Treść rozdziału
Widok nocnego nieba, ciepło promieni słońca, opalenizna, rozmowy przez telefon komórkowy i obraz złamania kości utworzony przez promienie Röntgena – wszystko to zawdzięczamy falom elektromagnetycznym. Prawie nie da się przecenić praktycznego wykorzystania tego rodzaju promieniowania – od roli w procesie widzenia, przez niezliczone zastosowania technologiczne, kończąc na jego wspaniałej zdolności do przenoszenia przez próżnię energii słonecznej, co umożliwiło powstanie i podtrzymanie życia na Ziemi.
Istnienie fal elektromagnetycznych zostało przewidziane teoretycznie na długo przed tym, zanim ktokolwiek uświadomił sobie, że ich przejawem może być światło. W połowie XIX wieku James Clerk Maxwell sformułował teorię zespalającą wszystkie znane wtedy efekty magnetyczne i elektryczne. Równania Maxwella (ang. Maxwell’s equations), będące matematycznym podsumowaniem jego teorii, pozwalały zakładać istnienie fal elektromagnetycznych, zdolnych do przemieszczania się z prędkością światła. Teoria ta przewidziała również właściwości tych fal oraz mechanizmy przenoszenia przez nie pędu i energii. Bardzo widowiskowym przykładem działania fal elektromagnetycznych są ogony komet, takich jak kometa McNaughta z Ilustracji 16.1. Energia niesiona przez światło słoneczne ogrzewa kometę, uwalniając z niej pył i gaz. Pęd światła działa na ten pył niewielką siłą, która nadaje ogonowi konkretny kształt – taki jak widać na zdjęciu. Strumień cząsteczek emitowanych przez Słońce, nazywany wiatrem słonecznym, tworzy zazwyczaj dodatkowy, drugi ogon. Szczegółowo zostanie to opisane w tym rozdziale.
W pierwszej kolejności wyjaśnimy teorię Maxwella i pokażemy, jak pozwala ona wnioskować o istnieniu fal elektromagnetycznych. Następnie użyjemy jej do zbadania, czym właściwie są fale elektromagnetyczne, jak są wytwarzane i w jaki sposób przenoszą one energię i pęd. Podsumujemy ten rozdział przedstawiając kilka z wielu praktycznych zastosowań fal elektromagnetycznych.