Автоматизация Автоматизация Архитектура Астрономия Одит Биология Счетоводство Военна наука Генетика География Геология Държавна къща Друга журналистика и средства за масова информация Изкуство Чужди езици Компютърни науки История Компютри Компютри Кулинарна култура Лексикология Литература Логика Маркетинг Математика Механика Механика Мениджмънт Метал и заваръчна механика Музика Население Образование Безопасност на живота Охрана на труда Педагогика Политика Право инструмент за програмиране производство Industries Психология P Дио Религия Източници Communication Социология на спорта стандартизация Строителство Технологии Търговия Туризъм Физика Физиология Философия Финанси Химически съоръжения Tsennoobrazovanie скициране Екология иконометрия Икономика Електроника Yurispundenktsiya

Електромагнитни вълни. Концепцията на уравненията на Максуел. Самолетна електромагнитна вълна

Прочетете още:
  1. I. Концепцията и значението на защитата на труда
  2. I. Концепцията за обществото.
  3. II. ОСНОВНА КОНЦЕПЦИЯ НА ИНФОРМАТИКАТА - ИНФОРМАЦИЯ
  4. II. Концепцията за социално действие
  5. Авторско право: концепция, предмети и предмети
  6. Активни операции на търговските банки: концепция, смисъла, характеристики на видовете
  7. Актове на официално тълкуване: концепция и видове
  8. Актове за прилагане на закона: концепция, знаци, видове
  9. Анализ на различни критерии за периодизация на умственото развитие. Концепцията за водеща дейност
  10. Арбитражното споразумение е концепция, видове, приложимо право.
  11. Аристотеловата концепция за метафизиката
  12. Архитектурни стилове, концепции, знаци, типове. Основните стилове на беларуската архитектура.

Наличието на електромагнитни вълни беше теоретично прогнозирано от великия английски физик Дж. Максуел през 1864 г. Максуел анализира всички закони на електродинамиката, известни по онова време, и направи опит да ги приложи към електрически и магнитни полета, променящи се във времето. Той обърна внимание на асиметрията на връзката между електрически и магнитни явления. Максуел въведе във физиката понятието "вихрово електрическо поле" и предложи нова интерпретация на закона за електромагнитната индукция, открита от Фарадей през 1831 г.:

Всяка промяна в магнитното поле генерира вихрово електрическо поле в околното пространство, чиито линии на сила са затворени.

Максуел предположи съществуването на обратния процес:

Времевото електрическо поле генерира магнитно поле в околното пространство.

Всяка промяна в магнитното поле генерира вихрово електрическо поле в околното пространство, чиито линии на сила са затворени.

Максуел предположи съществуването на обратния процес:

Времевото електрическо поле генерира магнитно поле в околното пространство.

Тази хипотеза е само теоретично предположение, което не е имало експериментално потвърждение, но на базата на него Максуел успя да напише последователна система от уравнения, описващи взаимните трансформации на електрическото и магнитното поле, т.е. системата на уравненията на електромагнитното поле (уравненията на Максуел). От теорията на Максуел произтичат редица важни изводи:

1. Има електромагнитни вълни, т.е. електромагнитно поле, разпространяващо се в пространството и времето. Електромагнитните вълни са напречни вектори и са перпендикулярни един на друг и лежат в равнина, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната.

2. Електромагнитните вълни се разпространяват в материята с ограничена скорост

Тук ε и μ са диелектричните и магнитните пропуски на веществото, ε0 и μ0 са електрическите и магнитните константи: ε0 = 8,85419 · 10-12 F / m, μ0 = 1,25664 · 10-6 HN / m.

Дължината на вълната λ в синусоидалната вълна е свързана със скоростта на разпространение на вълната υ с отношението λ = υT = υ / f, където f е честотата на трептене на електромагнитното поле T = 1 / f.



Скоростта на електромагнитните вълни във вакуум (ε = μ = 1):

Скоростта c на разпространението на електромагнитни вълни във вакуум е една от основните физични константи.

Изводът на Максуел за ограничената скорост на разпространение на електромагнитните вълни е в противоречие с теорията на далечните разстояния, приета по това време, в която се приема, че скоростта на разпространение на електрическото и магнитното поле е безкрайно голяма. Ето защо теорията на Максуел се нарича теорията за взаимодействието с малък диапазон.

3. При електромагнитна вълна възникват взаимни трансформации на електрическото и магнитното поле. Тези процеси протичат едновременно и електрическите и магнитните полета действат като равностойни партньори. Следователно обемните плътности на електрическата и магнитната енергия са равни една на друга: w = wm.

От това следва, че в електромагнитната вълна индукционните модули на магнитното поле и силата на електрическото поле във всяка точка на пространството са свързани

4. Електромагнитни вълни трансферират енергия. Когато вълните се разпространяват, се получава поток от електромагнитна енергия. Ако отделим зоната S ориентирана перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната, тогава за малко време Δt прониква енергията ΔWem през областта, равна на

ΔWem = (wе + wm) uSΔt.

Плътността на потока или интензитетът I е електромагнитната енергия, предавана от вълната на единица време през повърхността на единица площ:

Замествайки тук изразите за w, wm и υ, можем да получим:

Енергичният поток в електромагнитната вълна може да бъде определен чрез използване на вектор посоката на която съвпада с посоката на разпространение на вълната, а модулът е EB / μm0. Този вектор се нарича Poynting вектор.

При синусоидална (хармонична) вълна във вакуум, средната Icp на плътността на потока на електромагнитната енергия е

‡ Зареждане ...

