Pretože píšem o elektromagnetických vlnách, začnem o niektorých základoch z elektrotechniky, ktoré sme sa učili aj na základnej škole. Elektrina sa nedá skladovať ale elektrický náboj môžeme uložiť v elektrickom kondenzátore. Hodnota kondenzátora je jeho kapacita C. Náboj v kondenzátore vytvorí sa pripojením napätia na kondenzátor. Čím je kapacita kondenzátora C väčšia a pripojené napätie U väčšie tak bude väčší elektrický náboj Q. Kondenzátor tvoria dve elektródy na sebe ktoré majú celkovú plochu S, čím sú väčšia tým je kapacita väčšia. Čím je vzdialenosť plôch d väčšia tým je kapacita menšia. Dôležitá hodnota kapacity kondenzátora je elektrostatická vodivosť prostredia permitivita ε medzi elektródami. Najmenšia permitivita, je permitivita vákua ε0. Hodnota ε0=0,000000000008854187 As/Vm. Permitivita vákua je meraná hodnota. Spresnila sa pri určení rýchlosti svetla. Rozmer permitivity môžeme zo vzorca pre veľkosť elektrostatického náboja Q v závislosti na napätí a kapacite kondenzátora
Pretože Q=It tak miesto Coulombu bude Amper sekunda As. Keď to vložíme do rozmerovej rovnice dostaneme As/Vm.
Keď budeme mať nabitý kruhový kondenzátor budeme otáčať elektródami tak okolo platní sa vytvorí magnetické pole. Najhustejšie pole bude v strede kondenzátora. Tak isto okolo vodiča pôsobením prúdu vzniká magnetické pole. Znamená to že pohybom elektrického náboja vzniká okolo neho magnetické pole.magnetické pole okolo elektród. Magnetický tok Φ ktorý prechádza plochou S má svoju hustotu. Hustota magnetického toku je magnetická indukcia B. Magnetická indukcia závisí od prierezu ktorým preteká magnetický tok a od vodivosti prostredia, permeability μ. Pomer magnetickej indukcie permeabilitou je magnetická intenzita H. Indukcia H má rozmer A/m. Rozmer magnetického toku je Volt sekunda Vs. Z toho môžeme odvodiť rozmerovú rovnicu pre permeabilitu. Permeabilita vákua µ0 je nemeraná hodnota, ale je určená z výpočtu elektromagnetickej indukcie. Predtým permeabilite vákua odvodili hodnotu µ0=4π×10-6 Vs/Am. Pretože číslo π je iracionálne, má nekonečne veľa núl za desatinnou čiarkov tak sa permeabilita stanovila tak aby hodnota rýchlosti c bolo celé číslo, ktoré sa najviac približovalo k výpočtu. celé číslo. Permeabilite vákua sa stanovila hodnota µ0 =0,0000012566371775 Vs/Am.
Magnetická indukcia v strede rotačného kondenzátora bude závisieť od rýchlosti otáčania elektródy. Z toho môžeme usúdiť, okolo bodového náboja vzniká magnetická indukcia keď sa bude pohybovať cez určitý preirez. Elektrický náboj má okolo seba v určitom polomere r svoju elektrickú intenzitu E. Keď celá intenzita prejde cez prierez tak prejde vzdialenosť 2r. Aj magnetickú indukciu musíme uvažovať okolo náboja s polomerom r. Znamená to, že musíme uvažovať rýchlosť v=2r/t, kde t je čas za ktorý prejde náboj vzdialenosť 2r. Z toho môžeme odvodiť vzorec pre indukciu okolo pohybujúceho náboja vo vákuu ktorý sa pohybuje rýchlosťou v a z toho odvodiť vzorec pre indukciu okolo vodiča.
Keby sme prúd vo vodiči menili plynule tak magnetické pole od vodiča sa bude šíriť vo vlnách rýchlosťou c. Pretože elektrické a magnetické polia sa navzájom ovplyvňujú, tak aj elektrické pole sa šíri rýchlosťou c. Keď budeme uvažovať, že rýchlosť je stála a magnetické pole je zvlnené, tak za jeden impulz T zvlnené pole prejde vzdialenosť rovnú vlnovej dĺžke λ.
ω je uhlovú frekvencia, K je vlnová konštanta. Z toho môžeme odvodiť vzorec
Vodič keď sa pohybuje v magnetickom poli tak na jeho konci sa vytvorí napätie. Keď dáme závit do magnetického poľa a budeme ním plynule rotovať objaví sa na kontaktoch závitu striedavé napätie. Medzi kontaktami sa bude šíriť elektrostatické pole ktoré bude mať takú istú rýchlosť ako magnetické pole a bude sa šíriť vo vlnách, podobne ako magnetické pole. Ale intenzita medzi kontaktami závisí aj od ich vzdialenosti, aby nám rovnica sedela musíme uvažovať element vodiča, ktorý je v premenlivom magnetickom poli. Z toho môžeme odvodiť vzorec
Z týchto rovníc si môžeme odvodiť vlnovú rovnicu pre elektromagnetické vlny. Najprv si vyjadríme z prvej rovnice B. Najprv si odvodíme indukciu B podľa vzorca
vložíme do rovnice pre indukované napätie dostaneme vzorec
Tieto vzťahy znamenajú, že do prostredia sa bude šíriť elektromagnetická vlna, ktorá sa sama bude generovať, pretože zmena magnetickej indukcie generuje zmenu elektrostatickej intenzity a naopak zmena elektrickej intenzity generuje zmenu magnetickej indukcie. Keď poznáme vzťah medzi vlnovou konštantou a uhlovou rýchlosťou, môžeme si z predchádzajúceho vzorca odvodiť rýchlosť c zo vzorca
Takto sme sa dopracovali k vzťahu pre rýchlosť elektromagnetických vĺn vo vákuu c. Z toho vychádza aj rozmerová rovnica
Vložením hodnôt pre µ0 a ε0 dostaneme výslednú rýchlosť elektromagnetických vĺn c=299792458 m/s Rýchlosť elektromagnetických vĺn vo vákuu odvodil škótsky fyzik a matematik James Clerk Maxwell. Elektromagnetické vlny predpokladal ale nevedel ich overiť. Existenciu elektromagnetických vĺn dokázal až neskôr nemecký fyzik Heinrich Rudolf Hertz. Einstein potvrdil, že aj svetlo je elektromagnetické vlnenie. Rýchlosť svetla vo vákuu je najdôležitejšia konštanta vo vesmíre.
Celá debata | RSS tejto debaty