ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ, взаимосвязанные колебания электрического (Е) и магнитного (Н) полей, составляющих единое электромагнитное поле. Распространение Э. к. происходит в виде электромагнитных волн, скорость к-рых в вакууме равна скорости света с, а длина волны Л связана с периодом Т и частотой ш соотношением: Л = сТ = = 2лс/ш. По своей природе Э. к. представляют собой совокупность фотонов, и только при большом числе фотонов их можно рассматривать как непрерывный процесс.

Различают вынужденные Э. к., поддерживаемые внеш. источниками, и собственные Э. к., существующие и без них. В неограниченном пространстве или в системах с потерями энергии (диссипативных) возможны собственные Э. к. с непрерывным спектром частот. Пространственно огранич. консервативные (без потерь энергии) системы имеют дискретный спектр собственных частот, причём каждой частоте соответствует одно или неск. независимых колебаний (мод). Напр., между двумя отражающими плоскостями, отстоящими друг от друга на расстояние /, возможны только синусоидальные Э. к. с частотами ш_п = = плс/l, где п - целое число. Собств. моды имеют вид синусоидальных стоячих волн, в к-рых колебания векторов Е а Н сдвинуты во времени на Т/4, а пространств, распределения их амплитуд смещены на Я/4, так что максимумы (пучности) Е совпадают с нулями (узлами) Н и наоборот. В таких Э. к. энергия в среднем не переносится в пространстве, но внутри каждого четвертьволнового участка между узлами полей происходит независимая периодич. перекачка электрич. энергии в магнитную и обратно.

Представление Э. к. в виде суперпозиции мод с дискретным или непрерывным спектром допустимо для любой сложной системы проводников и диэлектриков (см. Радиоволновод, Объёмный резонатор, Открытый резонатор), если поля, токи, заряды в них связаны между собой линейными соотношениями. В квазистационарных системах, размеры к-рых значительно меньше длины волны, области, где преобладают электрические или магнитные поля, могут быть пространственно разделены и сосредоточены в отдельных элементах: Е - в ёмкостях С, Н - в индуктивностях L. Типичный пример такой системы с сосредоточенными параметрами - колебательный контур, где происходят колебания зарядов на обкладках конденсаторов и токов в катушках самоиндукции. Э. к. в системах с распределёнными параметрами L и С, имеющие дискретный спектр собственных частот, могут быть представлены как Э. к. в связанных колебат. контурах (электромагнитных осцилляторах), число к-рых равно числу мод.

В средах Э. к. взаимодействуют со свободными и связанными заряж. частицами (электронами, ионами), создавая индуцированные токи. Токи проводимости обусловливают потери энергии и затухание Э. к.; токи, обусловленные поляризацией и намагниченностью среды, определяют значения её диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости, а также скорость распространения в ней электромагнитных волн и спектр собственных частот Э. к. Если индуцированные токи зависят от Е и Н нелинейно, то период, форма и др. характеристики Э. к. зависят от их амплитуд (см. Нелинейные колебания); при этом принцип суперпозиции недействителен, и может происходить перекачка энергии Э. к. от одних частот к другим. На этом основаны принципы работы большинства генераторов, усилителей и преобразователей частоты Э. к. (см. Генерирование электрических колебаний, Автоколебания). Возбуждение Э. к. в устройствах с сосредоточенными параметрами, как правило, осуществляется путем прямого подключения к ним генераторов, в высокочастотных устройствах с распределёнными параметрами - путём возбуждения Э. к. при помощи различных элементов связи (вибраторов, петель связи, рамок, отверстий и др.), в оптич. устройствах - с применением линз, призм, отражающих полупрозрачных зеркал и т. д.

Лит.: Горелик Г. С.,Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; Андронов А. А., В и т т А. А., X а и к и н С. Э., Теория колебаний, 2 изд., М., 1959; Парселл Э., Электричество и магнетизм, пер. с англ., 2 изд., М., 1975 (Берклеевский курс физики, т. 2); Крауфорд Ф., Волны, пер. с англ., 2 изд., М., 1976 (Берклеевский курс физики, т. 3).

М. А. Миллер, Л. А. Островский.