Излучение электромагнитной волны

Излучение электромагнитной волны происходит при любом ускоренном движении заряда. Объяснение механизма процесса излучения было предложено Дж. Томсоном.

Пусть электрическое поле создается неподвижным точечным зарядом q. Силовые линии этого электростатического поля представляют собой радиально расходящиеся лучи. Модуль вектора напряженности на расстоянии r от заряда определяется выражением

.

Пусть заряд приходит в движение. В течение интервала времени τ он разгоняется с ускорением а до скорости . Потом в течение времени заряд продолжает двигаться равномерно и из точки О перемещается в точку О’. Расстояние .

Поскольку заряд переместился, картина распределения электрического поля в пространстве тоже должна измениться. Однако, возмущение электромагнитного поля (в нашем случае, информация о том, что заряд пришел в движение и переместился) распространяется не мгновенно, а с конечной скоростью c.

Изобразим картину силовых линий заряда q в момент времени . За пределами сферы радиусом поле не изменилось, сюда возмущение электромагнитного поля не дошло. Силовые линии представляют собой лучи, расходящиеся радиально из точки О.

Поле равномерно движущегося заряда совпадает с полем неподвижного заряда, поскольку все инерциальные системы отсчета равноправны. Строим сферу радиусом ct с центром в точке О (строго говоря, центр сферы должен отстоять от точки О на расстояние, пройденное зарядом за время ускорения ). Внутри этой сферы силовые линии должны быть опять-таки радиально расходящимися лучами, но проведенными из той точки, в которой находится заряд в данный момент времени – в нашем случае из точки O’.

Внутри сферического слоя толщиной сτ силовые линии испытывают излом. Этот излом и есть возмущение электромагнитного поля. Картина схожа с распространением единичного импульса по натянутому шнуру.

Найдем величину напряженности электрического поля Е в распространяющемся возмущении (волне). Вектор напряженности на границе сферы радиусом направлен по касательной к силовой линии.

∙ – перпендикулярная радиус-вектору составляющая, это и есть напряженность поля в электромагнитном возмущении.

Из подобия треугольников видно

Подведем итоги.

1. Излучение электромагнитной волны происходит только при ускоренном движении заряда. Модуль напряженности электрической составляющей волны Е прямо пропорционален ускорению а, с которым двигается заряд.

2. Напряженность электрического поля Е в волне обратно пропорциональна расстоянию до излучающего заряда. Такая зависимость характерна для сферической волны.

3. Ускоренно движущийся заряд не излучает волну вдоль направления движения (.

4. Величина напряженности электрического поля Е в волне зависит от направления, в котором распространяется волна. Наибольшее значение имеет амплитуда волн, излучаемых в направлениях, перпендикулярных движению (