Fizika: Elektromágneses hullámok

James Clark Maxwell skót fizikus 1865-ben átfogó elméletet dolgozott ki az elektromos és a mágneses jelenségek értelmezésére. Ebben levezette, hogy nemcsak az időben változó mágneses mező hoz létre örvényes elektromos mezőt, hanem az időben változó elektromos mező is örvényes mágneses mezőt indukál. 

Maxwell elmélete szerint az elektromos töltésről elszakadó, térben tovaterjedő elektromágneses mező hullámtulajdonságokkal rendelkezik. Ezért kapta az elektromágneses hullám vagy elektromágneses sugárzás nevet.

A kisugárzott elektromágneses hullámban az elektromágneses tér E, illetve B vektora egymással megegyező fázisban van, egymásra és a terjedés irányára is merőlegesek. Ez a sugárzási elektromágneses tér egyszerű szinuszos hullám formájában terjed tova.

• hullámhossz: két szomszédos, azonos fázisú hely térbeli távolsága
• periódusidő: két szomszédos, azonos fázisú hely időbeli távolsága; [T]=s
• amplitúdó: a hullám maximális kitérésének nagysága egy hullámcikluson belül; [A]=m
• frekvencia: a másodpercenként végzett rezgések száma; [f]=1/s=Hz;
• terjedési sebesség: a haladó hullám meghatározott fázisállapotának tovahaladási sebessége [c]=m/s

Az elektromágneses hullámok terjedési tulajdonságai

• egyenes vonalban terjednek,
• új közeg határán visszaverődnek a hullám visszaverődésének törvénye szerint,
• új közegbe hatolva megváltozik a terjedési sebességük, és megtörnek a hullámok törési törvényének megfelelően,
• megfelelő résen áthaladva elhajlanak,
• az elektromágneses hullámok között is létrejön az interferencia, ha a hullámok koherensek, vagyis a találkozásuk helyén fáziskülönbségük állandó; a fáziskülönbség a fél hullámhossz páros számú többszöröse, maximális erősítést, ha a fél hullámhossz páratlan számú többszöröse, kioltást tapasztalhatunk
• az elektromágneses hullámokat lehet polarizálni, tehát tranzverzális (hullámokban a kitérés a terjedési irányra merőleges) hullámok.

Hullámjelenségről beszélünk, ha valamilyen fizikai mennyiség változása térben továbbterjed.

mechanikai hullámok esetén: rugalmas közegben létrehozott deformációs állapot.

elektromágneses hullám esetén: elektromos és mágneses mező változása. 

Mindkét hullámot ugyanazon fizikai mennyiségekkel jellemezhetjük: hullámhossz, frekvencia, terjedési sebesség, amplitúdó.

Mindkét hullámfajta mutatja a visszaverődést, a törést, az elhajlást és az interferenciát.

Alkalmazások:

• hang rögzítése: gramofon, lemezjátszó; a kamera és a mikrofon a képet és a hangot elektromos jellé alakítja
• adattárolás: floppy-lemez, CD
• információközvetítés: rádión és TV-n
• mikrohullámú sütő (a mikrohullámok szintén elektromágneses hullámok)
• a lágy röntgensugarakat gyógyászati célra használják

James Clerk Maxwell (1831 – 1879) skót fizikus.

Munkásságának legkiemelkedőbb eredménye az elektromágneses tér elméletének megfogalmazása volt.

Előkészítette az utat Einstein speciális relativitáselméletéhez, és gondolatai a XX. századi fizika másik nagy eredményének, a kvantumelméletnek a megszületését is elősegítették. A XIX. századi tudósok közül ő gyakorolta a legnagyobb hatást a XX. századi fizikára, kulcsfontosságú felfedezései miatt Sir Isaac Newtonnal és Albert Einsteinnel helyezik egy sorba. 

Heinrich Hertz (1857 – 1894) német fizikus.

Elsőként adott le és fogott fel rádióhullámokat.

Megállapította, hogy a fény és a hő elektromágneses sugárzás. Elektromágneses hullámokat állított elő, megmérte hullámhosszukat és sebességüket, illetve azt is kimutatta, hogy rezgésük természete, visszaverődési és törési képességük ugyanolyan, mint a fényé és a hőhullámoké.  

Wilhelm Conrad Röntgen (1845 – 1923) német fizikus.

1895-ben fölfedezte és vizsgálta az általa X-sugaraknak, később róla elnevezett, az orvosi diagnosztikában szinte azonnal alkalmazásra kerülő sugárzást. Róla nevezték el a besugárzási dózis alapegységét (1 R=0,000258 C/Kg).

Ezenkívül foglalkozott kristályfizikával, és tanulmányozta a gázok fajhőjét, továbbá a folyadékok fizikai sajátosságait magas nyomáson. 1901-ben Nobel-díjat kapott.