19.08.2016, 15:37:31
Войти Зарегистрироваться
Авторизация на сайте

Ваш логин:

Ваш пароль:

Забыли пароль?

Навигация
Новости
Поход в Холодный Яр

Если вы ищете, чем заняться в выходные, любите походы и природу Украины, то вероятно вам понравится поход. Поход в Холодный Яр, если точнее. Холодный

Увлекательный тур пешком по Карпатам

Украина самая большая страна Европы с неплохой инфраструктурой и разнообразием ландшафта. Здесь действительно есть, что посмотреть, от памятников славянской старины до изумительных природных красот.

Бизнес план кредитного потребительского
Финансовый рынок нашей страны довольно развит, что в общем-то характерно для государств всего мира с развитыми или развивающимися экономики. Но потребности в финансовых услугах все равно, в значительной

Бизнес онлайн от сбербанка
Услуга Сбербанк бизнес онлайн от Сбербанка России – это новая, уникальная и, несомненно удобная возможность для предпринимателей и юридических лиц управлять своими счетами в банке, а также проводить необходимые

Архив новостей
Реклама
Календарь событий
Right Left

Електромагнітні хвилі, електромагнітне випромінювання, поширення електромагнітних хвиль

У 1864 році Джеймс Клерк Максвелл передбачив можливість існування в просторі електромагнітних хвиль. Це твердження він висунув грунтуючись на висновках, що випливають з аналізу всіх відомих на той час експериментальних даних щодо електрики і магнетизму.

Максвелл математично об'єднав закони електродинаміки, зв'язавши електричні і магнітні явища, і таким чином прийшов до висновку, що змінюються з плином часу електричне та магнітне поля породжують один одного.

Спочатку він зробив акцент на тому факті, що взаємозв'язок магнітних і електричних явищ не симетрична, і ввів термін «вихровий електричне поле», запропонувавши своє, по-справжньому нове пояснення явища електромагнітної індукції, відкритого Фарадеем: «всяка зміна магнітного поля призводить до появи в навколишньому просторі вихрового електричного поля, що має замкнуті силові лінії ».

Справедливим, на думку Максвелла, було і зворотне твердження, що «змінюється електричне поле породжує магнітне поле в навколишньому просторі», однак це твердження залишалося спочатку тільки гіпотезою.

Максвелл записав систему математичних рівнянь, які несуперечливо описали закони взаємних перетворень магнітного і електричного полів, ці рівняння стали згодом основними рівняннями електродинаміки, і стали називатися «рівняння Максвелла» на честь записав їх великого вченого. Гіпотеза Максвелла, з опорою на написання рівняння, здобула кілька надзвичайно важливих для науки і техніки висновків, які наведені нижче.

Електромагнітні хвилі дійсно існують

Електромагнітні хвилі дійсно існують

У просторі можуть існувати поперечні електромагнітні хвилі, що представляють собою розповсюджується з плином часу електромагнітне поле . На те що хвилі є поперечними, вказує той факт, що вектори магнітної індукції В і напруженості електричного поля Е взаємно перпендикулярні і обидва лежать в площині перпендикулярній напряму розповсюдження електромагнітної хвилі.

Електромагнітні хвилі поширюються з кінцевою швидкістю

Швидкість поширення електромагнітних хвиль в речовині конечна, і визначається вона електричними і магнітними властивостями речовини, за яким хвиля поширюється. Довжина синусоїдальної хвилі λ при цьому пов'язана зі швидкістю υ певним точним співвідношенням λ = υ / f, і залежить від частоти f коливань поля. Швидкість c електромагнітної хвилі в вакуумі - одна з фундаментальних фізичних констант - швидкість світла у вакуумі.

Оскільки Максвелл заявляв про кінцівки швидкості поширення електромагнітної хвилі, то це створило протиріччя між його гіпотезою і прийнятої в ті часи теорією дальнодействия, згідно з якою швидкість поширення хвиль повинна була б бути нескінченною. Теорію Максвелла назвали тому теорією близкодействия.

