Физика ч. II n Основы теории Максвела n

Физика ч. II n Основы теории Максвела n Электромагнитные волны

Основы теории Максвела Э. д. с. в любой цепи возникает только тогда, когда в ней на носители тока действуют сторонние силы — силы неэлектростатического происхождения. За счет каких сил воозникает э. д. с. в контуре в переменном магнитном поле? Циркуляция вектора EB не равна нулю. Следовательно, электрическое поле ЕB, возбуждаемое магнитным полем, как и само магнитное поле, является вихревым

Ток смещения Согласно Максвеллу, если всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, то должно существовать и обратное явление: всякое изменение электрического поля должно вызывать появление в окружающем пространстве вихревого магнитного поля. Максвелл ввел в рассмотрение так называемый ток смещения. Подчеркнем, что из всех физических свойств, присущих току проводимости, Максвелл приписал току смещения лишь одно — способность создавать в окружающем Через конденсатор пространстве магнитное поле «протекают» токи смещения, причем в тех По сути ток смещения это изменяющееся со участках, где отсутствуют временем электрическое поле проводники

Уравнения Максвела Введение Максвеллом понятия тока смещения привело его к завершению созданной им макроскопической теории электромагнитного поля, позволившей с единой точки зрения не только объяснить электрические и магнитные явления, но и предсказать новые, существование которых было впоследствии подтверждено Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле всегда связано с порождаемым им магнитным, т. е. электрическое и магнитное поля неразрывно связаны друг с другом — они образуют единое электромагнитное поле

Электромагнитные волны на опыте были получены немецким физиком Г. Герцем (1888), доказавшим, что законы их возбуждения и распространения полностью описываются уравнениями Максвелла. Таким образом, теория Максвелла была экспериментально подтверждена Теория Максвелла, ее экспериментальное подтверждение, а также принцип относительности Эйнштейна приводят к единой теории электрических, магнитных и оптических явлений, базирующейся на представлении об электромагнитном поле

Источник электромагнитных волн Источником электромагнитных волн может быть любой электрический колебательный контур или проводник, по которому течет переменный электрический ток, так как для возбуждения электромагнитных волн необходимо создать в пространстве переменное электрическое поле (ток смещения) или соответственно переменное магнитное поле. Однако чтобы излучение играло заметную роль, необходимо увеличить объем пространства, в котором переменное электромагнитное поле создается. Поэтому для получения электромагнитных волн непригодны закрытые колебательные контуры, так как в них электрическое поле сосредоточено между обкладками конденсатора, а магнитное — внутри катушки индуктивности

Виды излучения Вид излучения Длина волны, м Частота волны, Гц Источник излучения Радиоволны 103 -10 -4 3 105 -3 1012 Колебательный контур Ламповый генератор Лампы Световые волны: Лазеры инфракрасные 5 10 -4 - 8 10 -7 6 1011 – 3, 75 1014 видимый свет 8 10 -7 - 4 10 -7 3, 75 1014 - 3 1017 ультрафиолетовое 4 10 -7 – 10 -9 7, 5 1014 -3 1017 излучение l, 5 10 I 7 -5 1019 Рентгеновское 2 10 -9 - 6 10 -12 Трубки Рентгена излучение Гамма-излучение < 6 10 -12 Радиоактивный >5 -1019 распад Ядерные процессы Космические процессы

Уравнения Эл/м волн Как уже указывалось, одним из важнейших следствий уравнений Максвелла является существование электромагнитных волн. Можно показать, что для однородной и изотропной среды вдали от зарядов и токов, создающих электромагнитное поле, из уравнений Максвелла следует, что векторы напряженностей Е и Н переменного электромагнитного поля удовлетворяют волновому уравнению Оператор Лапласа Фазовая скорость волны определяется следующим образом

Уравнения Эл/м волн Следствием теории Максвелла является поперечностъ электромагнитных волн: векторы Е и Н напряженностей электрического и магнитного полей волны взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной вектору v скорости распространения волны, причем векторы Е, Н и v образуют правовинтовую систему. Из уравнений Максвелла следует также, что в электромагнитной волне векторы Е и Н всегда колеблются в одинаковых фазах, причем мгновенные значения Е и Н в любой точке связаны соотношением

Уравнения Эл/м волн

Плотность потока эл/м энергии Возможность обнаружения электромагнитных волн указывает на то, что они переносят энергию. Объемная плотность w энергии электромагнитной волны складывается из объемных плотностей wэл и wм электрического и магнитного полей: Вектор плотности потока электромагнитной энергии - вектор Умова —

Давление света Если электромагнитные волны поглощаются или отражаются телами, то из теории Максвелла следует, что электромагнитные волны должны оказывать на тела давление. Давление электромагнитных волн объясняется тем, что под действием электрического поля волны заряженные частицы вещества начинают упорядочение двигаться и подвергаются со стороны магнитного поля волны действию сил Лоренца. Импульс электромагнитного поля

Излучение диполя Простейшим излучателем Примером подобного диполя может электромагнитных волн является служить система, состоящая из электрический диполь, электрический покоящегося положительного заряда момент которого изменяется во +Q и отрицательного заряда —Q, времени по гармоническому закону гармонически колеблющегося вдоль направления р с частотой со. интенсивность излучения диполя в волновой зоне

Основные законы оптики Еще до установления природы света были известны следующие основные законы оптики: -закон прямолинейного распространения света в оптически однородной среде; -закон независимости световых пучков (только в линейной оптике); -закон отражения света; -закон преломления света

Полное внутреннее отражение Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления n 1 (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления n 2 (оптически менее плотную) (n 1 > n 2), то: Преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления j больше, чем угол падения i. С увеличением угла падения увеличивается угол преломления до тех пор, пока при некотором угле падения (i = iпр, ) угол преломления не окажется равным /2. Угол iпр называется предельным углом. При углах падения i > iпр весь падающий свет полностью отражается

Принцип Гюйгенса-Френеля Принцип Гюйгенса: Каждая точка среды, до которой дошло возмущение, является источником вторичных волн, огибающая фронтов вторичных волн является фронтом результирующей волны. Рассматриваются только те части вторичных волн, направление распространения которых совпадает с направлением распространения исходной волны