Az elektromágneses hullám az elektromágneses sugárzás ábrázolására használt modell .
Célszerű egyértelműen megkülönböztetni: az elektromágneses sugárzást, amely a vizsgált jelenség, és az elektromágneses hullámot, amely a jelenség egyik reprezentációja. Egy másik ábrázolás - kvantum (vagy részecske ) - figyelembe veszi a foton létezését .
A fényhullám olyan elektromágneses hullám, amelynek hullámhossza megfelel a látható spektrumnak , vagy megközelítőleg a 400 és 800 nm közötti hullámhossznak felel meg, amely 1,5–3 eV fotonenergiának felel meg . Az elektromágneses hullámok keresztirányú hullámok .
A fény hullámelméletét főleg Christian Huygens dolgozta ki az 1670-es években , majd Augustin Fresnel . Akkoriban ellenezte a korpuszkuláris elméletet, amelyet főként Isaac Newton védett . Huygens főleg a visszaverődés és a fénytörés törvényein dolgozott , Fresnel nevezetesen kifejlesztette az interferencia és a hullámhossz fogalmát . A fény hullámként való felfogása arra késztette a fizikusokat, hogy képzeljék el a terjedési közeget, az étert .
A nagy elméleti előre volt szintézisét jogszabályok elektromágnesesség által James Clerk Maxwell , az egyenletek megjósolta elektromágneses hullámok létezését, és azok sebességét , így a hipotézist, hogy a fény elektromágneses hullám.
A rádióhullámok , alacsony frekvenciájú és nagy hullámhosszú, fedezték fel a végén a XIX E század a munka különösen Alexandre Popov , Heinrich Hertz , Édouard Branly és Nikola Tesla . Az X-sugarakkal , nagyfrekvenciájú és alacsony hullámhosszú, fedezte fel Wilhelm Röntgen a 1895 .
A fekete test sugárzásának problémáját Max Planck oldotta meg 1901-ben, az Albert Einstein által 1905-ben kifejtett állandó és megszakítások bevezetésével a fotoelektromos hatásról szóló munkájában , egy energetikai kvantum létezésének javaslatával. Ez quanta az előfeltétele a foton modell szintézise a hullám és a részecske megközelíti a fény, így az ötlet egy általánosítás minden számít: a kvantummechanika .
Elektromágneses hullámokat (elektromos és mágneses mezők zavarai) gyorsított töltött részecskék hoznak létre.
Az elektromágneses hullám a kapcsolódó elektromos mező és a B mágneses mező terjedése egymásra és a terjedési irányra merőlegesen.
Mint minden hullám , az elektromágneses hullám is spektrális elemzéssel elemezhető ; a hullám úgynevezett „monokromatikus” hullámokra bontható (lásd még: Sík hullámspektrum ).
Egy monokromatikus elektromágneses hullám modellezhető egy rezgő elektrosztatikus dipólussal , ez a modell megfelelően tükrözi például a Rayleigh-szórásban részt vevő atom elektronfelhőjének rezgéseit (az elasztikusan kötött elektron modellje).
Az elektromos és mágneses mezők variációit Maxwell egyenletei kapcsolják össze , így a hullámot csak ezen mezők egyikével, általában az elektromos mezővel tudjuk ábrázolni .
Ezután meg lehet írni a monokromatikus síkhullám általános egyenletét :
vagy
A komplex jelölést gyakran használják :
Ebben az esetben megkapja a valós fizikai mennyiségeket, azáltal, hogy ennek a komplex formának a valós részét átveszi. Vegye figyelembe, hogy ebben a kifejezésben . A komplex jelölés, a számítás tiszta mesterségének használata az esetek többségében a műveletek jelentős egyszerűsítését célozza.
A polarizáció megfelel az elektromos tér irányának és amplitúdójának . A nem polarizált vagy természetes hullám ugyanis véletlenszerű és kiszámíthatatlan módon forog tengelye körül az idő múlásával. A hullám polarizálása megfelel az elektromos mező meghatározott pályájának megadásának. Többféle polarizáció létezik:
Az elektromágneses hullám fogalma kiegészíti a fotonét . Valójában a hullám relevánsabb leírást ad a sugárzásról olyan alacsony frekvenciákon (azaz hosszú hullámhosszakon), mint a rádióhullámok.
A valóságban az elektromágneses hullám két dolgot képvisel:
Ha az energiaáramlás nagy a fotonok energiájához képest, akkor figyelembe vehetjük, hogy kvázi folytonos fotonáramlás van, és a két fogalom átfedésben van. Ez már nem igaz, ha az energiaáramlás gyenge (a fotonokat egyenként küldik), akkor a „makroszkopikus variáció” (átlag) fogalmának már nincs értelme.
A energia áramlása által adott Poynting vektorral . Mindegyik foton van egy meghatározott mennyiségű energiát, egyenlő , ahol a Planck-állandó és gyakorisága. Így kiszámíthatjuk a fotonok áramlását egy felületen.