Elektromanyetik dalga temsil etmek için kullanılan bir model , elektromanyetik radyasyon .
Açıkça ayırt edilmesi tavsiye edilir: incelenen fenomen olan elektromanyetik radyasyon ve fenomenin temsillerinden biri olan elektromanyetik dalga. Başka bir temsil - kuantum (veya parçacık ) - fotonun varlığını hesaba katar .
Bir ışık dalgası , dalga boyu görünür spektruma karşılık gelen veya yaklaşık olarak 400 ve 800 nm dalga boyları arasında olan ve 1,5 ila 3 eV'lik foton enerjilerine karşılık gelen bir elektromanyetik dalgadır . Elektromanyetik dalgalar enine dalgalardır .
Işığın dalga teorisi ağırlıklı tarafından geliştirilen Hıristiyan Huygens içinde 1670'i tarafından daha sonra, Augustin Fresnel . O zamanlar, esas olarak Isaac Newton tarafından savunulan parçacık teorisine karşıydı . Huygens esas olarak yansıma ve kırılma yasaları üzerinde çalıştı , Fresnel özellikle girişim ve dalga boyu kavramlarını geliştirdi . Işığın bir dalgalanma olarak kavranması, fizikçileri bir yayılma ortamı olan eter hayal etmeye sevk etti .
Büyük teorik ilerleme yasalarının senteziydi elektromanyetizma ile James Clerk Maxwell , onun denklemleri elektromanyetik dalgaların varlığını ve bunların tahmin edilen hız ışık bir elektromanyetik dalga olduğu hipotezini izin.
Radyo dalgaları , düşük frekans ve uzun dalga boyunda, sonunda keşfedildi XIX e yüzyılda , özellikle çalışma ile Alexandre Popov , Heinrich Hertz , Édouard Branly ve Tesla . X-ışınları , yüksek frekans ve düşük dalga boyu tarafından keşfedilmiştir Wilhelm Röntgen içinde 1895 .
Sorunu siyah gövde radyasyon ile çözüldü Max Planck tanıtarak, 1901 yılında, sabit ve süreksizlikler ile açıklanabilir Albert Einstein hakkındaki eserinde, 1905 yılında fotoelektrik etki enerjik kuantumların varlığını önererek,. Bu kuanta, foton modelinin öncülüdür, ışığın dalga ve parçacık yaklaşımlarının sentezi, tüm maddelere bir genelleme fikri verir: kuantum mekaniği .
Elektromanyetik dalgalar (elektrik ve manyetik alanlardaki bozulmalar) hızlandırılmış yüklü parçacıklar tarafından üretilir.
Bir elektromanyetik dalga, birbirine ve yayılma yönüne dik olan ilişkili bir elektrik alanı E ve bir manyetik alan B'nin yayılmasıdır.
Tüm dalgalar gibi bir elektromanyetik dalga da spektral analiz kullanılarak analiz edilebilir ; dalga sözde "tek renkli" dalgalara bölünebilir (ayrıca bkz . Düzlem dalga spektrumu ).
Monokromatik bir elektromanyetik dalga, titreşen bir elektrostatik dipol ile modellenebilir ; bu model, örneğin Rayleigh saçılmasına dahil olan bir atomun elektron bulutunun salınımlarını ( elastik olarak bağlı elektron modeli) uygun şekilde yansıtır .
Elektrik ve manyetik alanlardaki varyasyonlar Maxwell denklemleriyle bağlantılıdır , bu nedenle dalgayı bu alanlardan sadece biriyle, genel olarak elektrik alanıyla temsil edebiliriz .
Bu durumda tek renkli bir düzlem dalganın genel denklemini yazmak mümkündür :
veya
Karmaşık
gösterim de sıklıkla kullanılır :
Bu durumda kişi bu karmaşık formun gerçek kısmını alarak gerçek fiziksel nicelikleri elde edecektir. Bu ifadede dikkat edin . Saf bir hesaplama hilesi olan karmaşık gösterimin kullanımı, çoğu durumda işlemleri büyük ölçüde basitleştirmeyi amaçlar.
Polarizasyon yönüne karşılık geldiği ve elektrik alanının genliği . Polarize olmayan veya doğal bir dalga , kendi ekseni etrafında zaman içinde rastgele ve öngörülemeyen bir şekilde döner. Bir dalganın polarize edilmesi, elektrik alanına tanımlanmış bir yörünge verilmesine karşılık gelir. Birkaç çeşit polarizasyon vardır:
Elektromanyetik dalga kavramı fotonun tamamlayıcısıdır . Aslında dalga, radyo dalgaları gibi düşük frekanslar (yani uzun dalga boyları) için radyasyonun daha alakalı bir tanımını sağlar.
Gerçekte, elektromanyetik dalga iki şeyi temsil eder:
Enerji akışı fotonların enerjisine kıyasla büyük olduğunda, yarı-sürekli bir foton akışına sahip olduğumuzu ve iki kavramın örtüştüğünü düşünebiliriz. Bu, enerji akışı zayıf olduğunda (fotonlar birer birer gönderildiğinde) artık doğru değildir, “makroskopik varyasyon” (ortalama) kavramı artık bir anlam ifade etmez.
Enerji akışı ile verilir Poynting vektörü . Her bir foton eşit bir enerji belirlenmiş miktarda vardır burada bir Planck sabitesi ve sıklığı. Böylece bir yüzeyden fotonların akışını hesaplayabiliriz.