Для кращого розуміння різноманітних застосувань електромагнітних хвиль необхідно хоча б коротко ознайомитися з деякими їх властивостями. Сучасне шкільне обладнання дає можливість порівняно легко вивчити на дослідах основні властивості електромагнітних хвиль. Для цього є спеціальний комплект апаратури, який складається з генератора надвисокої частоти (НВЧ), приймача хвиль і ряду допоміжних пристосувань. Не розглядаючи будову генератора, ознайомимося з деякими властивостями електромагнітних хвиль.

Для здійснення напрямленого випромінювання і приймання електромагнітних хвиль використовуються спеціальні рупорні антени прямокутного перерізу.

Встановимо на столі на однаковій висоті генератор і приймач антенами один до одного і доможемось доброї чутності звуку в гучномовці. Помістимо між антенами пластину з діелектрика і зауважимо, що гучність дещо зменшилась. Якщо замінити діелектрик металевою пластиною, то приймання хвиль взагалі припиняється. Це свідчить про те, що хвилі відбиваються провідником. Кут відбивання електромагнітних хвиль, як і хвиль будь-якої іншої природи, дорівнює кутові падіння. В цьому легко переконатися, розмістивши антени під однаковими кутами до металевої пластини F. Звук зникає, якщо забрати пластину або повернути її на деякий інший кут.

Електромагнітні хвилі зазнають заломлення на межі діелектрика. В цьому можна переконатися, помістивши на місце пластини трикутну призму з діелектрика, наприклад, з парафіну. Під час повертання призми спостерігатимемо зникнення й появу звуку.

За допомогою генератора можна спостерігати й найважливіші хвильові явища — інтерференцію і дифракцію електромагнітних хвиль. Інтерференцію, зокрема, можна спостерігати так. Генератор і приймач розміщують один проти одного і потім знизу підносять металеву пластину. При цьому спостерігається почергове послаблення і посилення звуку, що пояснюється інтерференцією двох хвиль, з яких одна поширюється безпосередньо від антени генератора, а друга — після відбивання від пластини.

На досліді можна також переконатися у попередності електромагнітних хвиль. Для цього між генератором і приймачем розміщують решітку з паралельних металевих стержнів. Повертаючи решітку, спостерігають підсилення й послаблення сигналу аж до повної його відсутності. Приймання відсутнє тоді, коли електричний вектор Е падаючої електромагнітної хвилі паралельний стержням. У цьому випадку в стержнях збуджуються струми і решітка відбиває падаючі хвилі подібно до суцільної металевої пластини. Якщо ж вектор перпендикулярний до стержнів, струми не збуджуються в стержнях і електромагнітна хвиля проходить крізь решітку.

Поширення радіохвиль

Коли електромагнітні хвилі використовують для радіозв'язку, то й джерело, і приймач радіохвиль найчастіше розміщують поблизу земної поверхні, її форма й фізичні властивості, а також стан атмосфери дуже впливають на поширення радіохвиль.

Особливо істотно впливають на поширення радіохвиль шари іонізованого газу у верхніх шарах атмосфери на висоті 100-300 км над поверхнею Землі. Ці шари називають іоносферою. Іонізують повітря верхніх шарів атмосфери електромагнітні хвилі і потік заряджених частинок, що їх випромінює Сонце.

Іоносфера, яка проводить електричний струм, відбиває радіохвилі, що мають довжину > 10 м, як звичайна металева пластина. Але здатність іоносфери відбивати і поглинати радіохвилі дуже змінюється залежно від часу доби і пори року[1].

Стійкий радіозв'язок між віддаленими пунктами на земній поверхні, де немає прямої видимості, можливий завдяки відбиванню хвиль від іоносфери й здатності радіохвиль огинати опуклу земну поверхню. Це огинання тим виразніше, чим більша довжина хвилі. Тому радіозв'язок на великих відстанях, коли хвилям доводиться огинати Землю, можливий лише на довжинах хвиль, що значно перевищують 100 м (середні й довгі хвилі)

Короткі хвилі (діапазон довжин хвиль — від 10 до 100 м) поширюються на великі відстані тільки внаслідок багаторазових відбивань від іоносфери й поверхні Землі. Саме за допомогою коротких хвиль можна здійснювати радіозв'язок на будь-яких відстанях між радіостанціями на Землі.

Довгі радіохвилі для цього менш придатні, бо їх більше поглинають поверхневі шари Землі та іоносфера. Проте найбільш надійний радіозв'язок на обмежених відстанях при достатній потужності передавальної радіостанції — на довгих хвилях.

Ультракороткі радіохвилі (<10 м) проникають крізь іоносферу і майже не огинають поверхні Землі. Тому їх-використовують для радіозв'язку між пунктами в межах прямої видимості, а також для зв'язку з космічними кораблями.

Поширення радіохвиль істотно залежить від їх довжини. Короткі хвилі (~10—100 м) багаторазово відбиваються від юно сфери і поверхні Землі. Довгі хвилі (>100 м) «ковзають» по поверхні Землі. Ультракороткі хвилі (< 10 м) проникають крізь іоносферу.

[1] Саме через це радіозв’язок, особливо в діапазоні середніх довжин хвиль (100-1000 м), значно надійніший уночі й у зимовий період.