Электромагнитное поле. Электромагнитные волны и их свойства

1. Электромагнитное поле.

• Теорию электромагнитного поля создал английский физик Джеймс Максвелл. В 1864 г в статье «Динамическая теория поля» он впервые сумел объединить и единым образом описать электрические и магнитные явления.

• Итак, в каждой точке пространства электрическое поле создается изменяющимся магнитным полем, и наоборот, магнитное поле создается изменяющимся электрическим полем. Эти процессы “самодостаточны”, т.е. для своего протекания не нуждаются в присутствии зарядов и токов. Совокупность этих полей называется электромагнитным полем.

• В любой точке пространства вектор напряженности электрического поля и вектор магнитной индукции взаимно перпендикулярны.

• Электромагнитное поле материально, т.е. существует независимо от нас.

• Плотность энергии электрического поля и плотность энергии магнитного поля в любой момент времени равны между собой.

• Объемная плотность энергии электромагнитного поля:

2. Электромагнитные волны.

Согласно идеям Максвелла однажды начавшийся в некоторой точке процесс изменения электромагнитного поля будет захватывать все новые и новые области окружающего пространства.

• Процесс распространения электромагнитного поля в пространстве называется электромагнитной волной.

• Скорость распространения электромагнитной волны в веществе равна: - электрическая постоянная. - магнитная постоянная.

-диэлектрическая проницаемость вещества. - магнитная проницаемость вещества.

• Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме:

• Электромагнитные волны - поперечные: вектор магнитной индукции и вектор напряженности электрического поля перпендикулярны друг к другу и к направлению вектора скорости

• Интенсивность электромагнитной волны: равна энергии переносимой электромагнитной волной через поверхность единичной площади за единицу времени.

• - связь интенсивности э-м волны, объемной плотности энергии э-м поля и скорости распространения электромагнитной волны.

• Амплитуда колебаний вектора напряженности электрического поля и амплитуда колебаний вектора магнитной индукции пропорциональна квадрату круговой частоты.

• Интенсивность электромагнитной волны пропорциональна круговой частоте в четвертой степени.

- длина электромагнитной волны.

3. Излучение электромагнитных волн.

• Источником электромагнитных волн является ускоренно движущиеся электрические заряды.

• В колебательном контуре электрические заряды совершают колебательное движение, которое всегда является ускоренным. Следовательно колебательный контур должен излучать электромагнитные волны.

• Но обычный колебательный контур практически не излучает электромагнитные волны, является закрытым контуром по двум причинам:

1-я причина: частота колебаний очень мала, а следовательно и интенсивность излучения.

2-я причина: электрическое и магнитное поле сконцентрированы в малой области пространства и экранированы.

Чтобы перейти к открытому колебательному контуру надо уменьшить емкость и индуктивность:. Из формул емкости и индуктивности следует, что для этого необходимо увеличить расстояние между обкладками, уменьшить площадь обкладок и число витков катушки, т.е. взять отрезок прямого провода - открытый колебательный контур ( вибратор Герца)

• Опыты Герца.

Высоковольтный источник тока. Газоразрядная трубка.

Впервые эти опыты осуществил в 1888 г. немецкий физик Генрих Герц. Волны излучал диполь, состоящий из двух стержней, присоединенных к индукционной катушке. При проскакивании искры в системе возникали свободные э-м колебания с частотой 510⁸Гц. Диполь излучал волны длиной =0,6 м.

Экспериментальное открытие э- м волн подтвердило теорию э-м поля Максвелла.

• В общем случае источником э-м излучения являются переменные токи, заряженные частицы, движущиеся в электромагнитных полях с переменной скоростью

• В радиотехнических устройствах используются передающие антенны- системы проводников с переменными токами.

• Электромагнитные волны создаются любым радиоэлектронным прибором ( телефоном, телевизором, компьютером и т.д.) и могут быть обнаружены на расстоянии до нескольких сот метров.

4. Свойства электромагнитных волн.

У электромагнитных волн, как и всех других видов волн, независимо от их природы обнаруживаются следующие свойства:

• Поглощение (прохождение);

Проходят сквозь стекло, бумагу, дерево, пластмассы и т.п. Непрозрачны для металлов. Сильно поглощаются в воде.

• Дифракция;

• Интерференция;

• Отражение;

• Преломление;

• Поляризация;

• Наблюдается эффект Доплера.

4. Электромагнитная природа света.

Из теории электромагнитного поля Максвеллом был сделан вывод, что свет – это электромагнитная волна, что в дальнейшем было подтверждено на опытах.