Физика

Электромагнитные волны представляют собой процесс распространения в пространстве электромагнитных колебаний.

Электромагнитные волны бывают только поперечными.

Длина электромагнитной волны определяется формулой

λ = vT,

где v — модуль скорости волны; T — период колебаний.

Скорость распространения электромагнитных волн определяется:

• в вакууме — фундаментальными константами (электрической и магнитной постоянной):

$c=\frac{1}{\sqrt{{\epsilon }_0{\mu }_0}}=\mathrm{3,0}\cdot {10}^8$ м/с,

где ε₀ — электрическая постоянная, ε₀ = 8,85 ⋅ 10⁻¹² Ф/м; µ₀ — магнитная постоянная, µ₀ = 4π ⋅ 10⁻⁷ Гн/м; скорость распространения электромагнитных волн в вакууме (скорость света) является максимально возможной скоростью в природе;

• среде — электрическими и магнитными характеристиками среды:

$v=\frac{1}{\sqrt{{\epsilon }_0{\mu }_0\epsilon \mu }}=\frac{c}{\sqrt{\epsilon \mu }}=\frac{c}{n}$,

где ε — диэлектрическая проницаемость среды; µ — магнитная проницаемость среды; c — скорость света в вакууме; n — показатель преломления среды, $n=\sqrt{\epsilon \mu }$.

При переходе из вакуума в некоторую среду:

• частота электромагнитной волны, как правило, остается неизменной:

ν = ν₀,

где ν₀ — частота колебаний в вакууме (воздухе); ν — частота колебаний в среде;

• длина волны уменьшается:

$\lambda =\frac{{\lambda }_0}{n}$,

где λ₀ — длина электромагнитной волны в вакууме (воздухе); λ — длина электромагнитной волны в среде; n — показатель преломления среды, n = c/v; c — скорость света в вакууме; v — скорость света в среде.

Объемная плотность энергии электромагнитной волны имеет две составляющие:

1) электрическую

$w_{\text{электр}}=\frac{{\epsilon }_0\epsilon E^2}{2}$,

где ε₀ — электрическая постоянная, ε₀ = 8,85 ⋅ 10⁻¹² Ф/м; ε — диэлектрическая проницаемость среды; E — модуль напряженности электрического поля волны;

2) магнитную

$w_{\text{магн}}=\frac{B^2}{2{\mu }_0\mu }$,

где µ₀ — магнитная постоянная, µ₀ = 4π ⋅ 10⁻⁷ Гн/м; µ — магнитная проницаемость среды; B — модуль индукции магнитного поля волны.

Объемная плотность энергии электромагнитной волны, таким образом, есть сумма:

w = w _электр + w _магн.

Модуль плотности потока энергии электромагнитной волны:

S = wv,

где v — модуль скорости распространения электромагнитной волны в данной среде.

Электромагнитные волны находят применение в радиолокаторах для обнаружения цели.

Дальность разведки радиолокатора (расстояние до цели) определяется выражением

$R=\frac{ct}{2}$,

где с — скорость света в вакууме, с ≈ 3,0 ⋅ 10⁸ м/с; t — время распространения сигнала локатора до цели и обратно.

Для того чтобы не было наложения сигналов, импульс локатора должен успеть достичь объекта и вернуться обратно до того, как послан следующий импульс; поэтому существует ограничение на число импульсов в единицу времени:

$\frac{N}{t_0}\le \frac{1}{t}$,

где N/t ₀ — число импульсов, испущенных локатором за t ₀ = 1 c; t — время распространения импульса до цели и обратно.

Глубина разведки при заданном количестве импульсов, посланных локатором в секунду, определяется формулой

$R\le \frac{c}{2\left(N\text{/}{t}_0\right)}$.

Предельная глубина (дальность) разведки при заданном количестве импульсов, посланных локатором в секунду, —

$R_{\text{max}}=\frac{c}{2\left(N\text{/}{t}_0\right)}$.

Число колебаний в импульсе определяется формулой

$n=\frac{\tau }{T}$,

где T — период электромагнитных колебаний; τ — длительность импульса.

Формулу, аналогичную формуле для вычисления дальности разведки радиолокатора, используют для определения расстояния до цели с помощью ультразвука (механических волн) в гидролокаторах и дефектоскопах:

$h=\frac{vt}{2}$,

где v — скорость ультразвука в среде; t — время распространения ультразвукового сигнала до цели и обратно.