Электромагнитные волны Электромагнитные колебания

Электромагнитные волны

Электромагнитные колебания - периодические взаимосвязанные изменения зарядов, токов и характеристик электрического и магнитного полей. Распространение электромагнитных колебаний в пространстве происходит в виде электромагнитных волн. 2

Магнитное поле создается вокруг движущихся зарядов, например, проводников с током. Это вид материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на движущиеся электрические заряды, помещенные в поле, и другие тела, обладающие магнитным моментом. Магнитное поле характеризуется специальной векторной величиной индукцией магнитного поля [B]=1 Тл=1 Н/А. 3

Закон Био-Савара-Лапласа I А 4

Магнитная проницаемость µ = 1 – в вакууме µ > 1 – парамагнетики (незначительно усиливают внешнее магнитное поле), µ >> 1 – ферромагнетики (усиливают внешнее магнитное поле), µ < 1 – диамагнетики (ослабляют внешнее магнитное поле). 5

Закон Био-Савара-Лапласа Магнитное поле прямолинейного бесконечного проводника с током: r – расстояние до проводника. Магнитное поле в центре кругового тока: R – радиус витка. Магнитное поле соленоида (катушки с током): n=N/l – число витков на единицу длины катушки. 6

Линии магнитной индукции не имеют начала или конца и являются замкнутыми. Подобные поля называют вихревыми. 7

Сила Ампера I I – ток, Δl – длина участка проводника с током, B – индукция магнитного поля. Направление силы Ампера определяется правилом левой руки. 8

Действие силы Ампера на проводник с током I 1 I 2 9

Сила Лоренца υ α B Fл q – заряд, υ – скорость движения заряда, B – индукция магнитного поля. Направление силы Лоренца, так же как и силы Ампера определяется правилом левой руки для положительного заряда. 10

Катушка индуктивности (соленоид) 11

Частота колебаний в LC-контуре L C c =3· 108 м/с – скорость света в вакууме. 12

Энергия на конденсаторе и индуктивности L C – энергия конденсатора – энергия катушки индуктивности 13

Закон сохранения энергии для колебательного LC-контура из емкости и индуктивности L C 14

Положения теории Максвелла 1. Всякое переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное. 2. Всякое переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое. 15

Электромагнитная волна – распространение единого электромагнитного поля в пространстве. где E 0, B 0 – амплитуды волны, k = /υ=2π/λ – волновое число, υ – скорость волны. 16

Электромагнитная волна υ 17

Скорость распространения электромагнитной волны где с – скорость света в вакууме, ε – диэлектрическая проницаемость, μ – магнитная проницаемость среды. – показатель преломления среды 18

Вектор Умова-Пойнтинга Плотность потока энергии волны (интенсивность волны): I=E·B/(μ 0 μ) - модуль вектора Умова-Пойнтинга. 19

Шкала электромагнитных излучений, принятая в медицине • • • 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) - от 300 МГц – 300 ГГц • Крайневысокие (КВЧ) – свыше 300 ГГц 20

Техническая шкала электромагнитных излучений Видимый свет Рентгеновское излучение ИК - излучение УФ - излучение Радиоволны γ – излучение 21

Техническая шкала электромагнитных излучений Радиоволны Затем по мере уменьшения длины волны идут инфракрасные волны (ИФ), видимые волны, 400 нм - 800 нм ультрафиолетовые волны (УФ), рентгеновские волны, гамма – излучение (γ – излучение<1Å) 22

Радиоволны используются при передаче данных в радиосетях. Примеры выделенных радиодиапазонов • Диапазон средних волн с амплитудной модуляцией (AM волны) – 530– 1610 к. Гц • разные диапазоны коротких волн – 5, 9– 26, 1 МГц • Гражданский диапазон – 26, 965– 27, 405 МГц • Телевизионные каналы: 1– 5 размещаются в диапазоне от 48 до 100 МГц, 6– 12 – от 174 до 230 МГц, 21– 39 – от 470 до 622 МГц • Диапазон ультракоротких волн c частотной модуляцией (FM волны – 88– 108 МГц, кроме 76– 90 МГц в Японии) • ISM-диапазон • Диапазоны военных частот • Диапазоны частот гражданской авиации 23 • Морские и речные диапазоны

• Инфракрасные волны (ИФ). ИК (инфракрасные) диоды и фотодиоды повсеместно применяются в пультах дистанционного управления, системах автоматики, охранных системах и т. п. Они не отвлекают внимание человека в силу своей невидимости. Инфракрасные излучатели применяют в промышленности для сушки лакокрасочных поверхностей. • Видимые волны – электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. 24

Ультрафиолетовые волны (УФ – 290– 400 нм). • повышают тонус симпатико-адреналиновой системы, • активируют защитные механизмы, • повышают уровень неспецифического иммунитета, • увеличивают секрецию ряда гормонов. Под воздействием УФ излучения (УФИ) • Образуется гистамин и подобные ему вещества, которые обладают сосудорасширяющим действием, повышают проницаемость кожных сосудов. • Изменяется углеводный и белковый обмен веществ в организме. • Изменяется легочная вентиляция – частота и ритм дыхания; повышается газообмен, потребление кислорода, активизируется деятельность эндокринной системы. • Образовывается в организме витамин D, укрепляющий костно-мышечную систему и обладающий антирахитным 25 действием.

Рентгеновские волны При помощи рентгеновских лучей можно «просветить» человеческое тело, в результате чего можно получить изображение костей, а в современных приборах и внутренних органов. При этом используется тот факт, что у содержащегося преимущественно в костях элемента кальция (Z=20) атомный номер гораздо больше, чем атомные номера элементов, из которых состоят мягкие ткани, а именно водорода (Z=1), углерода (Z=6), азота (Z=7), кислорода (Z=8). Кроме обычных приборов, которые дают двумерную проекцию исследуемого объекта, существуют компьютерные томографы, которые позволяют получать объёмное изображение внутренних органов. 26

Гамма–излучение (γ – излучение). Области применения гамма-излучения: • гамма-дефектоскопия, контроль изделий просвечиванием γ-лучами. • Консервирование пищевых продуктов. • Стерилизация медицинских материалов и оборудования. • Лучевая терапия. • Уровнемеры и др. 27

Демонстрации законов электромагнетизма 1. Короткое замыкание 2. Переменное магнитное поле 3. Пушка Гаусса 28

Электромагнитные волны Электромагнитные колебания — периодические взаимосвязанные