גרונטלעכע טעאריע פון עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס
עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס זענען יסודותדיק פֿאַר פֿיל אַספּעקטן פֿון מאָדערנער וויסנשאַפֿט און טעכנאָלאָגיע. די כוואַליעס זענען נישט נאָר וויכטיק צו פֿאַרשטיין דעם אוניווערס, נאָר האָבן אויך פּראַקטישע אַפּליקאַציעס אין פֿאַרשידענע פֿעלדער, ווי קאָמוניקאַציע, מעדיצין און אינזשעניריע. אין זייער קערן, זענען עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס אַ מאַניפֿעסטאַציע פֿון דער דינאַמישער באַציִונג צווישן עלעקטרישע און מאַגנעטישע פֿעלדער, וואָס פֿאַרשפּרייטן זיך דורך דעם אָרט. פֿאַרשטיין די גרונטלעכע טעאָריעס פֿון עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס דערמעגלעכט איינעם צו אָפּשאַצן די אונטערלייגנדיקע פּרינציפּן וואָס רעגירן זייער נאַטור און אַפּליקאַציע.
היסטאָריש הינטערגרונט
די שטודיע פון עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס האָט זיך אָנגעהויבן ערנסט מיט דער אַרבעט פון דזשיימס קלערק מאַקסוועלל אין 19טן יאָרהונדערט. מאַקסוועללס גלייכונגען, פאָרמולירט אין די 1860ער יאָרן, זענען דער ווינקלשטיין פון עלעקטראָמאַגנעטישע טעאָריע. די גלייכונגען באַשרייבן ווי עלעקטרישע און מאַגנעטישע פעלדער פאַרשפּרייטן זיך און ינטעראַקטירן. מאַקסוועללס אַרבעט האָט פאַראייניקט פריער באַזונדערע טעאָריעס פון עלעקטריע און מאַגנעטיזם און פאָרויסגעזאָגט די עקזיסטענץ פון עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס. היינריך הערץ האָט שפּעטער באַשטעטיקט מאַקסוועללס פאָרויסזאָגן דורך עקספּערימענטן אין די 1880ער יאָרן, צושטעלנדיק עמפּירישע באַווייַזן פֿאַר די כוואַליעס' עקזיסטענץ.
מאַקסוועל ס יקווייזשאַנז
מאַקסוועל'ס גלייכונגען באַשטייען פֿון פֿיר טיילווײַזע דיפֿערענציאַל גלייכונגען וואָס באַשרײַבן ווי עלעקטרישע פֿעלדער (E) און מאַגנעטישע פֿעלדער (B) ווערן גענערירט און געביטן איינע דורך די אַנדערע און דורך לאַדונגען און שטראָמען:
1. גאוס'ס געזעץ פאר עלעקטריע: דער געזעץ זאגט אז דער עלעקטרישער שטראם דורך א פארמאכטע ייבערפלאך איז פראפארציאנעל צו דער לאדונג וואס ווערט איינגעשלאסן דורך יענער ייבערפלאך. מאטעמאטיש ווערט עס אויסגעדריקט ווי:
\[
\nabla \cdot \mathbf{E} = \frac{\rho}{\epsilon_0}
\]
וואו \(\rho\) איז די לאדונג געדיכטקייט, און \(\epsilon_0\) איז די פערמיטיוויטי פון פרייען פּלאַץ.
2. גאוס'ס געזעץ פאר מאַגנעטיזם: דער געזעץ זאגט אז דער מאַגנעטישער שטראָם דורך א פארמאכטע ייבערפלאַך איז נול, וואָס ווײַזט אז עס זענען נישטאָ קיין 'מאַגנעטישע לאָדונגען' ענלעך צו עלעקטרישע לאָדונגען. עס ווערט רעפּרעזענטירט ווי:
\[
B = 0
\]
3. פאַראַדיי'ס געזעץ פון אינדוקציע: דער געזעץ באַשרײַבט ווי אַ צײַט-פֿאַרענדערלעכן מאַגנעטישן פֿעלד שאַפֿט אַן עלעקטרישן פֿעלד. די מאַטעמאַטישע פֿאָרעם איז:
\[
\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}
\]
4. אמפער'ס געזעץ (מיט מאַקסוועל'ס קארעקציע): דער געזעץ זאגט אז מאַגנעטישע פעלדער ווערן גענערירט דורך עלעקטרישע שטראָמען און ענדערונגען אין דעם עלעקטרישן פעלד. עס ווערט געגעבן דורך:
\[
\nabla \times \mathbf{B} = \mu_0 \mathbf{J} + \mu_0 \epsilon_0 \frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t}
\]
וואו \(\mathbf{J}\) איז די קראַנט געדיכטקייט, און \(\mu_0\) איז די דורכדרינגלעכקייט פון פרייען פּלאַץ.
