнітного поля.
Як відомо, біля будь-якого провідника зі струмом існує магнітне поле. Магнітне поле, створене змінним струмом, теж є змінним. Згідно з теорією Максвелла змінне магнітне поле має створити електричне поле, яке теж буде змінним. Змінне електричне поле створить змінне магнітне і т. д.
Отже, одержимо поширення коливань електромагнітного поля — електромагнітну хвилю.
Частота ν цієї хвилі дорівнює частоті, з якою змінюється сила струму в провіднику, а провідник зі змінним струмом є джерелом електромагнітної хвилі.
Інтерактивна симуляція "Фізика в школі" (електромагнітна хвиля)
За теорією Максвелла, джерелом електромагнітної хвилі може бути будь-яка заряджена частинка, що рухається з прискоренням (тобто частинка, яка весь час змінює швидкість свого руху або за значенням, або за напрямком, або одночасно і за значенням, і за напрямком). Якщо ж частинка нерухома або рухається з незмінною швидкістю, біля неї існує електромагнітне поле, але електромагнітну хвилю частинка не випромінює.
Випромінюванням електромагнітних хвиль супроводжуються й деякі процеси, що відбуваються всередині молекул, атомів, ядер атомів (теорія таких процесів — квантова теорія — була створена в XX ст.).
Електромагнітна хвиля, як і механічна, характеризується частотою (ν), довжиною (λ) і швидкістю поширення (v). Так само, як у випадку з механічними хвилями, дані величини пов’язані формулою хвилі:
Але, на відміну від механічних хвиль, для поширення електромагнітних хвиль не потрібне середовище. Навпаки, найкраще й найшвидше електромагнітні хвилі поширюються у вакуумі. Дж. Максвелл теоретично обчислив швидкість поширення електромагнітної хвилі у вакуумі й з подивом виявив, що отримане значення збігається зі значенням швидкості світла у вакуумі (на той час воно вже було виміряне експериментально):
Дж. Максвелл висунув слушне і сміливе на той час припущення: світло є різновидом електромагнітних хвиль. Учений не лише виявив природу світла, а й передбачив існування та властивості різних видів електромагнітних хвиль.
У вакуумі — і тільки в ньому — всі електромагнітні хвилі поширюються з однаковою швидкістю (с), тому для вакууму довжина і частота електромагнітної хвилі пов’язані формулою:
Під час переходу з одного середовища в інше швидкість поширення електромагнітної хвилі змінюється, змінюється і довжина хвилі, а от частота залишається незмінною. У повітрі швидкість поширення електромагнітних хвиль майже та сама, що й у вакуумі.
Через 15 років після створення теорія електромагнітного поля Максвелла була підтверджена експериментально: Генріх Герц продемонстрував випромінювання і приймання електромагнітних хвиль.
Герц не лише одержав електромагнітні хвилі, а й вивчив їхні властивості. Він установив, що електромагнітні хвилі: