Ravni elektromagnetni valovi

Vidimo jakost električnega polja ravnega elektromagnetnega valovanja. Vleci z miško znotraj levega območja animacije.Črte, ki so usmerjene od osi z, prikazujejo izmerjeno jakost električnega polja vzdolž te osi. Drsnik je povezan z odmikom prosojnega kvadrata, ki predstavlja ravnino.


Lega glede na os z( m)5

Če je opazovalec zelo oddaljen od izvira elektromagnetnega valovanja, lahko valovanje včasih poenostavimo v ravno valovanje (npr. pri radijskih valovih). Kakšno pa je ravno valovanje? Preden nadaljuješ, moramo poudariti, da so ravni valovi (podobno kot masna točka) idealizacija. Tipično elektromagnetno valovanje ni ravno, pa ne zato, ker bi bilo ukrivljeno (običajno je ukrivljeno), temveč zato, ker navadno vsebuje veliko frekvenc in ker izvira iz več kot enega izvira. Čeprav lahko radijske valove obravnavamo kot ravne, tega pri vidni svetlobi ne smemo storiti (razen v primeru, ko je ustvarjena z laserjem). Ker lahko ostale valove skonstruiramo s seštevanjem več ravnih valov različnih frekvenc, je razumevanje te vsebine zelo uporabno.  Ponovni zagon.

Animacija prikazuje jakost električnega polja ravnega elektromagnetnega valovanja.  Magnetno polje v animaciji ni prikazano. Pred zagonom animacije vleci z miško znotraj levega območja animacije. Kaj opaziš? Črte, ki so usmerjene od osi z, prikazujejo izmerjeno jakost električnega polja vzdolž te osi. Premakni drsnik.  Ta je povezan z odmikom (podanim v metrih) prosojnega kvadrata. Prosojni kvadrat predstavlja ravnino (od tod ime ravno valovanje), katere jakost električnega polja lahko spremljaš v desnem oknu animacije. Uporabi drsnik za oceno valovne dolžine valovanja. Zaženi animacijo. V desnem oknu bodi pozoren na čas (podan v nanosekundah). Kolikšna je frekvenca valovanja? V katerem delu elektromagnetnega spektra je val? Ker je perioda 6.68 x 10-8 s in je frekvenca enaka ena ulomljeno s tem, dobimo približno 1.5 x 107 Hz ali krajše 15 MHz. Ker je c = 3 x 108 m/s = λ f, je valovna dolžina λ = c/f = 20 m, torej spada to valovanje med radijske valove.

Vektorji vzdolž osi z prikazujejo jakost električnega polja v tej smeri. Kakšna je videti jakost električnega polja v ravnini xy za točno določeno vrednost z?  Spomni se, da je to ravni val.  Premakni prosojni kvadrat in opazil boš, da imajo vse točke znotraj kvadrata enak E (od tod naziv ravno elektromagnetno valovanje).

Valovno enačbo za tlačni val p(x, t) = A sin(k x - ω t), ki potuje v smeri osi x, lahko predelamo tako, da opisuje gibanje ravnega elektromagnetnega vala v smeri z  E(z, t) = Emax sin(k x - ω t) i. Zakaj ima vektor električnega polja kompontento v smeri osi x in ne v smeri osi z?  Maxwellove enačbe nam povedo, da je elektromagnetno valovanje transverzalno.  Zato elektromagnetni val v primerjavi s tlačnim valom ne more vsebovati komponente v smeri razširjanja valovanja.

Zapomni si, da je k = 2π/λ in ω = 2πf, od tod v = ω/k = λf, pri čemer je v hitrost valovanja, λ valovna dolžina in f frekvenca.