Скачать презентацию Генерация электромагнитных в Возможность существования электромагнитных волн предсказывал Скачать презентацию Генерация электромагнитных в Возможность существования электромагнитных волн предсказывал

эвм.pptx

  • Количество слайдов: 53

Генерация электромагнитных в Возможность существования электромагнитных волн предсказывал еще Майкл Фарадей в 1832 г. Генерация электромагнитных в 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 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 – 1865 теория которую он сформулировал в виде системы электромагнитного нескольких уравнений (уравнения Максвелла), поля, выражающих все основные закономерности электромагнитных явлений.

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

Герц Генрих Рудольф (1857 – 1894) – немецкий физик. В 1888 г. экспериментально доказал Герц Генрих Рудольф (1857 – 1894) – немецкий физик. В 1888 г. экспериментально доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве, Экспериментируя с электромагнитными предсказанных теорией волнами, наблюдал их отражение, Максвелла. 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 1. В любой точке векторы напряженности электрического и магнитного полей взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения , т. е. образуют правовинтовую систему:

2. Поля изменяют свое направление в пространстве: в одних точках вектор направлен к плоскости 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 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 электромагнитного поля удовлетворяют волновым уравнениям: и Решение уравнений: Векторы напряженности электромагнитного поля удовлетворяют волновым уравнениям: и Решение уравнений:

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

Скорость распространения электромагнитных волн в среде зависит от ее электрической и магнитной проницаемостей. - Скорость распространения электромагнитных волн в среде зависит от ее электрической и магнитной проницаемостей. - абсолютный показатель преломл 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; • • векторы взаимно перпендикулярны, и направлены одинаково; • электромагнитная волна является поперечной; • электрическая и магнитная составляющие распространяются в одном направлении; колеблются в одинаковых фаз • векторы • в электромагнитных волнах происходят колебания полей, а не вещества 11

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

а) Герца» б) в) «вибратор а) Герца» б) в) «вибратор

Вибратор Герца имел несколько модификаций. Вибратор Герца имел несколько модификаций.

Электромагнитные волны распространяются в пространстве, удаляясь от вибратора во все стороны Электромагнитные волны распространяются в пространстве, удаляясь от вибратора во все стороны

В ходе своих исследований Герц обнаружил, что если расстояние между вибратором и приемником (резонатором) В ходе своих исследований Герц обнаружил, что если расстояние между вибратором и приемником (резонатором) меньше одного метра, то поле вибратора в этой области соответствует излучению поля диполем и убывает обратно пропорционально кубу расстояния (эту зону назвали ближней зоной). В ней

Вибратор Резонатор Вибратор Резонатор

Однако на расстояниях более трех метров поле убывает значительно l медленнее (это волновая зона Однако на расстояниях более трех метров поле убывает значительно l медленнее (это волновая зона ) и неодинаково в различных В направлении оси вибратора поле направлениях. практически исчезает на расстоянии четырех метров, а в направлении, перпендикулярном к оси вибратора, достигает расстояния двенадцати метров

В своих опытах Герц установил полную аналогию электромагнитных и световых волн. Было показано, что 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 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 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 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 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 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 расстояние беспроволочной передачи сигналов до 50 км.

В 1901 г. была осуществлена радиотелеграфная связь через Атлантический океан. Изобретение электронных ламп (1904 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 Электромагнитные излучения радиоволны Ультрафиолетовое излучение Инфракрасное излучение Рентгеновское излучение Видимый свет Гамма - излучение 26

1 A=10 10 м 1 A=10 10 м

28 28

Виды излучений Длина волны Получение Радиоволн ы 10 км (3 х10^ 4 – 3 Виды излучений Длина волны Получение Радиоволн ы 10 км (3 х10^ 4 – 3 х10 ^12 Гц) Транзисторн ые цепи Резонатор Герца, Когерер, антенна Инфракрас -ное излучение 0, 1 м – 770 нм (3 х10^ 12 – 4 х 10 ^14 Гц) Электрический камин Болометр, Отражение, Фотоэлемент Преломление термостолбик Дифракция Поляризация Приготовл. пищи Нагревание, сушка, фотокопир о-вание Видимый свет 770 – 380 нм (4 х10^ 14 – 8 х10 ^14 Гц) Лампа накаливания Молнии, Пламя Спектрограф, Болометр Отражение, Преломление Дифракция Поляризация Наблюдение за видимым миром, путем отражения Ультрафио летовое излучение 380 – 5 нм (8 х10^ 14 – 6 х 10 ^16 Гц) Разрядная трубка, углеродная Дуга Фотоэлемент Люминесценция, болометр Фотохимические реакции Лечение заболеваний кожи, уничтожение бактерий, сторож. устройства Рентгеновская трубка Фотопластинк Проникаюа щая способность Рентгенография, радиология, обнаружение под 29 -делок Рентгеновс 5 нм– - кое 10^ – 2 нм излучение (6 х 10^ 16 – Регистрация Характеристи ка, свойства Отражение, Преломление Дифракция Поляризация Применение Связь и навигация

