elektromagnetiske bølger

Elektromagnetiske bølger er bølger, som udsendes af accelererede elektriske ladninger, fx en oscillerende strøm i en radiosenders antenne. Elektromagnetiske bølger opstår desuden ved atomare processer, fx når elektroner i atomer og molekyler kvantemekanisk springer fra ét energiniveau til ét med lavere energi.

Bølgen består af tidsvarierende elektriske og magnetiske felter, som udbreder sig frit i rummet eller indesluttet i en bølgeleder, fx et koaksialkabel eller en optisk fiber. I dagligdagen er vi omgivet af elektromagnetiske bølger fra fx mobiltelefoner, tv-sendere, satellitter og Solen. Det elektromagnetiske spektrum omfatter bl.a. radiobølger, mikrobølger, varmestråling, synligt lys, røntgenstråling og gammastråling.

En elektromagnetisk bølge kan transportere energi over store afstande. Ved fri udbredelse vil den langt fra kilden være en kuglebølge, der ofte i praksis kan tilnærmes med en simpel plan bølge. Som ved andre harmoniske bølger defineres bølgelængden λ som afstanden målt i udbredelsesretningen mellem to på hinanden følgende punkter med samme fase (fx to bølgetoppe). Frekvensen ν er det reciprokke af periodetiden.

De fleste elektromagnetiske bølger er transversale, dvs. det elektriske felt svinger vinkelret på det magnetiske felt, og begge står vinkelret på udbredelsesretningen, således at de tre retninger danner et sædvanligt højrehånds-koordinatsystem. Felterne er gensidigt koblede og svinger i samme indbyrdes fase. Et givet punkt på bølgen bevæger sig med fasehastigheden c, som afhænger af bølgetypen og af det medium, hvori bølgen befinder sig. Sammenhængen (λν = c) mellem bølgelængden, frekvensen og fasehastigheden kaldes dispersionsrelationen. I vakuum er elektromagnetiske bølgers største udbredelseshastighed 299.792.458 m/s, dvs. næsten 300.000km/s, som er en fundamental konstant i SI-enhedssystemet.

For at sende information vha. en elektromagnetisk bølge modulerer man dens amplitude, frekvens eller fase (se modulation). Det modulerede signal bevæger sig med den såkaldte gruppehastighed, som ofte er mindre end fasehastigheden. Radio-, mikro- og lysbølger udsendes med horisontal, vertikal eller cirkulær polarisation, dvs. det elektriske felt svinger i hhv. vandret retning, lodret retning eller med lige store komponenter i begge retninger. Brydning, refleksion, diffraktion, dispersion og dissipation påvirker bølgens form og udbredelsesretning og kan herved forstyrre kommunikationen mellem sender og modtager. For at modtage kraftigst signal skal modtageantennen udformes, så den passer til bølgens udbredelsesretning, bølgelængde og polarisation.