O undă electromagnetică este un proces de modificări succesive, interdependente ale vectorilor de intensitate a câmpului electric și magnetic, direcționați perpendicular pe fasciculul de propagare a undei, în care o modificare a câmpului electric determină modificări ale câmpului magnetic, care, la rândul lor, provoacă modificări ale câmpul electric.

Wave (wave process) - procesul de propagare a oscilațiilor în continuum. Când o undă se propagă, particulele mediului nu se mișcă împreună cu unda, ci oscilează în jurul pozițiilor lor de echilibru. Împreună cu valul, numai stările de mișcare oscilativă și energia acesteia sunt transferate de la o particulă la alta a mediului. Prin urmare, principala proprietate a tuturor undelor, indiferent de natura lor, este transferul de energie fără transfer de materie

Undele electromagnetice apar ori de câte ori există un câmp electric în schimbare în spațiu. Un astfel de câmp electric în schimbare este cauzat, cel mai adesea, de mișcarea particulelor încărcate și, ca un caz special al unei astfel de mișcări, de un curent electric alternativ.

Câmpul electromagnetic este o oscilație interconectată a câmpurilor electrice (E) și magnetice (B). Distribuția unui singur câmp electromagnetic în spațiu se realizează prin intermediul undelor electromagnetice.

Undă electromagnetică - oscilații electromagnetice care se propagă în spațiu și transportă energie

Caracteristicile undelor electromagnetice, legile excitației și propagării lor sunt descrise de ecuațiile lui Maxwell (care nu sunt luate în considerare în acest curs). Dacă într-o anumită regiune a spațiului există sarcini electrice și curenți, atunci schimbarea lor în timp duce la emisia de unde electromagnetice. Descrierea propagării lor este similară cu descrierea undelor mecanice.

Dacă mediul este omogen și unda se propagă de-a lungul axei X cu o viteză v, atunci electrice (E) și magnetice (B) componentele câmpului în fiecare punct al mediului se modifică conform legii armonice cu aceeași frecvență circulară (ω) și în aceeași fază (ecuația undelor plane):

unde x este coordonata punctului și t este timpul.

Vectorii B și E sunt reciproc perpendiculari și fiecare dintre ei este perpendicular pe direcția de propagare a undei (axa X). Prin urmare, undele electromagnetice sunt transversale

Undă electromagnetică sinusoidală (armonică). Vectori și sunt reciproc perpendiculari

1) Undele electromagnetice se propagă în materie cu viteza finala

Viteză c propagarea undelor electromagnetice în vid este una dintre constantele fizice fundamentale.

Concluzia lui Maxwell despre viteza finită de propagare a undelor electromagnetice era în conflict cu cea acceptată la acea vreme teoria cu rază lungă , în care viteza de propagare a câmpurilor electrice și magnetice s-a presupus a fi infinit de mare. Prin urmare, teoria lui Maxwell se numește teorie raza scurta.

Transformările reciproce ale câmpurilor electrice și magnetice au loc într-o undă electromagnetică. Aceste procese se desfășoară simultan, iar câmpurile electrice și magnetice acționează ca „parteneri” egali. Prin urmare, densitățile de volum ale energiei electrice și magnetice sunt egale între ele: w e = w m.

4. Undele electromagnetice transportă energie. Când undele se propagă, apare un flux de energie electromagnetică. Dacă selectați un site S(Fig. 2.6.3), orientată perpendicular pe direcția de propagare a undei, apoi în scurt timp Δ t energia Δ va curge prin platformă W uh, egal

Înlocuind aici expresiile pentru w uh, w m și υ, puteți obține:

Unde E 0 este amplitudinea oscilațiilor intensității câmpului electric.

Densitatea fluxului de energie în SI este măsurată în wați pe metru pătrat(W/m2).

5. Din teoria lui Maxwell rezultă că undele electromagnetice trebuie să exercite presiune asupra unui corp absorbant sau reflector. Presiunea radiației electromagnetice se explică prin faptul că, sub acțiunea câmpului electric al undei, în substanță apar curenți slabi, adică mișcarea ordonată a particulelor încărcate. Acești curenți sunt afectați de forța Ampère din partea câmpului magnetic al undei, direcționată în grosimea substanței. Această forță creează presiunea rezultată. De obicei, presiunea radiației electromagnetice este neglijabilă. Deci, de exemplu, presiunea radiației solare care vine pe Pământ pe o suprafață absolut absorbantă este de aproximativ 5 μPa. Primele experimente pentru determinarea presiunii radiațiilor asupra corpurilor reflectorizante și absorbante, care au confirmat concluzia teoriei lui Maxwell, au fost efectuate de P. N. Lebedev în 1900. Experimentele lui Lebedev au fost de mare importanță pentru aprobarea teoriei electromagnetice a lui Maxwell.

Existența presiunii undelor electromagnetice ne permite să concluzionam că câmpul electromagnetic este inerent impuls mecanic. Momentul câmpului electromagnetic într-o unitate de volum este exprimat prin relație

Asta implică:

Această relație dintre masa și energia unui câmp electromagnetic într-o unitate de volum este o lege universală a naturii. Conform teoriei relativității speciale, este valabil pentru orice corp, indiferent de natura și structura lor internă.

Astfel, câmpul electromagnetic are toate caracteristicile corpurilor materiale - energie, viteză finită de propagare, impuls, masă. Acest lucru sugerează că câmpul electromagnetic este una dintre formele de existență a materiei.

6. Prima confirmare experimentală a teoriei electromagnetice a lui Maxwell a fost dată la aproximativ 15 ani de la crearea teoriei în experimentele lui G. Hertz (1888). Hertz nu numai că a demonstrat experimental existența undelor electromagnetice, dar pentru prima dată a început să studieze proprietățile acestora - absorbția și refracția în diferite medii, reflexia de pe suprafețele metalice etc. El a reușit să măsoare lungimea de undă și viteza de propagare a undelor electromagnetice, care s-a dovedit a fi egală cu viteza luminii.