כוואַליע גלייכונג דעריוואַציע
פֿון מאַקסוועלס גלייכונגען קען מען אַרויסנעמען די עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליע גלייכונג. דורך נעמען דעם קערל פֿון פֿאַראַדיי'ס געזעץ און עס אַרײַנשטעלן אין אַמפּער'ס געזעץ, בשעת מיר נעמען אָן די אָפּוועזנהייט פֿון פֿרײַע לאָדונגען און שטראָמען, באַקומען מיר:
\[
\nabla \times (\nabla \times \mathbf{E}) = – \frac{\partial (\nabla \times \mathbf{B})}{\partial t}
\]
ניצן די וועקטאָר אידענטיטעט \(\nabla \times (\nabla \times \mathbf{E}) = \nabla (\nabla \cdot \mathbf{E}) - \nabla^2 \mathbf{E}\) און גאוס ס געזעץ פֿאַר עלעקטרע (\(\nabla \cdot \mathbf{E}) = קענען פאַרפּאָשעטערן עס.
\[
\nabla^2 \mathbf{E} = \mu_0 \epsilon_0 \frac{\partial^2 \mathbf{E}}{\partial t^2}
\]
דאָס איז די כוואַליע גלייכונג פֿאַר דעם עלעקטרישן פעלד. אַן ענלעכע פּראָצעדור קען ווערן אָנגעווענדט צו באַקומען די כוואַליע גלייכונג פֿאַר דעם מאַגנעטישן פעלד, B. די כוואַליע גלייכונגען באַשרײַבן ווי עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס פֿאַרשפּרייטן זיך דורך דעם פּלאַץ.
נאַטור פון עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס
אן עלעקטרישע כוואַליע באַשטייט פון אָסצילירנדיקע עלעקטרישע און מאַגנעטישע פעלדער וואָס זענען פּערפּענדיקולאַר צו יעדער אַנדערער און צו דער ריכטונג פון כוואַליע פאַרשפּרייטונג. די עלעקטרישע פעלד (E) און מאַגנעטישע פעלד (B) קאָמפּאָנענטן פון דער כוואַליע זענען אין פאַזע און אָסצילירן סינוסאָידאַל. די פּערפּענדיקולאַרע נאַטור פון E און B פעלדער מיינט אַז עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס זענען טראַנסווערס כוואַליעס.
די שנעלקייט פון עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס אין אַ וואַקוום, באַצייכנט מיט \(c\), ווערט געגעבן דורך:
\[
c = \frac{1}{\sqrt{\mu_0 \epsilon_0}}
\]
די באַמערקונגסווערטע רעזולטאַט ווייזט אַז די גיכקייט פון ליכט אין אַ וואַקוום איז אַ יסודותדיקע אייגנשאַפט פון דעם מעדיום, פארבונדן מיט דער פּערמיטיוויטי און פּערמעאַביליטי פון פרייען פּלאַץ. אין וואַקוום, c איז אַפּראָקסימאַטלי 3 מאָל 10⁻⁶ מעטער/סעק.
ספּעקטרום פון עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס
עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס שפּאַנען אַ ברייט קייט פון פרעקווענצן און כוואַליע לענגקטס, פאָרמינג די עלעקטראָמאַגנעטישע ספּעקטרום. די ספּעקטרום נעמט אַרום פֿאַרשידענע טייפּס פון כוואַליעס, פֿון נידעריק-פרעקווענץ ראַדיאָ כוואַליעס ביז הויך-פרעקווענץ גאַמאַ שטראַלן. די ספּעקטרום איז טיפּיש צעטיילט אין געגנטן באזירט אויף כוואַליע לענג און פרעקווענץ, אַרייַנגערעכנט (אין סדר פון ינקריסינג פרעקווענץ): ראַדיאָ כוואַליעס, מייקראַווייווז, ינפראַרעד ראַדיאַציע, זעבאר ליכט, אַלטראַווייאַליט ראַדיאַציע, X-שטראַלן, און גאַמאַ שטראַלן.
