Η πιο σημαντική εξέλιξη του 19ου αιώνα στη μελέτη παραγωγής και διάδοσης του φωτός υπήρξε το έργο του Maxwell, ο οποίος το 1873 διατύπωσε τη θεωρία της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή, το φως είναι εγκάρσια ηλεκτρομαγνητικά κύματα, τα οποία ξεκινούν από τη φωτεινή πηγή και διαδίδονται προς όλες τις κατευθύνσεις.
Ο Maxwell απέδειξε ότι, όταν ένα ηλεκτρικό φορτίο ταλαντώνεται, παράγει ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα αποτελείται από ένα ηλεκτρικό και ένα μαγνητικό κύμα. Δηλαδή είναι ένα πεδίο με δύο χαρακτηριστικά, την ένταση ε του ηλεκτρικού πεδίου και την ένταση Β του μαγνητικού πεδίου, των οποίων τα διανύσματα είναι κάθετα μεταξύ τους και μεταβάλλονται από θέση σε θέση και από στιγμή σε στιγμή. Γι' αυτό το λόγο χαρακτηρίζονται ως δύο τοπικά και χρονικά μεταβαλλόμενα μεγέθη (ε και Β). Οι εντάσεις των πεδίων ε και Β παίρνουν ταυτόχρονα τη μέγιστη και ελάχιστη τιμή, δηλαδή έχουν την ίδια φάση και διαδίδονται με την ίδια ταχύτητα c .

maxwell.png

Οι συνηθισμένες πηγές ορατού φωτός δίνουν τέτοιες συχνότητες (ή μήκη κύματος) ηλεκτρομαγνητικοί κυμάτων, ώστε να γίνονται αντιληπτά από το μάτι. Το μήκος κύματος των κυμάτων αυτών κυμαίνεται από 400nm έως και 700nm περίπου.
Tην ορθότητα της θεωρίας του Maxwell απέδειξε πειραματικά ο Hertz (Χερτς) το 1887, ο οποίος παρήγαγε, μέσω ταχέων ηλεκτρικών ταλαντώσεων, κύματα της ίδιας φύσης με αυτήν του φωτός αλλά με μικρότερη συχνότητα.
Η ταχύτητα διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος (c), η συχνότητα (f) και το μήκος κύματος (λ) συνδέονται με τη σχέση c=λ ·f η οποία ονομάζεται θεμελιώδης εξίσωση της κυματικής.

c=λ ·f Θεμελιώδης εξίσωση της κυματικής
HM_KYMATA.png


Η Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι εκπομπή στον χώρο ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας υπό μορφή κυμάτων που ονομάζονται ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι συγχρονισμένα ταλαντούμενα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία τα οποία ταλαντώνονται σε κάθετα επίπεδα μεταξύ τους και κάθετα προς την διεύθυνση διάδοσης. Διαδίδονται στο κενό με ταχύτητα ίση με την ταχύτητα του φωτός (c=299.792.458 m/s) αλλά και μέσα στην ύλη με ταχύτητα λίγο μικρότερη απ' την ταχύτητα του φωτός.
Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα παράγονται από επιταχυνόμενα ηλεκτρικά φορτία. Δημιουργούνται επίσης όταν ένα ηλεκτρόνιο κάποιου ατόμου χάνει μέρος της ενέργειάς του και μεταπίπτει σε χαμηλότερη τροχιά ή ενεργειακή στάθμη κοντά στον πυρήνα. Αυτό έχει ως συνέπεια να δημιουργηθεί μια ταλάντωση που διαδίδεται πλέον στο χώρο με τη μορφή ενός ταυτόχρονα ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου. Τα δύο αυτά πεδία είναι, αφενός μεν, κάθετα μεταξύ τους, αφετέρου και κάθετα με τη διεύθυνση διάδοσης του παραγόμενου κύματος, του λεγόμενου ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Όταν το ηλεκτρομαγνητικό κύμα προσκρούσει σε κάποιο άτομο τα δύο συνδυαζόμενα αυτού πεδία μπορούν να προσφέρουν μεταφερόμενη ενέργεια σε ένα ηλεκτρόνιο με αποτέλεσμα να το εξαναγκάσουν να μεταπηδήσει αυτό σε ανώτερη ενεργειακή στάθμη.


Ηλεκτρισμός και επικοινωνία
Η εποχή μας χαρακτηρίζεται εποχή της πληροφορίας. Τεράστιος αριθμός πληροφοριών μεταφέρονται από τον πομπό στον δέκτη με καλώδια χαλκού μέσω των ηλεκτομαγνητικών κυμάτων.

Το ηλεκτρικό ρεύμα μετατρέπεται σε ηλεκτρομαγνητικό κύμα στην κεραία που κινούμενο με την ταχύτητα του φωτός φτάνει στον δέκτη για να μετατράπει πάλι σε ρεύμα και στην συνέχεια σε ήχο και εικόνα. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που χρησιμοποιούνται στην κινητή τηλεφωνία ανήκουν στη μη-ιονίζουσα ακτινοβολία και εντάσσονται στην ίδια κατηγορία με τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση ραδιοφωνικών και τηλεοπτικών σημάτων!



Ήχος και τηλεπικοινωνία
Με ένα μικρόφωνο ένας ήχος μπορεί να μας δώσει μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό ρεύμα. Οι διακυμάνσεις του μικροφωνικού ρεύματος εξαρτώνται από τον ήχο όταν φτάνει στο μικρόφωνο. Στη συνέχεια υψίσυχνο αρμονικό ρεύμα παράγεται από τον πομπό με ορισμένη συχνότητα. Στο υψίσυχνο ρεύμα προστίθεται το μικροφωνικό ρεύμα. Το ρεύμα το οποίο προκύπτει αφού ενισχυθεί οδηγείτε στην κεραία εκπομπής που εκπέμπει ηλεκτρομαγνυτικό κύμα της ίδιας μορφής.

.
Κινητά τηλέφωνα και ηλεκτρομαγνητικά κύματα
Το κινητό τηλέφωνο είναι μια συσκευή χαμηλής εκπομπής και λήψης ραδιοκυμάτων, που επικοινωνεί με τις κεραίες κινητής τηλεφωνίας προκειμένου να είναι εφικτή η επικοινωνία μας (πραγματοποίηση τηλεφωνικών κλήσεων).Η μέγιστη ισχύς των σύγχρονων κινητών τηλεφώνων είναι 0.25 Watt. Όμως κατά τη διάρκεια μιας κλήσης τα κινητά τηλέφωνα έχουν τη δυνατότητα να αυξομειώνουν αυτόματα την ισχύ τους ανάλογα με το σήμα που λαμβάνουν. Όταν δηλαδή ένα κινητό τηλέφωνο βρίσκεται κοντά σε μια κεραία κινητής τηλεφωνίας, τότε έχει κατά κανόνα καλό σήμα και λειτουργεί με πολύ χαμηλότερη από τη μέγιστη ισχύ του.