Электромагнитные волны

Электромагнитные волны.

М. Фарадей ввел понятие поля:

  • вокруг покоящегося заряда возникает электростатическое поле,
  • вокруг движущихся зарядов (тока) возникает магнитное поле.

 

В 1830 г. М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции: при изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле.

Переменное магнитное поле создает вихревое электриче­ское поле.

Переменное магнитное поле создает вихревое электриче­ское поле

В 1862 г. Д.К. Максвелл выдвинул гипотезу: при изменении электрического поля возникает вихревое магнитное поле.

Возникла идея о едином электромагнитном поле.

Переменное электрическое поле создает вихревое магнитное поле.

Переменное электрическое поле создает вихревое магнитное поле

Электромагнитное поле - это особая форма материи - совокупность электрических и магнитных полей. Переменные электрические и магнитные поля существуют од­новременно и образуют единое электромагнитное поле. Оно материально:

  • проявляет себя в действии как на покоящиеся, так и на движущиеся заряды;
  • распространяется с большой, но конечной скоростью;
  • существует независимо от нашей воли и желаний.

 

При скорости заряда, равной нулю, существует только элект­рическое поле. При постоянной скорости заряда возникает электромаг­нитное поле.

При ускоренном движении заряда происходит излучение электромагнитной волны, кото­рая распространяется в про­странстве с конечной скоро­стью.

Разработка идеи электромагнитных волн принадлежит Максвеллу, но уже Фарадей догадывался об их существовании, хотя побоялся опубликовать работу (она была прочитана более чем через 100 лет после его смерти).

Главное условие возникновения электромагнитной волны — ускоренное движение электрических зарядов.

Электромагнитная волна – распространяющееся в пространстве электромагнитное поле

(колебания векторов колебания векторов). Вблизи заряда электрическое и магнитное поля изменяются со сдвигом фаз π/2.

Электромагнитная волна

Электромагнитная волна

На большом расстоянии от заряда электрическое и магнитные поля изменяются синфазно.

Электромагнитная волна поперечна

Электромагнитная волна поперечнаНаправление скорости электромагнитной волны совпадает с направлением движения правого винта при повороте ручки буравчика вектора  к вектору .

Электромагнитная волна поперечна

Причем в электромагнитной волне выполняется соотношение Причем в электромагнитной волне выполняется соотношение, где  с – скорость света в вакууме.

Причем в электромагнитной волне выполняется соотношение

Энергия электромагнитных волн.

Максвелл теоретически рассчитал энергию и скорость электромагнитных волн.

Энергия электромагнитных волн Таким образом, энергия волны прямо пропорциональна четвертой степени частоты. Значит, чтобы легче зафиксировать волну, необходимо, чтобы она была высокой частоты.

энергия волны прямо пропорциональна четвертой степени частоты

Электромагнитные волны были открыты Г. Герцем (1887).

Закрытый колебательный контур электромагнитных волн не из­лучает: вся энергия электрического поля конденсатора переходит в энергию магнитного поля катушки. Частота колебаний определяется параметрами колебательного контура: Частота колебаний определяется параметрами колебательного контура.

Для увеличения частоты необходимо уменьшить L и C, т.е. развернуть катушку до прямого провода и, т.к. , уменьшить площадь пластин и развести их на максимальное расстояние. Отсюда видно, что мы получим, по существу, прямой проводник.

 

Такой прибор называется вибратором Герца. Середина разрезается и подсоединяется к высокочастотному трансформатору. Между концами проводов, на которых закрепляются маленькие шаровые кондукторы, проскакивает электрическая искра, которая и является источником электромагнитной волны. Волна распространяется так, что вектор напряженности электрического поля колеблется в плоскости, в которой расположен проводник.

Такой прибор называется вибратором Герца

Если параллельно излучателю расположить такой же проводник (антенну), то заряды в нем придут в колебательное движение и между кондуктора проскакивают слабые искры.

Герц обнаружил электромагнитные волны на опыте и измерил их скорость, которая совпала с рассчитанной Максвеллом  и равной с=3.108м/с.

 

Согласно теории Максвелла Согласно теории Максвелла. Если волна распространяется в какой-либо среде, то  волна распространяется в какой-либо среде- скорость электромагнитных волн (скорость света в различных средах различна). Величина абсолютный показатель преломления, показывающая во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данном веществе, называется абсолютным показателем преломления.

Согласно теории Максвелла

волна распространяется в какой-либо среде

абсолютный показатель преломления

Теги: