Электромагнитное поле и электромагнитные волны. Скорость электромагнитных волн.
|
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.
|
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.
|
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 ). Вблизи заряда электрическое и магнитное поля изменяются со сдвигом фаз π/2.
|
|
На большом расстоянии от заряда электрические и магнитные поля изменяются синфазно.
|
Электромагнитная волна поперечна. Направление скорости электромагнитной волны совпадает с направлением движения правого винта при повороте ручки буравчика вектора к вектору .
|
|
Энергия электромагнитных волн.
| |
Максвелл теоретически рассчитал энергию и скорость электромагнитных волн.
Таким образом, энергия волны прямо пропорциональна четвертой степени частоты. Значит, чтобы легче зафиксировать волну, необходимо, чтобы она была высокой частоты.
|
|
Электромагнитные волны были открыты Г. Герцем (1887 г.).
Закрытый колебательный контур электромагнитных волн не излучает: вся энергия электрического поля конденсатора переходит в энергию магнитного поля катушки. 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.
|
|
Если параллельно излучателю расположить такой же проводник (антенну), то заряды в нем придут в колебательное движение и между кондукторами 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 .
c – скорость электромагнитной волны в вакууме
ε0 – электрическая постоянная
μ0 – магнитная постоянная
Если волна распространяется в какой-либо среде, то - скорость электромагнитных волн (скорость света в различных средах различна).
ε – диэлектрическая проницаемость среды
μ – магнитная проницаемость среды
Величина , показывающая во сколько
раз скорость света в вакууме больше скорости света в данном веществе, называется абсолютным показателем преломления.
|
|
| | |