Электромагнитные колебания и волны.

План

1. Электромагнитное поле.

2. Электромагнитные волны.

3. Вибратор Герца. Школа электромагнитных волн.

1. В 60-е годы 19 века Д. К. Максвелл создал теорию единого электромагнитного поля.

Электромагнитное поле — это вид материи, не имеет массы покоя и представляет собой совокупность связанных друг с другом переменных (вихревых) электрических и магнитных полей.

Согласно гипотезы Максвелла переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает переменное электрическое поле. Второстепенные переменные поля имеют вихревой характер, т. е. силовые линии поля, которое является первоначальным, охвачены концентрическими силовыми линиями второстепенного поля.

— линия напряженности первоначального переменного электрического поля;

— линии напряженности второстепенных вихревых электрических и магнитных полей.

Стали электрические и магнитные поля — лишь частные случаи единого электромагнитного поля.

Связанные первоначально с зарядами и токами переменные электрические и магнитные поля могут потом существовать независимо от них, то есть отделиться и, порождая друг друга, перемещаться в пространстве со скоростью:

.

В вакууме эта скорость равна: ε = 1, μ = 1

Перемещаясь в пространстве электромагнитное поле переносит свою электромагнитную энергию.

Плотность потока электромагнитной энергии — это энергия, которая переносится за единицу времени через единицу площади, перпендикулярной направлению переноса:

Поток ел.-м. энергии создает давление Р на препятствие, находящееся на его пути. Это давление пропорционально плотности потока:

Где χ — коэффициент отражения (χ = 1 — полное отражение) (χ = 0-полное поглощение).

Рmax (полное отражение) =

Важное понятие, введенное Максвеллом, это ток смещения.

Ток смещения — это особый вид тока, который не связан с движением зарядов, а пропорционален скорости изменения электрического поля в вакуум; ток смещения имеет переменное магнитное поле; ток смещения равен току проводимости во внешнем круге.

Ток смещения в вакууме не выделяет джоулева теплоты.

Итак, согласно теории Максвелла: в пространстве, охваченном переменным электрическим полем, возникает ток смещения, который состоит из тока смещения в вакууме и поляризационного тока смещения. Переменные токи проводимости, которые существуют в незамкнутых контурах, всегда замыкаются токами смещения. Между обкладками конденсатора С возникает ток смещения.

2. Электромагнитные волны.

Электромагнитные волны — это физический процесс распространения переменного электромагнитного поля в пространстве и времени в виде совокупности двух взаимно перпендикулярных переменных полей: электрического и магнитного.

Электромагнитные волны состоят из двух совпадающих по фазам волн — электрической (т. е. волны напряженности электрического поля) и магнитной (т. е. волны напряженности магнитного поля).

Источник электромагнитных волн — это самые переменные токи: переменный ток в проводнике; колебательные движения заряженных частиц, электронов и др..; Вращения электронов вокруг ядра в атоме и такое.

Простейший пример переменного тока — электрический диполь с гармонично зминюючимся моментом.

Поле диполя имеет следующие свойства:

Напряженность электрического поля колеблется в плоскости оси диполя перпендикулярно направлению излучения;

Напряженность магнитного поля колеблется перпендикулярно и направления излучения;

Колебания и происходят в одной фазе;

Амплитуды колебания и максимальные в направлении, перпендикулярном оси диполя.

Период (частота) электромагнитной волны равна периоду (частоте) колебаний диполя, излучающего.

Длина волны λ равна: , где — скорость, Т-период, ν-частота волны.

С точки зрения переноса энергии расчеты указывают, что интенсивность эл. маг. волны (то же, что и плотность потока эл.-маг. энергии) пропорциональна квадрату частоты волны: .

Отсюда следует, что для переноса значительной энергии на значительные расстояния нужно иметь источник эл. маг. волн высокой частоты — электрические колебания.

Электрические колебания — это переменные токи высокой частоты (лучше, если это частоты в мегагерцах).

4. Вибратор Герца. Школа электромагнитных волн.

В колебательном контуре могут возникнуть интенсивные высокочастотные колебания лишь при условии периодической подкачки энергии в контур, иначе потери в контуре (омическое сопротивление) очень быстро уничтожат свободные колебания.

Физическую реальность существования электромагнитных волн впервые в истории доказал в 1888 г. немецкий физик Г. Герц.

Сначала он создал колебательный контур с незатухающими колебаниями, в

Котором сквозь искровой промежуток с индукционной катушки в контур попадала электрическая энергия, которая заряжала конденсатор контура. Затем Герц получил вибратор Герца.

Вибратор Герца — это открытый колебательный контур, то есть прямолинейный проводник с искровым промежутком посередине; индуктивность и емкость очень малы.

В вибраторе Герца переменное электрическое поле сосредоточено не в конденсаторе, а окружает проводник снаружи, что значительно повышало интенсивность электромагнитного излучения.

С помощью вибратора Герц доказал существование электромагнитных волн и за 18871891 опытным путем изучал структуру и свойства распространения волн. Прием излучаемых вибратором волн Герц осуществлял точно таким же вибратором только без индукционной катушки. Вибраторы были настроены в резонанс.

Идея использования электромагнитных волн в качестве носителя сигналов была предложена и практически реализована в 1889-1895 г. г. русским ученым А. С. Поповым. Он построил первый в мире практический приемник электромагнитных волн, построен по релейной схеме (на базе чувствительного элемента — когерера). В 1900 году IV Всемирный электротехнический конгресс присудил А. С. Попову почетный диплом и золотую медаль за изобретение радио.

Опыты по изучению физической природы электромагнитных волн позволили установить реальный диапазон колебаний, которые можно отнести к этому классу излучения.

В 1895 г. П. Н. Лебедев получил волны миллиметровой длины; в 1923 г. А. Г. Глаголева-Аркадьева получила волны длиной 0,2 … 0,1 мм, которые перекрывали область инфракрасных (тепловых) волн, излучаемых колебаниями электрических зарядов атомов и молекул.

Низкочастотный диапазон колебаний (до радиоволн) генерируется механическим генераторами переменного тока;

Шкала электромагнитных волн

Радио — и теледиапазон охватывается колебательными контурами различных резонансных частот и специальными резонаторами, это относится и к радиолокации; инфракрасное излучение ведется лампами накаливания; также с различными видами ламп накаливания излучается видимый и ультрафиолетовый диапазон,.

Рентген-излучения дают трубки Рентгена;

Γ-лучи возникают в результате радиоактивного распада химических элементов (колебания в атомах);

Наиболее энергетически мощным (коротковолновым) является Космическое излучение галактик.

Реферати :

• массавая доля влажности творога
• микробиологические процессы пищевых производств
• классификация технологических линий пищевых производств
• производство сыра российского
• дезодорация в пищевых технологиях суть процесса
• класификация универсальных полуфабрикатов
• ацетон бактерии погибают -"в моче" -"спирт и ацетон" -"ацетон и др"
• тесто на приизводстве дрожевое
• товарная характеристика мяса