יעדער געגנט פון דעם ספּעקטרום האט אייגענאַרטיקע אייגנשאַפטן און אַפּליקאַציעס. למשל, ראַדיאָ כוואַליעס ווערן גענוצט פֿאַר קאָמוניקאַציע, מייקראַוועוון פֿאַר ראַדאַר און קאָכן, אינפֿראַרויט פֿאַר טערמישע בילדגעבונג, זעבאר ליכט פֿאַר מענטשלעכע זעאונג, אולטראַוויאָלעט ליכט פֿאַר סטעריליזאַציע, X-שטראַלן פֿאַר מעדיצינישע בילדגעבונג, און גאַמאַ שטראַלן פֿאַר ראַק באַהאַנדלונג.
פּאָלאַריזאַטיאָן
פּאָלאַריזאַציע באַציט זיך צו דער אָריענטאַציע פֿון דעם עלעקטרישן פֿעלד וועקטאָר פֿון אַן עלעקטראָמאַגנעטישן כוואַליע. אין אַ לינעאַר פּאָלאַריזירטער כוואַליע, אָסצילירט דאָס עלעקטרישע פֿעלד אין אַן איינציקן פלאַך. קייַלעכדיקע פּאָלאַריזאַציע פּאַסירט ווען דאָס עלעקטרישע פֿעלד דרייט זיך אין אַ קייַלעכדיקער באַוועגונג בשעת די כוואַליע פֿאַרשפּרייט זיך. עלליפּטישע פּאָלאַריזאַציע איז אַ מער אַלגעמיינער צושטאַנד וווּ דאָס עלעקטרישע פֿעלד צייכנט אויס אַן עליפּס.
פּאָלאַריזאַציע איז אַ וויכטיקער באַגריף אין אָפּטיק און קאָמוניקאַציע. למשל, פּאָלאַריזירטע זונברילן בלאָקירן געוויסע אָריענטאַציעס פון ליכט כוואַליעס צו רעדוצירן בליץ, און אַנטענעס זענען דיזיינד צו גלייַכן די פּאָלאַריזאַציע פון טראַנסמיטטעד און באקומען סיגנאַלן פֿאַר עפעקטיוו קאָמוניקאַציע.
רעפלעקציע, רעפראקציע, און דיפראקציע
עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס אינטעראַקטירן מיט מאַטעריאַלן דורך פּראָצעסן ווי רעפלעקציע, רעפראַקציע און דיפראַקציע. רעפלעקציע פּאַסירט ווען אַ כוואַליע טרעפט אַ גרענעץ און אָפּשפּרינגט צוריק. רעפראַקציע איז די בייגן פון אַ כוואַליע ווען זי גייט פון איין מעדיום אין אַן אַנדערן מיט אַנדערע אייגנשאַפטן, כאַראַקטעריזירט דורך סנעל'ס געזעץ. דיפראַקציע באַשטייט פון די פאַרשפּרייטונג פון כוואַליעס אַרום שטערונגען און דורך עפענונגען, וואָס איז מער אויסגעשפּראָכן פֿאַר לענגערע כוואַליעלענג.
סאָף
די גרונט טעאָריע פון עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס, וואָס איז איינגעוואָרצלט אין מאַקסוועללס גלייכונגען, גיט אַ יסוד פֿאַר פֿאַרשטיין די נאַטור און אַפּליקאַציעס פון די כוואַליעס. די טעאָריעס דערקלערן די פאַרשפּרייטונג פון עלעקטראָמאַגנעטישע כוואַליעס, זייער גיכקייט, און זייער ינטעראַקציע מיט מאַטעריע, צווישן אַנדערע אייגנשאַפטן. באַהערשונג פון די גרונט קאָנצעפּטן איז וויכטיק פֿאַר פֿאָרשריט אין טעכנאָלאָגיע און פֿאַרבעסערן אונדזער פֿאַרשטאַנד פון דער נאַטירלעכער וועלט.
