Электромагнитные волны Генерация электромагнитных Возможность существования электромагнитных

Электромагнитные волны

Генерация электромагнитных Возможность существования электромагнитных волн предсказывал еще Майкл Фарадей в 1832 г. , обобщая известные к тому времени данные по изучению электричества и магнетизма. Теоретически обосновал это предположение Дж. Максвелл.

Максвелл Джеймс Клерк (1831 – 1879) – английский физик, член Эдинбургского (1855) и Лондонского (1861) королевских обществ с 1871 г. Самым большим научным достижением Максвелла является созданная им в 1860 – которую он сформулировал в виде системы 1865 теория нескольких уравнений (уравнения электромагнитного поля, Максвелла), выражающих все основные закономерности электромагнитных явлений.

Полная система уравнений Мак Теорема Гаусса-Остороградс Закон Фарадея Отсутствие магнитных зарядов Обобщенный закон Био - Савара. Лапласа

Герц Генрих Рудольф (1857 – 1894) – немецкий физик. В 1888 г. экспериментально доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве, Экспериментируя с предсказанных теорией электромагнитными волнами, наблюдал их Максвелла. отражение, преломление, интерференцию, поляризацию. Установил, что скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света.

1. В любой точке векторы напряженности электрического и магнитного полей взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения , т. е. образуют

2. Поля изменяют свое направление в пространстве: в одних точках вектор направлен к плоскости страницы , в других – от нее; аналогично ведет себя и вектор 3. Электрическое и магнитное поля находятся в фазе, т. е. они достигают максимума и обращаются в нуль в одних и тех же точках.

Ø Движущийся с ускорением электрический заряд испускает электромагнитные волны. Ø Электромагнитные волны представляют собой поперечные волны и аналогичны другим типам волн. Ø Однако в электромагнитных волнах происходят колебания полей, а не вещества, как в случае волн на воде или в натянутом шнуре.

Векторы напряженности и электромагнитного поля удовлетворяют волновым уравнениям: Решение уравнений:

Фазовая скорость электромагнитной во где – скорость света в вакуум В веществе скорость распространения электромагнитных волн меньше в раз.

Скорость распространения электромагнитных волн в среде зависит от ее электрической и магнитной проницаемостей. - абсолютный показатель прелом Следовательно, показатель преломления есть физическая величина, равная отношению скорости электромагнитных волн в вакууме к их скорости в среде.

• векторы взаимно перпендикулярны и направлены одинаково; • электромагнитная волна является поперечной; • электрическая и магнитная составляющие распространяются в одном направлении; • векторы колеблются в одинаковых ф • в электромагнитных волнах происходят колебания полей, а не вещества 12

В колебательном контуре, образованном конденсатором С и катушкой L электрическое поле сосредоточено в зазоре между обкладками, а В окружающем конденсатор и магнитное – внутри катушку пространстве поля катушки. практически равны нулю.

а) б) в) «вибратор Герца»

Вибратор Герца имел несколько модификаций.

В своих опытах Герц установил полную аналогию электромагнитных и световых волн. Было показано, что для электромагнитных волн справедлив закон отражения и преломления.

Суперпозиция падающей и отраженной волн: С помощью излучающего вибратора, помещенного в фокусе вогнутого зеркала и плоского зеркала Герц получил стоячую волну.

Стоячая электромагнитная волна состоит из двух стоячих волн – электрической и магнитной. Фазовый сдвиг на Измерив расстояние между узлами и пучностями волны, Герц нашел длину волны λ. Произведение λ на частоту колебаний вибратора ν дало скорость электромагнитных волн, которая оказалась близкой к с. ln

Кроме того, опыты Герца подтвердили соотношение следующее из теории Максвелла. Располагая на пути волн решетку из параллельных другу медных проволок, Герц обнаружил, что при вращении решетки вокруг луча интенсивность волн, прошедших сквозь решетку, сильно изменяется. Таким образом, была подтверждена поперечность электромагнитной волны.

В 1923 г. А. А. Глаголева. Аркадьева сконструировала массовый излучатель, в котором короткие ЭМВ, возбужденные колебаниями электрических зарядов в атомах и молекулах, генерировались с помощью искр, между металлическими опилками, взвешенными в масле. Так были получены волны длиной λ от 50 мм до 80 мкм.