Experimentele lui Hertz au jucat un rol decisiv în demonstrarea și recunoașterea teoriei electromagnetice a lui Maxwell. La șapte ani după aceste experimente, undele electromagnetice și-au găsit aplicație în comunicațiile fără fir (A. S. Popov, 1895).

7. Undele electromagnetice pot fi doar excitate taxe cu mișcare rapidă. Circuitele DC, în care purtătorii de sarcină se mișcă cu o viteză constantă, nu sunt o sursă de unde electromagnetice. În ingineria radio modernă, radiația undelor electromagnetice este produsă folosind antene de diferite modele, în care sunt excitați curenți alternativi rapidi.

Cel mai simplu sistem care emite unde electromagnetice este un mic dipol electric, momentul dipol p (t) care se modifică rapid în timp.

Un astfel de dipol elementar se numește dipol hertzian . În inginerie radio, dipolul hertzian este echivalent cu o antenă mică, a cărei dimensiune este mult mai mică decât lungimea de undă λ (Fig. 2.6.4).

Orez. 2.6.5 oferă o idee despre structura undei electromagnetice emise de un astfel de dipol.

Trebuie remarcat faptul că fluxul maxim de energie electromagnetică este emis într-un plan perpendicular pe axa dipolului. Un dipol nu radiază energie de-a lungul axei sale. Hertz a folosit un dipol elementar ca antenă de transmisie și recepție pentru a demonstra experimental existența undelor electromagnetice.

M. Faraday a introdus conceptul de câmp:

un câmp electrostatic în jurul unei sarcini în repaus

în jurul sarcinilor în mișcare (curent) există un câmp magnetic.

În 1830, M. Faraday a descoperit fenomenul inducției electromagnetice: atunci când câmpul magnetic se modifică, apare un câmp electric vortex.

Figura 2.7 - Câmp electric vortex

Unde,
- vectorul intensității câmpului electric,
- vector de inducție magnetică.

Un câmp magnetic alternant creează un câmp electric vortex.

În 1862 D.K. Maxwell a prezentat o ipoteză: atunci când câmpul electric se modifică, apare un câmp magnetic vortex.

A apărut ideea unui singur câmp electromagnetic.

Figura 2.8 - Câmp electromagnetic unificat.

Câmpul electric alternativ creează un câmp magnetic vortex.

Câmp electromagnetic- aceasta este o formă specială de materie - o combinație de câmpuri electrice și magnetice. Câmpurile electrice și magnetice variabile există simultan și formează un singur câmp electromagnetic. Este material:

Se manifestă în acțiune atât asupra sarcinilor în repaus, cât și în mișcare;

Se răspândește cu o viteză mare, dar finită;

Ea există independent de voința și dorințele noastre.

La o rată de încărcare de zero, există doar un câmp electric. La o rată de încărcare constantă, se generează un câmp electromagnetic.

Odată cu mișcarea accelerată a sarcinii, este emisă o undă electromagnetică, care se propagă în spațiu cu o viteză finită .

Dezvoltarea ideii undelor electromagnetice îi aparține lui Maxwell, dar Faraday știa deja despre existența lor, deși îi era frică să publice lucrarea (a fost citită la mai bine de 100 de ani de la moartea sa).

Condiția principală pentru apariția unei unde electromagnetice este mișcarea accelerată a sarcinilor electrice.

Ce este o undă electromagnetică, este ușor să ne imaginăm următorul exemplu. Dacă arunci o pietricică la suprafața apei, atunci la suprafață se formează valuri divergente în cercuri. Se deplasează de la sursa apariției lor (perturbarea) cu o anumită viteză de propagare. Pentru undele electromagnetice, perturbațiile sunt câmpuri electrice și magnetice care se mișcă în spațiu. Un câmp electromagnetic variabil în timp determină în mod necesar un câmp magnetic alternant și invers. Aceste câmpuri sunt interconectate.

Sursa principală a spectrului undelor electromagnetice este steaua Soarelui. O parte din spectrul undelor electromagnetice vede ochiul uman. Acest spectru se află în intervalul 380...780 nm (Fig. 2.1). În spectrul vizibil, ochiul percepe lumina diferit. Oscilațiile electromagnetice cu lungimi de undă diferite provoacă senzația de lumină cu culori diferite.

Figura 2.9 - Spectrul undelor electromagnetice

O parte din spectrul undelor electromagnetice este utilizată în scopuri de transmisie radio și televiziune și comunicații. Sursa undelor electromagnetice este un fir (antenă) în care fluctuează sarcinile electrice. Procesul de formare a câmpurilor, care a început în apropierea firului, treptat, punct cu punct, surprinde întregul spațiu. Cu cât este mai mare frecvența curentului alternativ care trece prin fir și generează un câmp electric sau magnetic, cu atât undele radio de o anumită lungime create de fir sunt mai intense.

Radio(lat. radio - emit, emit rays ← rază - fascicul) - un tip de comunicare fără fir în care undele radio care se propagă liber în spațiu sunt folosite ca purtător de semnal.

unde radio(de la radio...), unde electromagnetice cu o lungime de undă > 500 µm (frecvență< 6×10 12 Гц).

Undele radio sunt câmpuri electrice și magnetice care se modifică în timp. Viteza de propagare a undelor radio în spațiul liber este de 300.000 km/s. Pe baza acesteia, puteți determina lungimea undei radio (m).

λ=300/f, unde f - frecvență (MHz)

Vibrațiile sonore ale aerului create în timpul unei convorbiri telefonice sunt convertite de microfon în vibrații electrice de frecvență sonoră, care sunt transmise prin fire către echipamentul abonatului. Acolo, la celălalt capăt al liniei, cu ajutorul emițătorului telefonului, acestea sunt transformate în vibrații de aer percepute de abonat ca sunete. În telefonie, mijloacele de comunicare sunt firele; în radiodifuziune, undele radio.

