взаимосвязанные
колебания электрического (
Е) и магнитного (
Н) полей, составляющих единое
Электромагнитное поле. Распространение Э. к. происходит в виде электромагнитных волн (См.
Электромагнитные волны)
, скорость которых в вакууме равна скорости света
с, а длина волны λ связана с периодом
Т и частотой ω соотношением: λ
= cT = 2π
с/ω
. 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 внешними 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 ограниченные консервативные (без потерь энергии) системы имеют дискретный спектр собственных частот, причём каждой частоте соответствует одно или несколько независимых колебаний (мод (См.
Мода))
. Например, между двумя отражающими плоскостями, отстоящими друг от друга на расстояние λ, возможны только синусоидальные Э. к. с частотами ω
n = пπ
с/l, где
п - целое число. Собственно моды имеют вид синусоидальных стоячих волн (См.
Стоячие волны)
, в которых
колебания векторов
Е и
Н сдвинуты во времени на
T/4, а пространственные распределения их амплитуд смещены на λ/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 периодическая перекачка электрической 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 которых 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 колебательных контурах (электромагнитных осцилляторах), число которых равно числу мод.
В средах Э. к. взаимодействуют со свободными и связанными заряженными 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 (См.
Диэлектрическая проницаемость) и магнитной проницаемости (См.
Магнитная проницаемость)
, 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 другие 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 оптических 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, Витт А. А., Хайкин 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.