Навигация
РЕФЕРАТ
на тему:”Електромагнітні хвилі”
План
1. Природа електромагнітних хвиль.
2. Хвильові рівняння електромагнітних хвиль.
3. Енергія електромагнітних хвиль. Вектор Пойнтінга.
1. Природа електромагнітних хвиль
Існування електромагнітних хвиль – змінного електромагнітного поля, яке поширюється в просторі з кінцевою швидкістю, – випливає з рівнянь Максвелла. Рівняння Максвелла сформульовані ще в 1865 р. на основі узагальнення емпіричних законів електричних і магнітних явищ і розвитку ідеї Фарадея. Вирішальну роль для підтвердження теорії Максвелла зіграли досліди Герца (1888), які довели, що електричні й магнітні поля дійсно поширюються у вигляді хвиль, властивості яких повністю описується рівняннями Максвелла. В інтегральній формі рівняння Максвелла мають вигляд:
(1)
(2)
(3)
(4)
З цих рівнянь можна зробити кілька важливих висновків:
- змінне магнітне поле 
є причиною виникнення в просторі вихрового електричного поля (1);
- причиною виникнення статичного електричного поля є наявність у просторі статичних електричних зарядів 
(2);
- струм провідності 
і струм зміщення 
є причиною виникнення в просторі вихрового магнітного поля (3);
- магнітних зарядів в природі не існує (4).
Джерелом електромагнітних хвиль може бути будь-який електричний коливальний контур або провідник, по якому тече змінний електричний струм, оскільки для утворення електромагнітних хвиль необхідно створити в просторі змінне електричне поле (струм зміщення) (3), або відповідно змінне магнітне поле (1). Випромінююча здатність джерела електромагнітних хвиль визначається його формою, розмірами і частотою коливань. Щоб випромінювання було помітним, необхідно збільшити об’єм простору, у якому створюється змінне електромагніт-не поле. Тому для одержання електромагнітних хвиль непридатні закриті коливальні контури, так-як в них електричне поле зосереджене між обкладками конденсатора, а магнітне – усередині котушки індуктивності.
Герц у своїх дослідах, зменшуючи число витків котушки і площу пластин конденсатора, а також розсовуючи їх (рис. 1, а, б), здійснив перехід від закритого коливального контуру до відкритого коливального контуру (вібратора Герца), який складається з двох стрижнів, розділених іскровим проміжком (рис. 1, в). Якщо в закритому коливальному контурі змінне електричне поле зосереджене усередині конденсатора (рис. 1, а), то у відкритому – воно заповнює навколишній простір (рис. 1, в), що істотно підвищує інтенсивність електромагнітного випромінювання.
Рис. 1 Рис. 2
Коливання в такій системі підтримуються за рахунок джерела е.р.с., увімкненого до обкладок конденсатора, а іскровий проміжок застосовується для того, щоб збільшити різницю потенціалів, до якої в початковий момент часу заряджаються обкладки конденсатора.
Для утворення електромагнітних хвиль вібратор Герца В під’єднували до індуктора I (рис. 2). Коли напруга на іскровому проміжку досягала пробивного значення, виникала іскра, яка замикала обидві половини вібратора, і у вібраторі виникали вільні затухаючі коливання. При зникненні іскри контур розмикався і коливання припинялися. Потім індуктор знову заряджав конденсатор, виникала іскра й у контурі знову спостерігалися коливання, і т.д. Для реєстрації електромагнітних хвиль Герц використовував інший вібратор, який був названий резонатором Р, що мав таку ж частоту власних коливань, як і випромінюючий вібратор. Коли електромагнітні хвилі досягали резонатора, то в його зазорі виникала електрична іскра.
Для одержання незатухаючих коливань необхідно створити автоколивальну систему, яка б забезпечувала подачу енергії з частотою, рівною частоті власних коливань контуру. Тому в 20-х роках минулого сторіччя перейшли до генерування електромаг-нітних хвиль за допомогою електронних ламп. Лампові генератори дозволяють одержувати коливання заданої (практично будь-якої) потужності і синусоїдальної форми.