където E0 е амплитудата на колебанията на силата на електрическото поле.

Плътността на енергийния поток в SI се измерва във ватове на квадратен метър (W / m 2 ).

5. От теорията на Максуел следва, че електромагнитните вълни трябва да оказват натиск върху абсорбиращото или отразяващото тяло. Налягането на електромагнитното излъчване се обяснява с факта, че под действието на електрическото поле на вълната се получават слаби токове в субстанцията, т.е. подреденото движение на заредени частици. Тези токове се влияят от силата Ампер от страната на магнитното поле на вълната, насочена към дебелината на веществото. Тази сила създава произтичащото от това налягане. Обикновено налягането на електромагнитното излъчване е незначително. Така например натискът на слънчевата радиация, идващ на Земята на абсорбираща повърхност, е около 5 μРа. Първите експерименти върху определянето на радиационното налягане върху отразяващите и абсорбиращите тела, които потвърждават извличането на теорията на Максуел, бяха извършени от П. Л. Лебедев през 1900 г. Експериментите на Лебедев бяха от голямо значение за твърдението на електромагнитната теория на Максуел.

Наличието на натиск от електромагнитни вълни ни позволява да заключим, че електромагнитното поле е присъщо на механичен импулс. Импулсът на електромагнитното поле в единица обем се изразява в отношението

където wem е обемната плътност на електромагнитната енергия, c е скоростта на разпространение на вълната във вакуум. Наличието на електромагнитен импулс ни позволява да въведем концепцията за електромагнитна маса.

За поле в единица обем

От това следва, че:

Тази връзка между масата и енергията на електромагнитното поле в единен обем е универсален закон на природата. Съгласно специалната теория на относителността тя е валидна за всички органи независимо от тяхната природа и вътрешна структура.

По този начин електромагнитното поле има всички признаци на материални тела - енергия, ограничена скорост на разпространение, инерция, маса. Това предполага, че електромагнитното поле е една от формите на съществуване на материята.

6. Първото експериментално потвърждение на електромагнитната теория на Максуел е дадено около 15 години след създаването на теорията в експериментите на Х. Херц (1888). Херц не само експериментално доказва съществуването на електромагнитни вълни, но за първи път започва да изучава своите свойства - абсорбция и пречупване в различни среди, отражение от метални повърхности и др. Той успя да измери експериментално дължината на вълната и скоростта на разпространение на електромагнитните вълни, които се оказаха равни на скоростта на светлината ,

Експериментите на Херц играеха решаваща роля за доказването и разпознаването на електромагнитната теория на Максуел. Седем години след тези експерименти електромагнитните вълни намериха приложение в безжичните комуникации (AS Popov, 1895).

7. Електромагнитните вълни могат да бъдат развълнувани само от ускорени заряди. DC схемите, в които носещите зарядни устройства се движат с постоянна скорост, не са източник на електромагнитни вълни. В съвременното радио инженерство се излъчват електромагнитни вълни, използващи антени с различни конструкции, при които се възбуждат високоскоростни токове.

Една вълна се нарича плоска, ако повърхностите на равни фази са равнина, т.е. в равнинна електромагнитна вълна, векторите са разположени в равнината на движение, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълната.

Хомогенната равнинна вълна е вълна, при която с подходящия избор на координатните оси векторите зависят само от една координата и времето.

36. Експериментално изследване на електромагнитните вълни (експериментите на Херц). Подобно на въпрос 38

Първото експериментално потвърждение на електромагнитната теория на Максуел е дадено в експериментите на Х. Херц през 1887 г., осем години след смъртта на Максуел. За да получи електромагнитни вълни, Hertz използва устройство, състоящо се от два пръта, разделени от искра (Hertz вибратор). За определена потенциална разлика се появи една искра в пролуката между тях, високочестотно отделяне, трептенията на тока бяха развълнувани и се излъчи електромагнитна вълна. За да получи вълни, Херц използва резонатор - правоъгълен контур с интервал, в края на който се укрепват малки медни сфери.

В експериментите си Херц не само експериментално доказва съществуването на електромагнитни вълни, но и изучава всички явления, типични за всяка вълна: отражение от метални повърхности, пречупване в голяма призма на диелектрик, намеса на движеща се вълна с отразено от метално огледало и т.н. В опита също е възможно да се измери скоростта на електромагнитните вълни, която се оказва равна на скоростта на светлината във вакуум. Тези резултати са едно от най-силните доказателства за коректността на електромагнитната теория на Максуел, според която светлината е електромагнитна вълна.

Вибраторът на Херц има дължина от 2,5 м до 1 м, което съответства на вълни с дължина от 5 до 2 м, което означава, че вълните на Херц са били милион пъти по-големи от дължината на светлинните вълни.

През 1895 г. г-н PN. Лебедев, използвайки миниатюрни вибратори, получава електромагнитни вълни с дължина около 2-6 mm. Експериментите на Херц играеха решаваща роля за доказването и разпознаването на електромагнитната теория на Максуел. Седем години след Херц, електромагнитните вълни са намерили приложение в безжичните комуникации. Важно е, че руският изобретател на радио Александър Степанович Попов в първия си радиограма през 1896 г. издава две думи: "Хенри Херц".

Херц открива възможността за откриване на колебания. Той хвана електромагнитни трептения с контур и измери интензивността им по дължината на искри в микрометър. Вибраторът и детекторът Hertz (резонатор) са показани на фигури 11 и 12.


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | | 34 | 35 | 36 |


Когато използвате този материал, свържете се със bseen2.biz (0.06 сек.)