Электромагнитные волны Электромагнитное поле

Электромагнитные волны

• Электромагнитное поле — это фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, представимое как совокупность электрического и магнитного полей, которые могут при определённых условиях порождать друга. • Электромагнитное поле представляет собой взаимосвязанные колебания электрического (Е) и магнитного (В) полей. Распространение единого электромагнитного поля в пространстве осуществляется посредством электромагнитных волн.

Уравнения Максвелла • Связывают величины, характеризующие электромагнитное поле, с его источниками, то есть с распределением в пространстве электрических зарядов и токов. • В пустоте электромагнитное поле характеризуется двумя векторными величинами, зависящими от пространственных координат и времени: напряжённостью электрического поля Е и магнитной индукцией В. • Эти величины определяют силы, действующие со стороны поля на заряды и токи, распределение которых в пространстве задаётся плотностью заряда (зарядом в единице объёма) и плотностью тока j (зарядом, переносимым в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению движения зарядов).

• Для описания электромагнитных процессов в материальной среде (в веществе), кроме векторов Е и В, вводятся вспомогательные векторные величины, зависящие от состояния и свойств среды: электрическая индукция D и напряжённость магнитного поля Н. • Уравнения Максвелла позволяют определить основные характеристики поля (Е, В, D и Н) в каждой точке пространства в любой момент времени, если известны источники поля j и как функции координат и времени.

Дифференциальная форма Формула Примерное словесное выражение Закон Гаусса div. D = Электрический заряд является источником электрической индукции Закон Гаусса для магнитного поля div. B = 0 Не существует магнитных зарядов rot. E = - B/ t Изменение магнитной индукции порождает вихревое электрическое поле Название Закон индукции Фарадея Теорема о циркуляции магнитного поля rot. H = j + D/ t Электрический ток и изменение электрической индукции порождают вихревое магнитное поле

Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты. Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле.

• Электромагнитная волна – электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью и переносящие энергию

μ 0 = 4π× 10– 7≈1, 26 10– 6 Гн/м магнитная постоянная

скорость электромагнитной волны с – скорость электромагнитной волны в вакууме n – абсолютный показатель преломления среды

Объемная плотность энергии электромагнитного поля

Плотность потока энергии (интенсивность) электромагнитного поля

Диапазоны электромагнитных волн Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам. Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. ь Радиоволны ь Инфракрасное излучение ь Видимое (оптическое) излучение ь Ультрафиолетовое излучение ь Рентгеновское излучение ь Гамма-излучение Поскольку скорость распространения излучения постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

Радиоволны

Классификация частотных интервалов Название интервала Частоты Низкие (НЧ) До 20 Гц Звуковые (ЗЧ) 20 Гц – 20 к. Гц Ультразвуковые (УЗЧ) 20 к. Гц – 200 к. Гц Высокие (ВЧ) 200 к. Гц – 30 МГц Ультравысокие (УВЧ) 30 МГц – 300 МГц Сверхвысокие (СВЧ) 300 МГц – 300 ГГц Крайне высокие (КВЧ) Свыше 300 ГГц

Действие радиоволн на человека • Длинные и средние волны (λ>100 м) практически не взаимодействуют с биологическими объектами. В медицинских целях они не используются. • Волны ВЧ диапазона заметно поглощаются биологическими тканями. • Для УВЧ и СВЧ – диапазонов это поглощение становится значительным. УВЧ – диапазон используется в медицине для глубокого прогревания тканей.

Электромагнитный спектр (свет выдвинут на первый план)