Електромагнітні хвилі, які мають досить широкий діапазон частот (або довжин хвиль λ = c/υ, де с - швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі), відрізняються одна від одної за способам їх генерації і реєстрації, а також за своїми властивостями. Тому електромагнітні хвилі поділяються на кілька видів: радіохвилі, світлові хвилі, рентгенівське і γ-випромінювання (табл. 1). Слід зазначити, що межі між різними видами електромагнітних хвиль досить умовні.
Таблиця 1.
| Вид випромінювання | Довжина хвилі, м | Частота, Гц | Джерело випромінювання |
| Радіохвилі Світлові хвилі: - інфрачервоне випромінювання. - видиме світло - ультрафіолетове випромінювання Рентгенівське випромінювання Гамма-випромінювання | 103 ─ 10-4
5·10-4 ─ 8·10-7 8·10-7─4·10-7 4·10-7 ─ 10-9
2·10-9 ─ 6·10-12 <6·10-12 | 3·105 ─ 3·1012 6·1011 ─ 3,7·1014 3,7·1014─7,5·1014
7,5·1014 ─ 3·1017
1,5·1017─5·1019 >5·1019 | Коливальний контур Вібратор Герца Ламповий генератор Лампи Нагріті тіла Лазери Рентгенівські трубки Радіоактивність Космічне випромінювання |
Наслідком теорії Максвелла є поперечний характер електромагнітних хвиль: вектори Ε і Η напруженостей електричного і магнітного полів хвилі взаємно перпендикулярні (рис. 3) і лежать у площині, яка є перпендикулярною до вектора υ швидкості поширення хвилі, причому вектори Ε, Η і υ утворюють правогвинтову систему.
Рис. 3
З рівнянь Максвелла випливає також те, що в електромагнітній хвилі вектори Ε і Η завжди коливаються в однакових фазах (рис. 3), причому миттєві значення Е і Н у будь-якій точці зв'язані співвідношенням
(5)
Рівняння коливань векторів Е і Н, які задовольняють плоским монохроматичним електромагнітним хвилям (рис.3) мають вигляд
(6)
де Е0 і Н0 ─ відповідні амплітуди електричного і магнітного полів хвилі; ω ─ колова, або циклічна частота; к ─ хвильове число ( к = ω/υ).
Похожие работы
... колеблется перпендикулярно этой плоскости, а электрический вектор необыкновенного луча колеблется в плоскости рисунка. З побудови можна зробити очевидні висновки: 1. У кристалі відбувається подвійне променезаломлення. Побудови Гюйгенса дозволяє визначити напрями розповсюдження звичайного і незвичайного променів. 2. Напрям незвичайного променя і напрям нормалі до відповідного хвилевого фронту ...
... Материалы международной конференции “Глобальные информационные системы. Проблемы и тенденции развития”.- Харьков-Туапсе (Украина-Россия).-2007.-C. 48-50. АНОТАЦІЯ Максимов І.С. Нелінійна взаємодія електромагнітного випромінювання з діелектричними періодичними структурами. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 – радіофі ...
... Висновки. Одним з перспективних напрямків сучасної фізики є дослідження поверхні твердого тіла та взаємодії поверхневих електромагнітних хвиль інфрачервоного діапазону з поверхнею та тонкими шарами напівпровідників . При взаємодії світлової хвилі з поверхнею твердого тіла виникає поверхнева електромагнітна хвиля. Квазічастинки, які відповідають цим коливанням, що мають змішаний електромагнітно- ...
... чено раніше, якщо вибрати правильний напрямок поширення хвилі, можна створити бездротової датчик температури. Середовище поширення міняється разом з температурою, впливаючи на дані на виході. Нижче наведені деякі найбільш загальні способи застосування датчиків акустичних хвиль. Термодатчик будується на термозалежності швидкості поверхневих хвиль, яка визначається напрямком і типом кристалічного ...
0 комментариев