„Inima” emițătorului oricărei stații de radio este un generator - un dispozitiv care generează oscilații de o frecvență ridicată, dar strict constantă pentru un anumit post de radio. Aceste oscilații de radiofrecvență, amplificate la puterea necesară, intră în antenă și excită în spațiul înconjurător oscilații electromagnetice de exact aceeași frecvență - undele radio. Viteza de îndepărtare a undelor radio de la antena postului de radio este egală cu viteza luminii: 300.000 km/s, care este de aproape un milion de ori mai rapidă decât propagarea sunetului în aer. Aceasta înseamnă că, dacă un transmițător a fost pornit la un anumit moment în timp la postul de radiodifuziune din Moscova, atunci undele sale radio ar ajunge la Vladivostok în mai puțin de 1/30 s, iar sunetul în acest timp ar avea timp să se propage doar 10- 11 m.

Undele radio se propagă nu numai în aer, ci și acolo unde nu există, de exemplu, în spațiul cosmic. Prin aceasta, ele diferă de undele sonore, pentru care aerul sau un alt mediu dens, cum ar fi apa, este absolut necesar.

unde electromagnetice este un câmp electromagnetic care se propagă în spațiu (oscilații ale vectorilor
). În apropierea sarcinii, câmpurile electrice și magnetice se modifică cu o defazare p/2.

Figura 2.10 - Câmp electromagnetic unificat.

La o distanță mare de sarcină, câmpurile electrice și magnetice se schimbă în fază.

Figura 2.11 - Schimbarea în fază a câmpurilor electrice și magnetice.

Unda electromagnetică este transversală. Direcția vitezei undei electromagnetice coincide cu direcția de mișcare a șurubului drept atunci când se rotește mânerul brațului vectorial la vector .

Figura 2.12 - Unda electromagnetica.

Mai mult, într-o undă electromagnetică, relația
, unde c este viteza luminii în vid.

Maxwell a calculat teoretic energia și viteza undelor electromagnetice.

Prin urmare, energia undelor este direct proporțională cu a patra putere a frecvenței. Aceasta înseamnă că pentru a fixa mai ușor unda este necesar ca aceasta să fie de înaltă frecvență.

Undele electromagnetice au fost descoperite de G. Hertz (1887).

Un circuit oscilator închis nu radiază unde electromagnetice: toată energia câmpului electric al condensatorului este convertită în energia câmpului magnetic al bobinei. Frecvența de oscilație este determinată de parametrii circuitului oscilator:
.

Figura 2.13 - Circuit oscilator.

Pentru a crește frecvența, este necesar să scadă L și C, adică. întoarce bobina într-un fir drept și, ca
, reduceți suprafața plăcilor și întindeți-le la distanța maximă. Acest lucru arată că obținem, în esență, un conductor drept.

Un astfel de dispozitiv se numește vibrator Hertz. Mijlocul este tăiat și conectat la un transformator de înaltă frecvență. Între capetele firelor, pe care sunt fixați mici conductori sferici, sare o scânteie electrică, care este sursa undei electromagnetice. Unda se propagă în așa fel încât vectorul intensității câmpului electric oscilează în planul în care se află conductorul.

Figura 2.14 - Vibrator Hertz.

Dacă același conductor (antenă) este plasat paralel cu emițător, atunci sarcinile din acesta vor oscila și scântei slabe vor sări între conductori.

Hertz a descoperit undele electromagnetice într-un experiment și le-a măsurat viteza, care a coincis cu cea calculată de Maxwell și egală cu c=3. 108 m/s.

Un câmp electric alternativ generează un câmp magnetic alternativ, care, la rândul său, generează un câmp electric alternativ, adică o antenă care excită unul dintre câmpuri determină apariția unui singur câmp electromagnetic. Cea mai importantă proprietate a acestui câmp este că se propagă sub formă de unde electromagnetice.

Viteza de propagare a undelor electromagnetice într-un mediu fără pierderi depinde de permeabilitatea relativ dielectrică și magnetică a mediului. Pentru aer, permeabilitatea magnetică a mediului este egală cu unu, prin urmare, viteza de propagare a undelor electromagnetice în acest caz este egală cu viteza luminii.

Antena poate fi un fir vertical alimentat de un generator de înaltă frecvență. Generatorul cheltuiește energie pentru a accelera mișcarea electronilor liberi în conductor, iar această energie este convertită într-un câmp electromagnetic alternant, adică unde electromagnetice. Cu cât frecvența curentului generatorului este mai mare, cu atât câmpul electromagnetic se schimbă mai rapid și vindecarea undelor este mai intensă.

La firul antenei sunt conectate atât un câmp electric, ale cărui linii de forță încep la sarcini pozitive și se termină la sarcini negative, cât și un câmp magnetic, ale cărui linii se închid în jurul curentului firului. Cu cât perioada de oscilație este mai scurtă, cu atât mai puțin timp rămâne pentru ca energia câmpurilor legate să revină la fir (adică la generator) și cu atât trece mai mult în câmpuri libere, care se propagă mai departe sub formă de unde electromagnetice. Radiația eficientă a undelor electromagnetice are loc în condiția comensurabilității lungimii de undă și a lungimii firului radiant.

Astfel, se poate stabili că unda radio- acesta este un câmp electromagnetic care nu este asociat cu emițătorul și dispozitivele de formare a canalelor, care se propagă liber în spațiu sub forma unei unde cu o frecvență de oscilație de 10 -3 până la 10 12 Hz.

Oscilațiile electronilor din antenă sunt create de o sursă de modificare periodică a EMF cu o perioadă T. Dacă la un moment dat câmpul de la antenă a avut o valoare maximă, atunci va avea aceeași valoare după un timp T. În acest timp, câmpul electromagnetic care exista la momentul inițial la antenă se va deplasa la o distanță

λ = υТ (1)

Se numește distanța minimă dintre două puncte din spațiu unde câmpul are aceeași valoare lungime de undă. După cum rezultă din (1), lungimea de undă λ depinde de viteza de propagare a acestuia și de perioada de oscilație a electronilor din antenă. La fel de frecvență actual f = 1 / T, apoi lungimea de undă λ = υ / f .

Legătura radio include următoarele părți principale:

Transmiţător

Receptor

Mediul în care se propagă undele radio.

