Основные свойства электромагнитных волн
Впервые гипотезу о существовании электромагнитных волн высказал в 1864 г. английский физик Джеймс Максвелл. В своих работах он показал, что источниками электрического поля могут быть как электрические заряды, так и магнитные поля, изменяющиеся во времени.Электромагнитное поле, распространяющееся в вакууме или в какой-либо среде с конечной скоростью, называется электромагнитной волной .
Электромагнитные волны являются поперечными. В них направления колебаний векторов напряженности Ewithrightwardsarrowontop электрического поля и индукции Bwithrightwardsarrowontop магнитного поля волны происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны
Подобно упругим механическим волнам электромагнитные волны испытывают отражение от препятствий, преломление на границах сред. Но в отличие от упругих волн электромагнитные волны могут распространяться и в вакууме.
Излучение электромагнитных волн на примере задачи определения электромагнитного поля, возникающего при неравномерном движении электрического заряда. Задача решается исходя из представления о том, что электромагнитные поля, возникающие при движении заряда должны иметь волновой характер. Наиболее просто в этом случае можно найти магнитное поле электромагнитной волны на расстоянии от движущегося заряда, во много раз превышающем размеры заряда. Показано, что в этом случае электромагнитная волна является сферической и, вследствие этого на большом расстоянии от заряда её фронт волны может с большой степенью точности считаться плоским. Это позволяет определить электрическое поле электромагнитной волны, излучаемой движущимся зарядом, на основании взаимосвязи векторов электромагнитной волны, следующей из уравнений Максвелла и рассмотренной в предыдущей главе. Анализируются основные свойства электромагнитной волны: отсутствие излучения в направлении движения, поляризация электромагнитной волны, определяемая направлением движения заряда, закон обратно пропорционального пройденному волной от источника расстоянию убывания амплитуды векторов электромагнитного поля, возможность излучения электромагнитных волн только при неравномерном движении заряда.
Электромагнитное поле, распространяющееся в вакууме или в какой-либо среде с конечной скоростью, называется электромагнитной волной.
Электромагнитные волны являются поперечными. В них направления колебаний векторов напряженности Ewithrightwardsarrowontop электрического поля и индукции Bwithrightwardsarrowontop магнитного поля волны происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Подобно упругим механическим волнам электромагнитные волны испытывают отражение от препятствий, преломление на границах сред. Но в отличие от упругих волн электромагнитные волны могут распространяться и в вакууме.
Частота электромагнитных волн совпадает с частотой колебаний излучающих частиц. Максимальное значение ускорения при гармонических колебаниях пропорционально квадрату частоты колебаний . Так как излучают только ускоренно движущиеся заряды, то модуль напряженности электрического поля и модуль индукции магнитного поля пропорциональны модулю ускорения E ~ α,B ~ α , то E ~ . Тогда интенсивность излучаемой электромагнитной волны пропорциональна четвертой степени частоты I~()~.
Электромагнитные волны были экспериментально открыты немецким физиком Генрихом Герцем в 1887 г. Для их генерации он использовал специальное устройство, впоследствии названное вибратором Герца.
Герц исследовал излучаемое вибратором электромагнитное поле. В воздушном зазоре между шарами при переменном напряжении, достигающем значения пробоя воздуха, происходил искровой разряд. При этом в вибраторе возникали электромагнитные колебания высокой частоты. Индикатором электромагнитных волн, возникающих в опытах Герца, служила искра, образующаяся в приемном контуре. Размеры приемного контура (в форме прямоугольного контура или кольца) выбирались таким образом, чтобы собственная частота возникающих в нем колебаний была равна частоте излучаемых волн.
Изменяя положение приемного контура по отношению к вибратору и наблюдая появление в нем искры, Герц определял наличие поля в различных точках пространства. Таким образом, Герц экспериментально доказал существование электромагнитных волн.
В своих экспериментах, проведенных в 1887— 1891 гг., Герц сумел не только убедительно доказать существование электромагнитных волн, но и установить их основные свойства.
Перечислим основные свойства электромагнитных волн:
• распространяются не только в различных средах, но и вакууме;
• в вакууме распространяются со скоростью ;
• отражаются и преломляются на границах раздела сред;
• являются поперечными.
Исследования по передаче информации электромагнитными волнами, проведенные русским ученым Александром Степановичем Поповым, показали, что для радиосвязи можно использовать колебательный контур. Закрытый контур излучает слабо, так как электрическое поле сосредоточено в основном между обкладками конденсатора, а магнитное — в катушке, т. е. поля пространственно разделены. Такая система с сосредоточенными параметрами практически не излучает электромагнитные волны.
.png)
