A. Záhadné elektromagnetické vlny

OBSAH:

Sú všade okolo nás. Sú neviditeľné a lietajú všetkými možnými smermi. Niektoré cez nás bez problémov prejdú. Iné nie. Na svoj pohyb nepotrebujú látkové prostredie. Stačí im prázdny priestor. Šíria sa tak rýchlo, že za sekundu by obehli zemeguľu sedem krát. Ich rýchlosť je najväčšia možná rýchlosť v prírode. Preto sú pre človeka vhodným médiom na šírenie správ. Elektromagnetické vlny --- rozruchy v elektrickom a magnetickom poli putujúce priestorom rýchlosťou svetla.

Ich história je zaujímavá. Ešte predtým ako ich človek dokázal vyrobiť a zaregistrovať, dokázal predpovedať ich existenciu. V roku 1873 britský fyzik James Clerk Maxwell z Cambridge University publikoval matematickú prácu, v ktorej zhrnul všetky dovtedajšie poznatky o elektrine a magnetizme do štyroch rovníc. Tieto štyri rovnice popisovali všetky dovtedy známe elektrické a magnetické javy. Ale dokázali aj čosi viac. Predpovedali aj nové javy. Maxwell bol vynikajúci matematik a tak veľmi rýchlo prišiel na to, že dôsledkom jeho rovníc je, že by sa priestorom mali môcť šíriť rozruchy v elektrickom a magnetickom poli. Nazval ich elektromagnetické vlny. Dovtedy nikto takéto vlny experimentálne nepozoroval.

James Clerk Maxwell (1831 - 1879)

Pomocou svojich rovníc vedel predpovedať aj ich rýchlosť. Vyšlo mu, že by mala byť
,
kde = 8,85 . 10^-12 C².N^-1.m^-2 je permitivita vákua a = 4.10^–7 N.A^-2 je permeabilita vákua. Hodnota, ktorú získal po dosadení bola prakticky rovnaká ako bola vtedy známa experimentálna hodnota rýchlosti svetla. To ho viedlo k domnienke, že aj svetlo môže byť elektromagnetické vlnenie.

Dnes vieme, že elektromagnetické vlny sa navzájom líšia svojou vlnovou dĺžkou. Svetlu zodpovedá len malý rozsah vlnových dĺžok od 380 nm po 780 nm. Vlny s vlnovými dĺžkami mimo tento rozsah sú oku neviditeľné a nie sú svetlom, ale niečím iným. V roku 1886 nemecký fyzik Heinrich Hertz takéto vlny vygeneroval a tiež experimentálne zachytil. Jeho vlny mali vlnovú dĺžku spadajúcu do oblasti, ktorú dnes nazývame rádiová oblasť.

Heinrich Hertz (1857 - 1894)

Napokon, v roku 1895 zrealizoval Guglielmo Marconi prvý bezdrôtový telegrafický prenos a v roku 1901 vyslal a prijal prvý transatlantický signál. Dnes, zhruba o storočie neskôr, používame elektromagnetické vlny na prenos rozhlasového a televízneho vysielania, bezdrôtového internetu, signálu mobilných telefónov a satelitného vysielania. Využívajú ich niektoré diaľkové ovládania, policajné radary, GPS a dokonca aj mikrovlné rúry. Život bez nich by bol dnes omnoho zložitejší.

Guglielmo Marconi (1874 - 1937)

Tieto vlny sú pritom také zvláštne! Vznikajú vtedy, keď sa elektrický náboj pohybuje špeciálnym spôsobom. Konkrétne keď mení svoju rýchlosť. Ak je v pokoji alebo keď sa pohybuje konštantnou rýchlosťou, tak vlny nevytvára. Prečo je to tak?

Veľmi dobre sa šíria do diaľky. Na rozdiel od elektrického poľa kladného náboja, ktorého intenzita klesá s druhou mocninou vzdialenosti od náboja, klesá intenzita elektrického poľa elektromagnetickej vlny len s prvou mocninou vzdialenosti od náboja. To znamená, že ak sa s prístrojom registrujúcim intenzitu elektrického poľa vzdialime od zrýchľujúceho náboja desať krát ďalej ako sme teraz, klesne intenzita elektrického poľa vlny len desať krát. Nie sto krát, ako by to bolo v prípade poľa obyčajného elektrického náboja v pokoji! Prečo?

Je tu ešte jedna zvláštna vec. Ak sa nachádzame v istej vzdialenosti od kladného elektrického náboja, ktorý je zdrojom elektrického poľa, zistíme, že vektor intenzity elektrického poľa má smer od náboja k nám. Na rozdiel od toho vektor intenzity elektrického poľa vlny je kolmý na smer od náboja k detektoru! Navyše sa s časom mení a smeruje raz hore a raz dole. Na také niečo nie sme zvyknutí. Prečo je kolmý?

Vektor intenzity elektrického poľa vlny má smer kolmý k smeru šírenia sa vlny.

Na tieto otázky budeme hľadať odpovede na nasledujúcich stránkach. Keďže to zďaleka nie sú jednoduché otázky, musíme sa na ne veľmi dobre pripraviť. Túto prípravu začneme hneď na nasledujúcej stránke tým, že si zopakujeme základné fakty o elektrostatickom poli kladného náboja.