전자기파

(1)

전자기파

1. 전자기파의 발생기구에 따른 분류

•

장파, 라디오파 (방송파): LC회로 (Maxwell 고전 전자기

이론)

• 가시광, x선, 감마선 : 원자 또는 핵 (양자물리학

이론)

p. 1109

(2)

Department of Physics

빛

전자기파; electromagnetic wave ^{p. 1108}

(3)

2. 방송파의 발생과 전파

EM fields at Plooking back toward LC oscillator

1

  LC

( ) q t

( )

 q t

( )

0

sin( ) q t  Q  t

0

0 2

( ) cos( ) sin(

( , ), ( , )

)

i t Q t

E r r

t

B t I

t



 







  

(4)

3. 전자기파의 특성

• 전파속력:

• 전자기장 벡터

1. 방향:

2. 위상: E와 B는 조화진동하며 3. 진폭:

0 0

299, 792, 458

1 [m/s]

c ^   ^

( )

( ) / /

  



E B E B

전자기파

전파방향 는 횡파 전파방향

m m

( , )

( , ) sin( )

sin( );

/ =1/

E x t E kx t

B

B x t B kx t E c





m



m

=

•

변위전류 생성

->

자기장 유도

•

전기장 유도

(5)

(6)

KBS1-Busan ~ 891kHz

KBS1-Busan 송신탑 높이~ 84m

890 8 3

3 10 m/s 891 10 Hz 337m c

  f  ^ 



/ 4 84 m

 

(7)

(8)

Fa rada

: y

d B

E ds     

dt^

∮ 유도법칙

amplitu de ratio cos( )

cos( )

^m

:

m

E x m B

m E

B t

k

k E kx t

B kx t

 c



 



 









Traveling EM Wave

1. ( ) -

2. ( )(

_dt^d

)

^dB_dt

dE dB

dx dt

E B

x t

E dE h Eh hdE B h d

lhs

r hs x hdx

 

  

   

    



( , ) sin( )

B x t = B _m kx   t

전기장을 유도

p. 1112

(9)

0 0 ^d_dt^E

: Maxwell B ds      

^

∮ 유도법칙

0 0 0

0 0

0

0 0

1 1

( / )

c= 1

cos( )

c

wave spe

os( )

: ( e d )

m m

E B B

x m E

t m

k c

k B kx t

E kx t

     c

 



   



 

  

  



0 0 0 0

1. ( )

2. ( )( ) -

d dE

dt dt

dB dE

dx dt

B E

x t

B dB h Bh hdB E h d

lhs

rhs   x   hdx

 

^_

 

^_

     

 



  



자기장을 유도

( , ) sin( )

E x t = E _m kx   t

Speed of light is independent of the speed of an observer !!!

0 0

1 1

4 4

E E

k  k

 

  

0

1 1

4 4

M

k k



  

  

2

8

9 2

7

8.99 10 N m /C = 10 T m/[C/sec]

3 10 m/sec

E M

c k

k

^

 

 

 

(10)

Mathematical Description of Travelling EM Waves

 

m

sin

E  E kx   t

 

m

sin

B  B kx   t

Wave Speed:

0 0

c 1

  

Wavenumber: 2

k 

 

Angular frequency:  2 

 

Vacuum Permittivity: 

₀

Vacuum Permeability: 

₀

All EM waves travel at c in vacuum

Magnitude Ratio:  

 

E t c B t 

Amplitude Ratio:

^m

m

E c

B 

(11)

0

1

2

: Poynting vector / W

[ /m ] Energy time Power

S area ar a

S E

e



B

   

        

 



  

순간 순간

파원까지의 거리에 따른 세기 변화:

*

전자기파에 실려서 옮겨지는 에너지 흐름율과 흐름방향을 나타냄

에너지 수송과 포인팅벡터

2 2

2 0 0

0 0

2

0 0

1

2

2 2

2

1 [ ]