Електромагнітна хвиля - це електричне та магнітне поля, взаємно перетворюються один в одного

У електромагнітної хвилі одночасно відбувається перетворення електричного і магнітного полів друг у друга, отже об'ємні щільності магнітної енергії і електричної енергії рівні між собою. Отже справедливим є твердження, що модулі напруженості електричного поля і індукції магнітного поля пов'язані між собою в кожній точці простору наступним співвідношенням:

Електромагнітні хвилі переносять енергію

Електромагнітна хвиля в процесі свого поширення створює потік електромагнітної енергії, і якщо розглянути майданчик в площині перпендикулярній до напрямку поширення хвилі, то за короткий час через неї переміститься певну кількість електромагнітної енергії. Щільність потоку електромагнітної енергії - це кількість енергії, яку переносять електромагнітної хвилею через поверхню одиничної площі за одиницю часу. Підставивши значення швидкості, а також магнітної і електричної енергії, можна отримати вираз для щільності потоку через величини Е і В.

Вектор Пойнтінга - вектор потоку енергії хвилі

Оскільки напрям поширення енергії хвилі збігається з напрямком швидкості поширення хвилі, то потік енергії, що поширюється в електромагнітній хвилі можна задати за допомогою вектора, спрямованого так само, як і швидкість поширення хвилі. Цей вектор отримав назву «вектор Пойнтінга» - на честь британського фізика Генрі Пойнтінга, який розробив в 1884 році теорію поширення потоку енергії електромагнітного поля. Щільність потоку енергії хвилі вимірюється в Вт / кв.м.

Електромагнітні хвилі тиснуть на відображають або поглинаючі їх тіла

При дії електричного поля на речовину, в ньому з'являються невеликі струми, що представляють собою впорядкований рух електрично заряджених частинок. Ці струми в магнітному полі електромагнітної хвилі піддаються дії сили Ампера, яка спрямована вглиб речовини. Сила Ампера і породжує в результаті тиск.

Це явище пізніше, в 1900 році, було досліджено і підтверджено дослідним шляхом російським фізиком Петром Миколайовичем Лебедєвим, експериментальна робота якого стала дуже важливою для підтвердження теорії електромагнетизму Максвелла і її прийняття і затвердження в подальшому.

Той факт, що електромагнітна хвиля тисне, дозволяє судити про наявність у електромагнітного поля механічного імпульсу, який можна виразити для одиничного обсягу через об'ємну щільність електромагнітної енергії і швидкість поширення хвилі в вакуумі:

Оскільки імпульс пов'язаний з рухом маси, можна ввести і таке поняття як електромагнітна маса, і тоді для одиничного обсягу це співвідношення (відповідно до СТО) набуде характеру універсального закону природи, і виявиться справедливим для будь-яких матеріальних тіл, незалежно від форми матерії. А електромагнітне поле тоді те саме матеріального тіла - має енергію W, масою m, імпульсом p і кінцевою швидкістю поширення v. Тобто електромагнітне поле - це одна з форм реально існуючої в природі матерії.

Остаточне підтвердження теорії Максвелла

Вперше в 1888 році Генріх Герц підтвердив експериментально електромагнітну теорію Максвелла. Він дослідним шляхом довів реальність електромагнітних хвиль і вивчив такі їх властивості як переломлення і поглинання в різних середовищах, а також відображення хвиль від металевих поверхонь.

Герц виміряв довжину хвилі електромагнітного випромінювання , І показав, що швидкість поширення електромагнітної хвилі дорівнює швидкості світла. Експериментальна робота Герца стала останнім кроком до визнання електромагнітної теорії Максвелла. Сім років по тому, в 1895 році, російський фізик Олександр Степанович Попов застосував електромагнітні хвилі для створення бездротового зв'язку.

Електромагнітні хвилі збуджуються тільки прискорено рухомими зарядами

У ланцюгах постійного струму заряди рухаються з постійною швидкістю, і електромагнітні хвилі в цьому випадку в простір не випромінюються. Щоб мало місце випромінювання, необхідно скористатися антеною, в якій порушувалися б змінні струми, тобто струми, швидко змінюють свій напрямок.

У найпростішому вигляді для випромінювання електромагнітних хвиль придатний електричний диполь невеликого розміру, у якого б швидко змінювався в часі дипольний момент. Саме такий диполь називають сьогодні «диполь Герца», розмір якого в кілька разів менше довжини випромінюваної їм хвилі.

При випромінюванні диполем Герца, максимальний потік електромагнітної енергії припадає на площину, перпендикулярну осі диполя. Уздовж осі диполя випромінювання електромагнітної енергії не відбувається. У найважливіших експериментах Герца були використані елементарні диполі як для випромінювання, так і для прийому електромагнітних хвиль, так і було доведено існування електромагнітних хвиль.