Emițătorul și receptorul sunt elemente controlabile ale conexiunii radio, deoarece este posibil să creșteți puterea emițătorului, să conectați o antenă mai eficientă și să creșteți sensibilitatea receptorului. Mediul este un element necontrolat al legăturii radio.

Diferența dintre o linie de comunicație radio și liniile cu fir este că liniile cu fir folosesc fire sau cabluri ca legătură de legătură, care sunt elemente controlate (le puteți modifica parametrii electrici).

este procesul de propagare a interacțiunii electromagnetice în spațiu.
Undele electromagnetice sunt descrise de ecuațiile lui Maxwell comune fenomenelor electromagnetice. Chiar și în absența sarcinilor electrice și a curenților în spațiu, ecuațiile lui Maxwell au soluții diferite de zero. Aceste soluții descriu unde electromagnetice.
În absența sarcinilor și a curenților, ecuațiile lui Maxwell iau următoarea formă:

,

Aplicând operația putrezire la primele două ecuații, puteți obține ecuații separate pentru determinarea intensității câmpurilor electrice și magnetice.

Aceste ecuații au forma tipică de ecuații de undă. Decuplările lor sunt suprapunerea expresiilor de tipul următor

Unde - Un anumit vector, care se numește vector de undă, ? - un număr numit frecvență ciclică, ? - faza. Mărimile sunt amplitudinile componentelor electrice și magnetice ale undei electromagnetice. Ele sunt reciproc perpendiculare și egale în valoare absolută. Interpretarea fizică a fiecăreia dintre mărimile introduse este dată mai jos.
În vid, o undă electromagnetică se deplasează cu o viteză numită viteza luminii. Viteza luminii este o constantă fizică fundamentală, care este indicată de litera latină c. Conform postulatului de bază al teoriei relativității, viteza luminii este viteza maximă posibilă de transfer de informații sau de mișcare a corpului. Această viteză este de 299.792.458 m/s.
Unda electromagnetică este caracterizată de frecvență. Distingeți frecvența liniei? si frecventa ciclica? = 2??. În funcție de frecvență, undele electromagnetice aparțin unuia dintre intervalele spectrale.
O altă caracteristică a undei electromagnetice este vectorul de undă. Vectorul de undă determină direcția de propagare a undei electromagnetice, precum și lungimea acesteia. Valoarea absolută a vectorului vântului se numește număr de undă.
Lungimea undei electromagnetice? = 2? / k, unde k este numărul de undă.
Lungimea undei electromagnetice este legată de frecvență prin legea dispersiei. În gol, această conexiune este simplă:

?? = c.

Acest raport este adesea scris ca

? = c k.

Undele electromagnetice cu aceeași frecvență și vector de undă pot diferi în fază.
În vid, vectorii de putere ai câmpurilor electrice și magnetice ale unei unde electromagnetice sunt în mod necesar perpendiculari pe direcția de propagare a undei. Astfel de unde se numesc unde transversale. Din punct de vedere matematic, acest lucru este descris de ecuațiile și . În plus, intensitățile câmpurilor electrice și magnetice sunt perpendiculare între ele și sunt întotdeauna egale în valoare absolută în orice punct al spațiului: E = H. Dacă alegeți un sistem de coordonate astfel încât axa z să coincidă cu direcția de propagare a unei unde electromagnetice, există două posibilități diferite pentru vectorii de putere a câmpului electric de direcții. Dacă câmpul eclectic este îndreptat de-a lungul axei x, atunci câmpul magnetic va fi direcționat de-a lungul axei y și invers. Aceste două posibilități diferite nu se exclud reciproc și corespund două polarizări diferite. Această problemă este discutată mai detaliat în articolul Polarizarea undelor.
Domenii spectrale cu lumină vizibilă selectată În funcție de frecvență sau lungime de undă (aceste cantități sunt legate), undele electromagnetice sunt clasificate în diferite domenii. Undele din diferite game interacționează cu corpurile fizice în moduri diferite.
Undele electromagnetice cu cea mai joasă frecvență (sau cea mai mare lungime de undă) sunt denumite raza radio. Banda radio este folosită pentru a transmite semnale la distanță folosind radio, televiziune, telefoane mobile. Radarul funcționează în domeniul radio. Raza radio este împărțită în metru, disemetru, centimetru, milimetru, în funcție de lungimea undei electromagnetice.
Este posibil ca undele electromagnetice să aparțină domeniului infraroșu. În domeniul infraroșu se află radiația termică a corpului. Înregistrarea acestei vibrații stă la baza funcționării dispozitivelor de vedere pe timp de noapte. Undele infrarosii sunt folosite pentru a studia vibratiile termice din corpuri si ajuta la stabilirea structurii atomice a solidelor, gazelor si lichidelor.
Radiația electromagnetică cu o lungime de undă de la 400 nm până la 800 nm aparține domeniului luminii vizibile. Lumina vizibilă are culori diferite în funcție de frecvență și lungime de undă.
Se numesc lungimi de undă mai mici de 400 nm ultraviolet. Ochiul uman nu le distinge, deși proprietățile lor nu diferă de proprietățile undelor din domeniul vizibil. Frecvența înaltă și, în consecință, energia cuantelor unei astfel de lumini duce la un efect mai distructiv al undelor ultraviolete asupra obiectelor biologice. Suprafața pământului este protejată de efectele nocive ale undelor ultraviolete de către stratul de ozon. Pentru o protecție suplimentară, natura a înzestrat oamenii cu piele întunecată. Cu toate acestea, oamenii au nevoie de raze ultraviolete pentru a produce vitamina D. De aceea oamenii din latitudinile nordice, unde intensitatea undelor ultraviolete este mai puțin intensă, și-au pierdut culoarea închisă a pielii.
Undele electromagnetice de frecvență mai înaltă sunt raze X gamă. Ele sunt numite astfel pentru că au fost descoperite de Roentgen, studiind radiația care se formează în timpul decelerației electronilor. În literatura străină se numesc astfel de valuri raze X respectând dorinţa lui Roentgen ca razele să nu-l numească pe numele lui. Undele de raze X interacționează slab cu materia, fiind absorbite mai puternic acolo unde densitatea este mai mare. Acest fapt este folosit în medicină pentru fluorografia cu raze X. Undele de raze X sunt, de asemenea, folosite pentru analiza elementară și studiul structurii corpurilor cristaline.
au cea mai mare frecvență și cea mai scurtă lungime ?-razele. Astfel de raze se formează ca rezultat al reacțiilor nucleare și al reacțiilor dintre particulele elementare. razele ? au un mare efect distructiv asupra obiectelor biologice. Cu toate acestea, ele sunt folosite în fizică pentru a studia diferite caracteristici ale nucleului atomic.
Energia unei unde electromagnetice este determinată de suma energiilor câmpurilor electrice și magnetice. Densitatea de energie într-un anumit punct al spațiului este dată de:

.