2

B E

E c c B

S B

c

E e c E

= = =

e

m +

m m =

= m

p. 1116

2 2 2

0 0

1 1 1

sin ( )

m

2

m

I S E kx t E

c  c

 

   

(12)

F p

t

 



운동량

power energy/time area area

U t

I A

 

  

, 세기

p U

c



_운동량

 



=

p

U U

Fc

P F c

t

 

v t



t

 

 

  

  _운동량

(= ,일률)

U  IA t

  

EM waves have linear momentum as well as energy  light can exert pressure

Radiation Pressure,복사압력

U IA

p t

c c



_운동량

   

^{: 복사 에너지가}

 U

만큼 완전흡수 되는 경우

(13)

Radiation Pressure; 복사압력

2 rms 0

rad

total absorption;

:

for

R

* ADIATION PRESSURE (

for back

tota l r eflect io alo ng the p

) 1

2 at

n h

p

p I I S E

c p

F

c

c A

I

 



  

(

Please read pp. 1095-1097 by yourself.)

of an object thru radiati

momentum gain on absorption



U I A

p t

c c



_{운 동 량}

   

: 복사 에너지가

 U

만큼 완전흡수 되는 경우

incident

S





p

incident

S



reflected

S





p

p. 1119

(14)

(15)

EM waves have linear momentum as well as energy  light can exert pressure

Radiation Pressure,복사압력

Jet Propulsion Laboratory's

incredible video

(16)

편광; Polarization

정의

p. 1121

(17)

코사인 규칙

편광기

검광기

(18)

• 편광방향이 같은 경우 (모두 수직임)

• 편광방향이 직교하는 경우

(19)

반사(reflection)와 굴절(refraction) p. 1126

(20)

Reflection Refraction

1

'

1

  

2

sin

2 1

sin

1

n   n 

Snell’s law

(21)

(22)

For light going from n ₁ to n _2,

• n ₂ = n ₁ _  ₂ ⁼  ₁

• n ₂ > n ₁ _  ₂ ^<  ₁ , light bent towards normal

• n ₂ < n ₁ _  ₂ ^>  ₁ , light bent away from normal

2

sin

2 1

sin

1

n   n 

(23)

(dispersion)

(24)

Chromatic Dispersion(색의 분산)

prism

or bad

(e.g., chromatic aberration in lenses)

lens

Chromatic dispersion can be good (e.g., used to analyze wavelength composition of light)

(25)

p. 1128 ^보기문제

(26)

전반사; Total Reflection p. 1132

(27)

(28)

1. Brewster Reflection

반사광선과 굴절광선이 90도를 이루면, 편광 방향이 입사평면에 대하여 나란한 빛은 전혀 반사되지 않는 현상. 이때 반사광의 편광 방향은 입사평면에 수직임.

반사를 통한 편광

(Brewster angle)

전자기파

전자기파

•

이론)

이론)

p. 1109

빛

전자기파; electromagnetic wave p. 1108

( ) q t

( )

 q t

( )

sin( ) q t  Q  t

( ) cos( ) sin(

( , ), ( , )

)

i t Q t

E r r

t

B t I

t

 









  

• 전파속력:

• 전자기장 벡터

1. 방향:

2. 위상: E와 B는 조화진동하며 3. 진폭:

299, 792, 458

1 [m/s]

c    

E B E B

( , )

( , ) sin( )

sin( );

/ =1/

E x t E kx t

B

B x t B kx t E c









=

=

•

->

•

KBS1-Busan ~ 891kHz

KBS1-Busan 송신탑 높이~ 84m

890

8 3

3 10 m/s 891 10 Hz 337m c

  f   



/ 4 84 m

 

Fa rada

: y

E ds     

∮ 유도법칙

amplitu de ratio cos( )

cos( )

:

E x m B

m E

B t

k

k E kx t

B kx t

 c



 

 

 





전자기파; electromagnetic wave ^{p. 1108}

c ^   ^

  f  ^ 

B x t = B _m kx   t

E x t = E _m kx   t