Войти на сайт

или
Регистрация

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).


Информация о работе «Електромагнітні хвилі»
Раздел: Физика
Количество знаков с пробелами: 10526
Количество таблиц: 1
Количество изображений: 4

Похожие работы

Скачать
19034
0
12

...  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 ...

Скачать
39939
5
10

... 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 ...

Скачать
19744
0
41

... 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- ...

Скачать
109443
15
38

... 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


Наверх