Estoy confundido sobre por qué la velocidad de propagación de cualquier onda EM en CUALQUIER frecuencia es constante en el espacio libre (vacío), pero parece que se dispersan en cualquier otro material, ya que la velocidad de propagación de las ondas EM en otros materiales depende de la ¿frecuencia? ¿Puede alguien darme una buena prueba de este fenómeno con las fórmulas adecuadas?
No voy a pasar por esto con ecuaciones, porque eso requiere aproximadamente un capítulo completo de un libro de texto. Solo daré un bosquejo.
Cuando las ondas electromagnéticas viajan a través de un material, ejercen una fuerza oscilante sobre las partículas cargadas dentro de ese material. Las cargas se mueven en respuesta a esta fuerza, lo que hace que el material esté polarizado . La polarización de cada carga crea un campo eléctrico, que genera su propia onda electromagnética. Las ondas generadas por las cargas en el material están ligeramente desfasadas con respecto a la onda original, por lo que la superposición de la onda original y la nueva generación de ondas es una onda que viaja más lentamente que c .
El cambio en la velocidad de propagación depende de muchos factores, incluido el tipo de portadores de carga presentes en el material y la forma en que están vinculados entre sí. Por ejemplo, habrá electrones que rodean cada núcleo atómico en el material, y también protones dentro de los núcleos atómicos. Dado que las cargas nucleares se asocian con partículas de mayor masa que los electrones, tienden a interactuar de manera diferente. En particular, tienden a polarizarse solo para ondas de frecuencia relativamente baja.
Por lo tanto, a cierta frecuencia, debe haber una transición entre un régimen en el que un modo de polarización particular interactúa con el campo aplicado y donde no lo hace. Esto sucede a lo que llamamos una frecuencia resonancia de la polarizabilidad del material. En la resonancia, normalmente vemos un fuerte cambio en la velocidad de la onda em a través del material. Por debajo de la resonancia, la velocidad comienza a disminuir (lo que llamamos dispersión anómala , porque en otras frecuencias la velocidad tiende a aumentar al aumentar la frecuencia), hasta que solo en la resonancia aumenta dramáticamente, y luego aumenta lentamente hasta que siguiente resonancia.
Entonces, debido a todo esto, la velocidad de propagación de una onda em depende del material por el que se propaga y de su frecuencia, ya que diferentes comportamientos de polarización se excitarán en diferentes frecuencias.
Para la versión completa, consulte cualquier libro de texto de física de primer año destinado a estudiantes de ciencias e ingeniería, o comience con el artículo de Wikipedia en permitividad .
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