Densitatea de energie medie în timp este egală cu.

,

Unde E 0 = H 0 este amplitudinea undei.
Densitatea fluxului de energie al unei unde electromagnetice este de mare importanță. În special, determină fluxul luminos în optică. Densitatea fluxului de energie al unei unde electromagnetice este dată de vectorul Umov-Poynting.

Propagarea undelor electromagnetice într-un mediu are o serie de caracteristici în comparație cu propagarea în vid. Aceste caracteristici sunt legate de proprietățile mediului și depind în general de frecvența undei electromagnetice. Componentele electrice și magnetice ale undei provoacă polarizarea și magnetizarea mediului. Acest răspuns al mediului nu este același în cazul frecvențelor joase și înalte. La o frecvență scăzută a undei electromagnetice, electronii și ionii substanței au timp să răspundă la schimbările de intensitate a câmpurilor electrice și magnetice. Răspunsul mediului urmărește fluctuațiile temporale în valuri. La o frecvență înaltă, electronii și ionii substanței nu au timp să se deplaseze în perioada de oscilație a câmpurilor de undă și, prin urmare, polarizarea și magnetizarea mediului sunt mult mai mici.
Câmpul electromagnetic de joasă frecvență nu pătrunde în metale, unde există mulți electroni liberi, care sunt deplasați în acest fel, stinge complet unda electromagnetică. O undă electromagnetică începe să pătrundă în metal la o frecvență care depășește o anumită frecvență, care se numește frecvența plasmei. La frecvențe mai mici decât frecvența plasmei, o undă electromagnetică poate pătrunde în stratul de suprafață al metalului. Acest fenomen se numește efect de piele.
În dielectrici, legea de dispersie a undei electromagnetice se modifică. Dacă undele electromagnetice se propagă cu o amplitudine constantă în vid, atunci într-un mediu se degradează datorită absorbției. În acest caz, energia undei este transferată către electronii sau ionii mediului. În total, legea dispersiei în absența efectelor magnetice ia forma

Unde numărul de undă k este o mărime totală complexă, a cărei parte imaginară descrie scăderea amplitudinii undei electromagnetice, este permisivitatea complexă dependentă de frecvență a mediului.
În mediile anizotrope, direcția vectorilor câmpurilor electrice și magnetice nu este neapărat perpendiculară pe direcția de propagare a undelor. Cu toate acestea, direcția vectorilor de inducție electrică și magnetică păstrează această proprietate.
Într-un mediu, în anumite condiții, se poate propaga un alt tip de undă electromagnetică - o undă electromagnetică longitudinală, pentru care direcția vectorului intensității câmpului electric coincide cu direcția de propagare a undei.
La începutul secolului al XX-lea, pentru a explica spectrul de radiații al unui corp negru, Max Planck a sugerat că undele electromagnetice sunt emise de cuante cu energie proporțională cu frecvența. Câțiva ani mai târziu, Albert Einstein, explicând fenomenul efectului fotoelectric, a extins această idee presupunând că undele electromagnetice sunt absorbite de aceleași cuante. Astfel, a devenit clar că undele electromagnetice sunt caracterizate de unele proprietăți care au fost atribuite anterior particulelor materiale, corpusculilor.
Această idee se numește dualism cu unde corpusculare.

Multe modele de procese ondulatorii sunt de natură universală și sunt la fel de valabile pentru unde de natură variată: unde mecanice într-un mediu elastic, unde pe suprafața apei, într-o cordă întinsă etc. Undele electromagnetice, care sunt procesul de propagare a oscilațiile câmpului electromagnetic nu fac excepție. Dar, spre deosebire de alte tipuri de unde, care se propagă într-un mediu material, undele electromagnetice se pot propaga în vid: nu este necesar niciun mediu material pentru propagarea câmpurilor electrice și magnetice. Cu toate acestea, undele electromagnetice pot exista nu numai în vid, ci și în materie.

Predicția undelor electromagnetice. Existența undelor electromagnetice a fost prezisă teoretic de Maxwell ca rezultat al analizei sistemului său de ecuații propus care descrie câmpul electromagnetic. Maxwell a arătat că un câmp electromagnetic în vid poate exista chiar și în absența surselor - sarcini și curenți. Un câmp fără surse are forma unor unde care se propagă cu o viteză finită cm/s, în care vectorii câmpurilor electrice și magnetice în fiecare moment de timp în fiecare punct al spațiului sunt perpendiculari între ei și perpendiculari pe direcția undei. propagare.

Experimental, undele electromagnetice au fost descoperite și studiate de Hertz la numai 10 ani după moartea lui Maxwell.

vibrator deschis. Pentru a înțelege cum pot fi obținute undele electromagnetice experimental, să luăm în considerare un circuit oscilator „deschis”, în care plăcile condensatorului sunt depărtate (Fig. 176) și, prin urmare, câmpul electric ocupă o zonă mare a spațiului. Odată cu creșterea distanței dintre plăci, capacitatea C a condensatorului scade și, în conformitate cu formula Thomson, crește frecvența oscilațiilor naturale. Dacă înlocuim și inductorul cu o bucată de sârmă, atunci inductanța va scădea și frecvența naturală va crește și mai mult. În acest caz, nu numai câmpul electric, ci și câmpul magnetic, care anterior era închis în interiorul bobinei, va ocupa acum o regiune mare de spațiu care acoperă acest fir.

