Bài giảng Điện động lực học - Chương 7: Lý thuyết bức xạ sóng điện từ

Lý thuyết bức xạ sóng điện từ là một trong những nền tảng cốt lõi của vật lý hiện đại và kỹ thuật điện tử, đóng vai trò then chốt trong việc hiểu và ứng dụng các hiện tượng liên quan đến truyền thông, quang học và năng lượng. Để nghiên cứu sâu sắc hiện tượng này, việc xem xét đầy đủ hệ phương trình Maxwell là không thể thiếu, đặc biệt khi giải thích nguyên nhân phát sinh ra trường điện từ bức xạ. Phần này sẽ giới thiệu bối cảnh cần thiết để đi sâu vào các khái niệm về trường điện từ bức xạ, đồng thời đặt nền móng cho việc sử dụng các thế vô hướng và thế véc-tơ trong mô tả các trường điện từ thay đổi theo không gian và thời gian.

Sinh viên vật lý, kỹ thuật điện, điện tử viễn thông ở cấp độ đại học và sau đại học, cũng như các nhà nghiên cứu quan tâm đến lý thuyết điện từ và bức xạ.

Nghiên cứu về bức xạ sóng điện từ bắt đầu bằng việc mở rộng hệ phương trình Maxwell để bao gồm các nguồn trường. Tài liệu này giới thiệu khái niệm trường điện từ bức xạ và giải thích cách sử dụng thế vô hướng (φ) và thế véc-tơ (A) để đơn giản hóa việc giải các phương trình Maxwell. Các thế này được định nghĩa thông qua các điều kiện gauge (cụ thể là điều kiện Lorentz gauge) để đảm bảo tính duy nhất và thuận tiện trong tính toán. Tiếp theo, tài liệu trình bày cách xây dựng các phương trình sóng cho cả thế vô hướng và thế véc-tơ trong môi trường đồng chất. Những phương trình này có dạng tương tự nhau, với vế phải chứa các nguồn gây ra trường. Đặc biệt, nó tập trung vào việc giải phương trình sóng cho trường hợp đơn giản của một điện tích điểm thay đổi theo thời gian, dẫn đến việc giới thiệu khái niệm thế trễ. Thế trễ là một phương pháp quan trọng để giải quyết các bài toán bức xạ, vì nó tính đến sự lan truyền của tín hiệu với một tốc độ hữu hạn, phản ánh bản chất của sóng điện từ. Nội dung này cung cấp một khuôn khổ toán học vững chắc để phân tích các hệ thống bức xạ điện từ, từ đó có giá trị ứng dụng trong thiết kế anten, nghiên cứu truyền sóng và các lĩnh vực liên quan đến điện động lực học.