Шкала електромагнітних хвиль
Електромагнітне випромінювання(електромагнітні хвилі) - обурення (зміна стану) електромагнітного поля, що поширюється в просторі (тобто, взаємодіють один з одним електричного і магнітного полів).
Серед електромагнітних полів взагалі, породжених електричними зарядами та їх рухом, прийнято відносити власне до випромінювання ту частину змінних електромагнітних полів, яка здатна поширюватися далеко від своїх джерел — зарядів, що рухаються, загасаючи найповільніше з відстанню.
До електромагнітного випромінювання відносяться радіохвилі (починаючи з наддовгих), інфрачервоне випромінювання, видиме світло, ультрафіолетове, рентгенівське та жорстке (гама-)випромінювання (див. нижче, див. також малюнок).
Електромагнітне випромінювання здатне поширюватися у вакуумі (просторі, вільному від речовини), але в ряді випадків досить добре поширюється і в просторі, заповненому речовиною (дещо змінюючи при цьому свою поведінку).
1. Характеристики електромагнітного випромінювання
Основними характеристиками електромагнітного випромінювання прийнято вважати частоту, довжину хвилі та поляризацію.
Довжина хвилі прямо пов'язана із частотою через (групову) швидкість поширення випромінювання. Групова швидкість поширення електромагнітного випромінювання у вакуумі дорівнює швидкості світла, в інших середовищах ця швидкість менша. Фазова швидкість електромагнітного випромінювання у вакуумі також дорівнює швидкості світла, у різних середовищах вона може бути як меншою, так і більшою за швидкість світла. [1] .
Описом властивостей і параметрів електромагнітного випромінювання в цілому займається електродинаміка, хоча властивостями випромінювання окремих областей спектра займаються певніспеціалізовані розділи фізики (частково так склалося історично, частково зумовлено суттєвою конкретною специфікою, особливо щодо взаємодії випромінювання різних діапазонів із речовиною, частково також специфікою прикладних завдань). До таких спеціалізованих розділів відносяться оптика (і її розділи) та радіофізика. Жорстким електромагнітним випромінюванням короткохвильового кінця спектра займається фізика високих енергій [2]; відповідно до сучасних уявлень (Стандартна модель) при високих енергіях електродинаміка перестає бути самостійною, об'єднуючись в одній теорії зі слабкими взаємодіями, а потім - при ще більш високих енергіях - як очікується - з іншими калібрувальними полями.
Існують різні в деталях і ступеня спільності теорії, що дозволяють змоделювати та досліджувати властивості та прояви електромагнітного випромінювання. Найбільш фундаментальною [3] із завершених і перевірених теорій такого роду є квантова електродинаміка, з якої шляхом тих чи інших спрощень можна в принципі отримати всі наведені нижче теорії, що мають широке застосування у своїх галузях. Для опису щодо низькочастотного електромагнітного випромінювання в макроскопічній ділянці використовують, як правило, класичну електродинаміку, засновану на рівняннях Максвелла, причому існують спрощення в прикладних застосуваннях. Для оптичного випромінювання (аж до рентгенівського діапазону) застосовують оптику (зокрема, хвильову оптику, коли розміри деяких частин оптичної системи близькі до довжин хвиль; квантову оптику, коли істотні процеси поглинання, випромінювання та розсіювання фотонів; геометричну оптику - граничний випадок хвильової оптики, коли довжиною хвилі випромінювання можна знехтувати). Гамма-випромінювання найчастішеє предметом ядерної фізики, з інших – медичних та біологічних – позицій вивчається вплив електромагнітного випромінювання у радіології. Існує також ряд областей — фундаментальних та прикладних — таких, як астрофізика, фотохімія, біологія фотосинтезу та зорового сприйняття, ряд областей спектрального аналізу, для яких електромагнітне випромінювання (найчастіше певного діапазону) та його взаємодія з речовиною відіграють ключову роль. Всі ці області межують і навіть перетинаються з описаними вище розділами фізики.
Деякі особливості електромагнітних хвиль з точки зору теорії коливань та понять електродинаміки:
- наявність трьох взаємно перпендикулярних (у вакуумі) векторів: хвильового вектора, вектора напруженості електричного поляEта вектора напруженості магнітного поляH.
- електромагнітні хвилі - це поперечні хвилі, в яких вектори напруженостей електричного і магнітного полів коливаютьсяперпендикулярнонапрямку поширення хвилі, але вони істотно відрізняються від хвиль на воді і від звуку тим, що їх можна передати від джерела до приймача в тому числі і через вакуум.
2. Діапазони електромагнітного випромінювання
Електромагнітне випромінювання прийнято ділити за частотними діапазонами (див. таблицю). Між діапазонами немає різких переходів, вони іноді перекриваються, а межі з-поміж них умовні. Оскільки швидкість поширення випромінювання (у вакуумі) стала, то частота його коливань жорстко пов'язана з довжиною хвилі у вакуумі.