O creștere a frecvenței oscilațiilor în circuit, precum și o creștere a dimensiunilor sale liniare, duce la faptul că perioada naturală

oscilațiile devin comparabile cu timpul de propagare a câmpului electromagnetic de-a lungul întregului circuit. Aceasta înseamnă că procesele de oscilații electromagnetice naturale într-un astfel de circuit deschis nu mai pot fi considerate cvasi-staționare.

Orez. 176. Trecerea de la un circuit oscilant la un vibrator deschis

Puterea curentului în diferitele sale locuri în același timp este diferită: la capetele circuitului este întotdeauna zero, iar în mijloc (unde era bobina) oscilează cu amplitudine maximă.

În cazul limitativ, când circuitul oscilator s-a transformat pur și simplu într-un segment de sârmă drept, distribuția curentului de-a lungul circuitului la un moment dat în timp este prezentată în Fig. 177a. În momentul în care puterea curentului într-un astfel de vibrator este maximă, câmpul magnetic care îl acoperă atinge și el un maxim și nu există câmp electric în apropierea vibratorului. După un sfert din perioadă, puterea curentului dispare și, odată cu aceasta, câmpul magnetic din apropierea vibratorului; sarcinile electrice sunt concentrate în apropierea capetelor vibratorului, iar distribuția lor are forma prezentată în Fig. 1776. Câmpul electric în apropierea vibratorului în acest moment este maxim.

Orez. 177. Distribuția de-a lungul unui vibrator deschis a puterii curentului în momentul în care aceasta este maximă (a) și distribuția sarcinilor după un sfert din perioada (b)

Aceste oscilații de sarcină și curent, adică oscilațiile electromagnetice într-un vibrator deschis, sunt destul de analoge cu oscilațiile mecanice care pot apărea într-un arc oscilator dacă corpul masiv atașat de acesta este îndepărtat. În acest caz, este necesar să se ia în considerare masa părților individuale ale arcului și să o considere ca un sistem distribuit, în care fiecare element are atât proprietăți elastice, cât și inerte. În cazul unui vibrator electromagnetic deschis, fiecare dintre elementele sale are, de asemenea, simultan atât inductanță, cât și capacitate.

Câmpurile electrice și magnetice ale vibratorului. Natura necvasi-staționară a oscilațiilor într-un vibrator deschis duce la faptul că câmpurile create de secțiunile sale individuale la o anumită distanță de vibrator nu se mai compensează reciproc, așa cum este cazul unui circuit oscilator „închis” cu parametrii concentrați, unde oscilațiile sunt cvasi-staționare, câmpul electric este concentrat în întregime în interiorul condensatorului, iar magnetic - în interiorul bobinei. Datorită unei astfel de separări spațiale a câmpurilor electrice și magnetice, acestea nu sunt direct legate între ele: transformarea lor reciprocă se datorează numai transferului curent - sarcină de-a lungul circuitului.

La un vibrator deschis, unde câmpurile electrice și magnetice se suprapun în spațiu, are loc influența lor reciprocă: un câmp magnetic în schimbare generează un câmp electric vortex, iar un câmp electric în schimbare generează un câmp magnetic. Ca urmare, este posibilă existența unor astfel de câmpuri „auto-susținute” care se propagă în spațiul liber la o distanță mare de vibrator. Acestea sunt undele electromagnetice emise de vibrator.

Experimentele lui Hertz. Vibratorul, cu ajutorul căruia G. Hertz în 1888 a fost primul care a obținut experimental unde electromagnetice, era un conductor drept cu un mic întrefier la mijloc (Fig. 178a). Datorită acestui decalaj, cele două jumătăți ale vibratorului ar putea fi transmise sarcini semnificative. Când diferența de potențial a atins o anumită valoare limită, s-a produs o defecțiune în spațiul de aer (o scânteie a sărit) și sarcini electrice ar putea circula prin aerul ionizat de la o jumătate a vibratorului în cealaltă. Într-un circuit deschis, au apărut oscilații electromagnetice. Pentru ca curenții alternativi rapidi să existe doar în vibrator și să nu se închidă prin sursa de energie, între vibrator și sursă au fost conectate șocuri (vezi Fig. 178a).

Orez. 178. Vibrator Hertz

Vibrațiile de înaltă frecvență în vibrator există atâta timp cât scânteia închide decalajul dintre jumătățile sale. Amortizarea unor astfel de oscilații în vibrator are loc în principal nu datorită pierderilor Joule asupra rezistenței (ca într-un circuit oscilator închis), ci datorită radiației undelor electromagnetice.

Pentru a detecta undele electromagnetice, Hertz a folosit un al doilea vibrator (de primire) (Fig. 1786). Sub acțiunea unui câmp electric alternativ al unei unde care vine de la emițător, electronii din vibratorul receptor efectuează oscilații forțate, adică un curent alternativ rapid este excitat în vibrator. Dacă dimensiunile vibratorului receptor sunt aceleași cu cele ale celui radiant, atunci frecvențele oscilațiilor electromagnetice naturale din ele coincid și oscilațiile forțate din vibratorul receptor ating o valoare notabilă datorită rezonanței. Aceste oscilații au fost detectate de Hertz prin trecerea unei scântei într-un spațiu microscopic din mijlocul vibratorului receptor sau prin strălucirea unui tub miniatural cu descărcare în gaz G, conectat între jumătățile vibratorului.

Hertz nu numai că a dovedit experimental existența undelor electromagnetice, dar pentru prima dată a început să studieze proprietățile acestora - absorbția și refracția în diferite medii, reflexia de pe suprafețele metalice etc. Experimental, a fost, de asemenea, posibil să se măsoare viteza undelor electromagnetice, care s-a dovedit a fi egală cu viteza luminii.

Coincidența vitezei undelor electromagnetice cu viteza luminii măsurată cu mult înainte de descoperirea lor a servit drept punct de plecare pentru identificarea luminii cu undele electromagnetice și crearea unei teorii electromagnetice a luminii.