Усовершенствовав вибратор Герца и применив свой приемник, профессор Петербургского электротехнического института А. С. Попов в 1896 г. впервые в мире наладил опытную радиотелеграфную связь и осуществил с помощью электромагнитных волн передачу сообщения на расстояние около 250 м (были переданы слова «Генрих Герц» ). В 1899 г. Попов довел

В 1901 г. была осуществлена радиотелеграфная связь через Атлантический океан. Изобретение электронных ламп (1904 1907) и применение их для генерирования незатухающих колебаний (1913 г. ) сделали возможным

Электромагнитные излучения радиоволны Ультрафиолетовое излучение Инфракрасное излучение Рентгеновское излучение Видимый свет Гамма - излучение 23

1 A=10 10 м

Эффект Доплера в акусти Эффектом Доплера называется изменение частоты волн, регистрируемых приемником, которое происходит вследствие движения источника этих волн или (и) приемника. 25

Источник, двигаясь к приемнику как бы сжимает пружину – волну 26

Движение источника волны Источник смещается в среде за время, равное периоду его колебаний T 0, на расстояние , где ν 0 – частота колебаний исто 27

– фазовая скорость волны в среде. Частота волны, регистрируемая приемни 28

Движение приемника волны 29

Движение источника и приемника волны В самом общем случае, когда и приемник и источник звуковых волн движутся относительно среды с произвольным скоростями 30

Решите задачу: Навстречу пассажирскому поезду, движущемуся со скоростью 72 км/час, движется товарный поезд со скоростью 36 км/час. Товарный поезд подает сигнал с частотой 500 Гц. Определите кажущуюся частоту сигнала товарного поезда для человека в пассажирском поезде до и после встречи с товарным поездом.

Оптический эффект Допле Соотношение, описывающее эффект Доплера для электромагнитных волн в вакууме, с учетом преобразований Лоренца, имеет вид: Здесь -скорость источника относительно приемника. Если источник движется относительно приемника вдоль соединяющей их прямой, то

В случае сближения источника и приемни а в случае их взаимного удаления (θ = 0) Поперечный эффект Доплера, наблюдается при и

Эффект Доплера нашел широкое применение в науке и технике. Особенно большую роль это явление играет в астрофизике. На основании доплеровского смещения линий поглощения в спектрах звезд и объектов по туманностей можно определять лучевые скорости отношению к Земле: при по формуле

На эффекте Доплера основаны радиолокационные лазерные методы измерения скоростей различных объектов на Земле (например, автомобиля, самолета и др. ).

Красное смещение. Теория расширяющейся Вселе Американский астроном Э. Хаббл обнаружил в 1929 г. явление, получившее название космологического красного смещения и состоящее в том, что линии в спектрах излучения внегалактических объектов смещены в сторону меньших частот (больших длин волн).

Хаббл установил закон, согласно которому, относительное красное галактик растет пропорционально расстоянию смещение r до них. Закон Хаббла можно записать в виде: где H – постоянная Хаббла.

Александрович Фридман Эдвин Хаббл Сол Перлмутт ер Брайан Шмидт Адам Рис Нобелевская премия 2011 года за открытие ускоренного расширения Вселенной посредством наблюдения дальних сверхновых звезд.

Энергия и импульс электромагнитного поля Распространение электромагнитных волн связано с переносом энергии (подобно тому, как распространение упругих волн в веществе связано с переносом механической энергии). Сама возможность обнаружения ЭМВ указывает на то, что они переносят энергию.

Н. А Умов Джон Пойнтинг Для характеристики переносимой волной энергии русским ученым Н. А Умовым были введены понятия о скорости и направлении движения энергии, о потоке энергии. Спустя десять лет после этого, в 1884 г. английский ученый Джон Пойнтинг описал процесс переноса энергии с

Объемная плотность энергии w электромагнитной волны Поток энергии через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны в единицу времени: Вектор плотности потока электромагнитной энергии называется вектором Умова - Пойнтинга: 41

Вектор направлен в сторону распростр электромагнитной волны, а его модуль равен энергии, переносимой электромагнитной волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны.

Электромагнитному полю присущ электромагнитный импульс и масса.

Контрольные вопросы 1. Приведите формулу акустического эффекта Доплера 2. Приведите формулу оптического продольного эффекта Доплера 3. Что называют электромагнитной волной? Что является источником электромагнитной волны? Какова скорость распространения электромагнитных волн? 4. Что определяет вектор Умова. Пойнтинга? Приведите формулу.