Электромагнитное поле



К середине XIX в. в физике накопилось достаточно много сведений об электрических и магнитных явлениях. Эти сведения требовали систематизации и сведения в единую теорию. Такая теория была создана выдающимся английским физиком Джеймсом Максвеллом. Ее основные положения были опубликованы в 1864 г. в работе “Динамическая теория электромагнитного поля”.

Именно в этой работе впервые появился сам термин “электромагнитное поле”.

Согласно теории Максвелла, переменные электрические и магнитные поля не могут существовать по отдельности:



изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле. А раз эти поля всегда существуют вместе, то, значит, они образуют единое целое – Электромагнитное поле.

Установив это, Максвелл предсказал существование электромагнитных волн. Электромагнитными волнами называют распространяющиеся возмущения (или колебания) электромагнитного поля. максвелл

Максвелл не дожил до открытия электромагнитных волн. Доказать их существование удалось лишь в 1888 г. немецкому физику Генриху

Герцу.

Причины возникновения электромагнитных волн можно понять из следующего примера. Представим себе проводник, по которому идет электрический ток. Если этот ток постоянен, то существующее вокруг проводника магнитное поле также будет постоянным.

При изменении силы тока магнитное поле изменится: при увеличении тока это поле станет сильнее, при уменьшении слабее. Возникнет, как принято говорить, возмущение электромагнитного поля. Что будет дальше? Переменное магнитное поле создаст изменяющееся электрическое.

Это электрическое поле породит переменное магнитное. То, в свою очередь, снова электрическое и т. д. Возмущение электромагнитного поля начнет распространяться от своего источника (проводника с переменным током), захватывая все большие и большие области пространства. Это и означает, что в пространстве вокруг проводника появятся электромагнитные волны.

Поддерживая в проводнике переменный ток, который периодически изменяется по величине и направлению, можно непрерывно излучать электромагнитные волны. Последние в этом случае будут представлять собой распространяющиеся колебания электромагнитного поля (изменения поля, при которых оно становится то сильнее, то слабее, периодически изменяя свое направление).

Проводник с переменным током, излучающий электромагнитные волны, называется Антенной. Если на некотором расстоянии от излучающей антенны поместить другой проводник, то его можно использовать в качестве приемной антенны. Дойдя до приемной антенны, электромагнитная волна приведет в движение находящиеся в ней свободные электроны, и в ней возникнет переменный ток, изменяющийся с той же частотой, что и ток в излучающей антенне.

На этом свойстве основана радиосвязь – передача и прием информации с помощью электромагнитных волн.

В отличие от упругих волн электромагнитные волны способны распространяться не только в различных средах, но и в вакууме. Скорость электромагнитных волн в вакууме принято обозначать латинской буквой c:

C = 299792 км/с ≈ 300000 км/с.

Скорость электромагнитных волн v в веществе всегда меньше, чем в вакууме:

V < c.

В воздухе скорость электромагнитных волн можно считать равной c, так как разность между ними очень мала. В воде электромагнитные волны распространяются примерно в 1,3 раза медленнее, чем в вакууме, в стекле – в 1,5 раза медленнее.

Как и для любых других волн, для электромагнитных волн справедливо соотношение, связывающее их скорость v с длиной волны λ и ее частотой ν:

V = λν (28.1)

Под частотой электромагнитной волны понимают частоту колебаний электромагнитного поля в ней; она обратно пропорциональна периоду T колебаний:

Ν = 1/T (28.2)

При переходе электромагнитной волны из одной среды в другую ее период и частота остаются неизменными; меняется лишь скорость и длина волны.

??? 1. Какие факты указывают на то, что переменные электрическое и магнитное поля образуют единое электромагнитное поле? 2. Что называют электромагнитными волнами? 3. Опишите процесс возникновения электромагнитной волны. 4. Что представляет собой радиосвязь? На чем она основана?

Какое устройство следует подключить в цепь передающей антенны, чтобы можно было передавать информацию с помощью азбуки Морзе? 5. Чему равна скорость электромагнитных волн в вакууме? Как она обозначается? 6. Напишите формулу, связывающую скорость электромагнитной волны с частотой и длиной волны.

7. Какие из перечисленных ниже величин меняются при переходе электромагнитной волны из одной среды в другую: скорость волны, частота волны, длина волны, период волны? 8. Как изменяется длина электромагнитной волны при переходе из воздуха в воду: уменьшается или увеличивается? 9. Кто является автором теории электромагнитного поля?



Электромагнитное поле