O undă electromagnetică există fără surse de câmpuri în sensul că după emiterea ei, câmpul electromagnetic al undei nu este asociat cu sursa. În acest fel, o undă electromagnetică diferă de câmpurile electrice și magnetice statice, care nu există izolat de sursă.

Mecanismul de radiație a undelor electromagnetice. Radiația undelor electromagnetice are loc odată cu mișcarea accelerată a sarcinilor electrice. Este posibil să înțelegem cum câmpul electric transversal al unei unde ia naștere din câmpul radial Coulomb al unei sarcini punctuale folosind următorul raționament simplu propus de J. Thomson.

Orez. 179. Câmpul unei sarcini punctiforme imobile

Luați în considerare câmpul electric creat de o sarcină punctiformă.Dacă sarcina este în repaus, atunci câmpul ei electrostatic este reprezentat de linii radiale de forță care ies din sarcină (Fig. 179). Fie ca în momentul de timp sarcina sub acțiunea unei forțe externe începe să se miște cu o accelerație a, iar după un timp acțiunea acestei forțe se oprește, astfel încât sarcina se mișcă mai departe uniform la o viteză.Graficul vitezei sarcinii este prezentat în Fig. 180.

Imaginează-ți o imagine a liniilor câmpului electric creat de această sarcină, după o perioadă lungă de timp.Deoarece câmpul electric se propagă cu viteza luminii c,

atunci modificarea câmpului electric cauzată de mișcarea sarcinii nu a putut ajunge în punctele aflate în afara sferei razei: în afara acestei sfere, câmpul este același ca în cazul unei sarcini staționare (Fig. 181). Puterea acestui câmp (în sistemul gaussian de unități) este egală cu

Întreaga modificare a câmpului electric cauzată de mișcarea accelerată a sarcinii în timp în momentul de timp se află în interiorul unui strat sferic subțire de grosime, a cărui rază exterioară este egală cu și cea interioară - Acest lucru este prezentat în Fig. 181. În interiorul sferei de rază, câmpul electric este câmpul unei sarcini care se mișcă uniform.

Orez. 180. Graficul ratei de încărcare

Orez. 181. Liniile intensității câmpului electric al unei sarcini care se deplasează conform graficului din fig. 180

Orez. 182. La derivarea formulei pentru intensitatea câmpului de radiație al unei sarcini în mișcare accelerată

Dacă viteza de încărcare este mult mai mică decât viteza luminii c, atunci acest câmp coincide în momentul de timp cu câmpul unei sarcini punctiforme staționare situate la o distanță de la început (Fig. 181): câmpul unei sarcini lent. deplasându-se cu o viteză constantă se mișcă odată cu ea, iar distanța parcursă de sarcină în timp, așa cum se poate vedea din Fig. 180, poate fi considerat egal dacă r»t.

Imaginea câmpului electric din interiorul stratului sferic este ușor de găsit, având în vedere continuitatea liniilor de forță. Pentru a face acest lucru, trebuie să conectați liniile radiale de forță corespunzătoare (Fig. 181). Îndoirea liniilor de forță cauzată de mișcarea accelerată a sarcinii „fuge” de sarcină cu o viteză c. O îndoire în liniile de forță între

sfere, acesta este câmpul de radiație care ne interesează, propagăndu-se cu o viteză c.

Pentru a găsi câmpul de radiație, luați în considerare una dintre liniile de intensitate, care formează un anumit unghi cu direcția mișcării sarcinii (Fig. 182). Descompunem vectorul intensității câmpului electric în ruptura E în două componente: radială și transversală.Componenta radială este puterea câmpului electrostatic creat de sarcina aflată la distanță de aceasta:

Componenta transversală este puterea câmpului electric în unda emisă de sarcină în timpul mișcării accelerate. Deoarece această undă trece de-a lungul razei, vectorul este perpendicular pe direcția de propagare a undei. Din fig. 182 arată că

Înlocuind aici din (2), găsim

Considerând că un raport este accelerația a, cu care sarcina s-a deplasat în intervalul de timp de la 0 la, rescriem această expresie sub forma

În primul rând, acordăm atenție faptului că puterea câmpului electric al undei scade invers cu distanța de la centru, în contrast cu puterea câmpului electrostatic, care este proporțională cu o astfel de dependență de distanță și ar trebui să ne așteptăm dacă luăm în considerare legea conservării energiei. Deoarece nu există absorbție de energie atunci când o undă se propagă într-un gol, cantitatea de energie care a trecut printr-o sferă de orice rază este aceeași. Deoarece aria suprafeței unei sfere este proporțională cu pătratul razei sale, fluxul de energie printr-o unitate a suprafeței sale trebuie să fie invers proporțional cu pătratul razei. Având în vedere că densitatea de energie a câmpului electric al undei este egală, concluzionăm că

Mai mult, observăm că intensitatea câmpului undei din formula (4) în momentul de timp depinde de accelerația sarcinii și în momentul de timp unda radiată în acest moment atinge un punct situat la distanță după un timp. egal cu

Radiația unei sarcini oscilante. Să presupunem acum că sarcina se mișcă tot timpul de-a lungul unei linii drepte cu o accelerație variabilă în apropierea originii, de exemplu, efectuează oscilații armonice. Atâta timp cât este, va emite unde electromagnetice continuu. Intensitatea câmpului electric al undei într-un punct situat la o distanță de originea coordonatelor este încă determinată de formula (4), iar câmpul în momentul de timp depinde de accelerația sarcinii a într-un moment anterior.

Fie mișcarea sarcinii o oscilație armonică în apropierea originii cu o anumită amplitudine A și frecvență w:

Accelerația sarcinii în timpul unei astfel de mișcări este dată de expresia

Înlocuind accelerația de sarcină în formula (5), obținem

O modificare a câmpului electric în orice punct în timpul trecerii unei astfel de unde este o oscilație armonică cu o frecvență , adică o sarcină oscilantă radiază o undă monocromatică. Desigur, formula (8) este valabilă la distanțe mai mari decât amplitudinea oscilațiilor de sarcină A.