Оптический эффект Доплера Соотношение, описывающее эффект Доплера для электромагнитных волн в вакууме, с учетом Оптический эффект Доплера 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 наблюдается продольный

R П И R П И

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

Для поперечного эффекта Доплера поперечный эффект пропорционален отнош , следовательно, он значительно сл продольного, Для поперечного эффекта Доплера поперечный эффект пропорционален отнош , следовательно, он значительно сл продольного, который пропорционален Впервые экспериментальная проверка существования эффекта Доплера и правильности релятивистской формулы была осуществлена американскими физиками Г. Айвсом и Д. Стилуэллом в 30 -ых гг.

Эффект Доплера нашел широкое применение в науке и технике. Особенно большую роль это явление 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 туманностей можнообъектов по определять лучевые скорости отношению к Земле: при по формуле

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

Красное смещение. Теория расширяющейся Вселен Американский астроном Э. Хаббл обнаружил в 1929 г. явление, Красное смещение. Теория расширяющейся Вселен 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).

Космологическое красное смещение есть не что иное, как эффект Доплера. Оно свидетельствует о том, Космологическое красное смещение есть не что иное, как эффект Доплера. Оно свидетельствует о том, что Метагалактика расширяется, так что объекты удаляются от нашей Галактики. Под метагалактикой понимают совокупность всех звездных систем. В современные телескопы можно наблюдать часть Метагалактики, оптический радиус которой равен

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

По оценкам, проведенным в 2003 г. , 1 пк (парсек) – расстояние, которое свет По оценкам, проведенным в 2003 г. , 1 пк (парсек) – расстояние, которое свет проходит в вакууме за 3, 27 лет

Эдвин Хаббл Александрови Фридман Сол Брайан Шмидт Адам Перлмутте Рис р Эдвин Хаббл Александрови Фридман Сол Брайан Шмидт Адам Перлмутте Рис р

Энергия и импульс электромагнитного поля Распространение электромагнитных волн связано с переносом энергии (подобно тому, 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 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 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: 45

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

В сферической электромагнитно й волне, излучаемой ускоренно двигающимися зарядами, направлены по векторы параллелям, векторы В сферической электромагнитно й волне, излучаемой ускоренно двигающимися зарядами, направлены по векторы параллелям, векторы по меридианам, а поток энергии нормали по

Модуль среднего значения вектора Умова. Пойнтинга называется интенсивност Интенсивность ью пропорциональна квадрату амплитуды: Зависимость Модуль среднего значения вектора Умова. Пойнтинга называется интенсивност Интенсивность ью пропорциональна квадрату амплитуды: Зависимость интенсивности излучения от направления называют диаграммой направленности.

Электромагнитному полю присущ электромагнитный импульс и масса. Электромагнитному полю присущ электромагнитный импульс и масса.

Для электромагнитного импульса получается релятивистски инвариантная формула: е – заряд движущейся частицы а – Для электромагнитного импульса получается релятивистски инвариантная формула: е – заряд движущейся частицы а – её радиус

Контрольные вопросы 1. Что называют электромагнитной волной? 2. Что является источником электромагнитной волны? 3. Контрольные вопросы 1. Что называют электромагнитной волной? 2. Что является источником электромагнитной волны? 3. Как ориентированы векторы Е и В по отношению друг к другу в электромагнитной волне? 4. Какова скорость распространения электромагнитных волн в воздухе?

5. Какие выводы относительно электромагнитных волн вытекали из теории Максвелла? 6. Какие физические величины 5. Какие выводы относительно электромагнитных волн вытекали из теории Максвелла? 6. Какие физические величины периодически меняются в электромагнитной волне? 7. Какие отношения между длиной волны, ее скоростью, периодом и частотой колебаний справедливы для электромагнитных волн? 8. При каком условии волна будет достаточно интенсивной для того, чтобы ее можно было зарегистрировать?

9. Когда и кем были впервые получены электромагнитные волны? 10. Приведите примеры применения электромагнитных 9. Когда и кем были впервые получены электромагнитные волны? 10. Приведите примеры применения электромагнитных волн. 11. Расположите в порядке возрастания длины волны электромагнитные волны различной природы: 1) инфракрасное излучение; 2) рентгеновское излучение; 3) радиоволны; 4) γ -волны.