Pretože píšem o elektromagnetických vlnách, preto musím vysvetliť elektrické a magnetické vodivosti vákua. Vo vákuu siločiary medzi pólmi zdroja napätia a magnetov majú najkratšiu vzdialenosť, pretože nie sú deformované materiálom. 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 odvodiť 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 elektrickej intenzity, vzniká magnetické pole, ktoré bude mať siločiary kolmé na siločiary elekrostatickeho poľa. 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 je závislá 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×10-7 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 na hodnotu µ0 =0,0000012566371775 Vs/Am.
Rýchlosť elektromagnetických vĺn vo vákuu odvodím na dvoch prípadoch. Majme iskrište, dve elektródy vedľa seba zvyšujme napätie na nich. Pri určitom napätí preskočí iskra, nastane prudká zmena napätia. Medzi kontaktmi sa vytvorí zmena elektrickej intenzity E na zmene času, impulze T, pretože iskra vytvorí skrat na určitú dobu, aj keď iskra dlhšie trvá v skutočnosti prúd tečie v určitých impulzoch. Veľkosť napätia pri ktorom preskočí iskra, závisí od elektrostatickej vodivosti prostredia ε. Násobok elektrickej intenzity elektrostatickou vodivosť je elektrostatická indukcia. Okolo iskry sa vytvorí vlna elektromagnetickej indukcie B o určite vlnovej dĺžke λ, ktorá sa bude šíriť do prostredia. Vo vákuu iskra pri napäťovom impulze medzi kontaktmi nepreskočí pretože, nič sa tam nezionizuje. Ale medzi kontaktmi vznikne zmena elektrostatickej intenzity, tak isto vzniká vlna elektromagnetickej indukcie. Z toho môžeme odvodiť vzorec pre vákuum
Pri vypínaní väčších prúdov môžeme vidieť na kontaktoch iskrenie aj pri malom napätí ktoré pretláča prúd. Okolo vodiča ktorým preteká prúd sa vytvára magnetické pole. Pri rozpojení magnetická indukcia okolo vodiča, prudko klesne. To spôsobí, že sa naindukuje do vodičov opačné napätie, ktoré má dosť vysokú hodnotu. Medzi kontaktmi vznikne vlna elektrostatickej intenzity, ktorá sa bude šíriť do prostredia. Taký istý prípad nastane keď vo vodiči tečie striedavý prúd, mení sa magnetické pole okolo vodiča ktoré indikuje zmenu elektrického poľa, je to princíp antény Z toho môžem odvodiť vzorec pre vákuum
Pretože tieto zmeny vznikajú súčasne, tak rýchlosť šírenia obidvoch polí je rovnaká. Pretože zmena elektrického poľa vytvorí zmenu magnetického poľa, ktoré znovu vytvorí zmenu elektrického poľa musíme tie dve rovnice zjednotiť. Z prvej rovnice si odvodíme B podľa vzorca
Túto rovnicu vložíme do rovnice pre indukované napätie, po úprave a vykrátení dostaneme zjednodušenú vlnovú rovnicu pre elektromagnetické vlny
z tejto rovnice si môžeme odvodiť rýchlosť c2
odmocnením dostávame konečný vzorec pre rýchlosť elektromagnetických vĺn c
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