Energia unei unde electromagnetice. Densitatea de energie a câmpului electric al unei unde monocromatice emisă de o sarcină poate fi găsită folosind formula (8):

Densitatea energiei este proporțională cu pătratul amplitudinii oscilației sarcinii și cu puterea a patra a frecvenței.

Orice fluctuație este asociată cu tranziții periodice de energie de la o formă la alta și invers. De exemplu, oscilațiile unui oscilator mecanic sunt însoțite de transformări reciproce ale energiei cinetice și ale energiei potențiale de deformare elastică. Când am studiat oscilațiile electromagnetice dintr-un circuit, am văzut că analogul energiei potențiale a unui oscilator mecanic este energia câmpului electric din condensator, iar analogul energiei cinetice este energia câmpului magnetic al bobinei. Această analogie este valabilă nu numai pentru oscilațiile localizate, ci și pentru procesele ondulatorii.

Într-o undă monocromatică care se deplasează într-un mediu elastic, densitățile de energie cinetică și potențială în fiecare punct realizează oscilații armonice cu o frecvență dublată și în așa fel încât valorile lor să coincidă în orice moment. La fel este și într-o undă electromagnetică monocromatică care călătorește: densitățile de energie ale câmpurilor electrice și magnetice, care fac o oscilație armonică cu o frecvență, sunt egale între ele în orice punct în orice moment.

Densitatea energiei câmpului magnetic este exprimată în termeni de inducție B după cum urmează:

Echivalând densitățile de energie ale câmpurilor electrice și magnetice într-o undă electromagnetică care călătorește, suntem convinși că inducerea câmpului magnetic într-o astfel de undă depinde de coordonate și timp în același mod ca și intensitatea câmpului electric. Cu alte cuvinte, într-o undă care călătorește, inducția câmpului magnetic și intensitatea câmpului electric sunt egale una cu cealaltă în orice punct și în orice moment (în sistemul gaussian de unități):

Fluxul de energie al unei unde electromagnetice. Densitatea totală de energie a câmpului electromagnetic în unda care călătorește este de două ori mai mare decât densitatea de energie a câmpului electric (9). Densitatea fluxului de energie y purtată de undă este egală cu produsul dintre densitatea energiei și viteza de propagare a undei. Folosind formula (9), se poate observa că fluxul de energie prin orice suprafață oscilează cu frecvența.Pentru a afla valoarea medie a densității fluxului de energie, este necesar să facem o medie a expresiei (9) în timp. Deoarece valoarea medie este 1/2, obținem

Orez. 183. Distribuția unghiulară a energiei” emisă de o sarcină oscilantă

Densitatea fluxului de energie într-o undă depinde de direcție: nu este emisă deloc energie în direcția în care au loc oscilațiile sarcinii.Cea mai mare cantitate de energie este emisă într-un plan perpendicular pe această direcție. 183. O sarcină oscilează de-a lungul unei axe

direcția energiei, adică diagrama arată o linie care leagă capetele acestor segmente.

Distribuția energiei în direcții în spațiu este caracterizată de o suprafață, care se obține prin rotirea diagramei în jurul axei

Polarizarea undelor electromagnetice. Unda generată de vibrator în timpul oscilațiilor armonice se numește monocromatic. O undă monocromatică este caracterizată de o anumită frecvență co și lungime de undă X. Lungimea de undă și frecvența sunt legate prin viteza de propagare a undei c:

O undă electromagnetică în vid este transversală: vectorul intensității câmpului electromagnetic al undei, după cum se poate observa din raționamentul de mai sus, este perpendicular pe direcția de propagare a undei. Să desenăm prin punctul de observație Р din fig. 184 sferă centrată la origine, în jurul căreia sarcina radiantă oscilează de-a lungul axei. Desenați paralele și meridiane pe el. Atunci vectorul E al câmpului de undă va fi direcționat tangențial la meridian, iar vectorul B este perpendicular pe vectorul E și îndreptat tangențial la paralelă.

Pentru a verifica acest lucru, să luăm în considerare mai detaliat relația dintre câmpurile electrice și magnetice dintr-o undă care călătorește. Aceste câmpuri după emisia undei nu mai sunt asociate cu sursa. Când câmpul electric al undei se modifică, apare un câmp magnetic, ale cărui linii de forță, așa cum am văzut în studiul curentului de deplasare, sunt perpendiculare pe liniile de forță ale câmpului electric. Acest câmp magnetic alternant, în schimbare, duce la rândul său la apariția unui câmp electric vortex, care este perpendicular pe câmpul magnetic care l-a generat. Astfel, în timpul propagării unei unde, câmpurile electrice și magnetice se susțin reciproc, rămânând reciproc perpendiculare tot timpul. Întrucât într-o undă care călătorește câmpurile electrice și magnetice se schimbă în fază unul cu celălalt, „portretul” instantaneu al undei (vectorii E și B în diferite puncte ale liniei de-a lungul direcției de propagare) are forma prezentată în Fig. 185. O astfel de undă se numește polarizat liniar. O sarcină oscilantă armonică radiază unde polarizate liniar în toate direcțiile. Într-o undă polarizată liniar care călătorește în orice direcție, vectorul E este întotdeauna în același plan.

Deoarece sarcinile dintr-un vibrator electromagnetic liniar efectuează exact o astfel de mișcare oscilantă, unda electromagnetică emisă de vibrator este polarizată liniar. Este ușor de verificat acest lucru experimental prin schimbarea orientării vibratorului receptor față de cel emitent.

Orez. 185. Câmpuri electrice și magnetice într-o undă polarizată liniar care se deplasează

Semnalul este mai mare atunci când vibratorul receptor este paralel cu cel care emite (vezi Fig. 178). Dacă vibratorul receptor este rotit perpendicular pe vibratorul care emite, atunci semnalul dispare. Oscilațiile electrice în vibratorul receptor pot apărea numai datorită componentei câmpului electric al undei direcționate de-a lungul vibratorului. Prin urmare, un astfel de experiment indică faptul că câmpul electric din undă este paralel cu vibratorul radiant.

Sunt posibile și alte tipuri de polarizare a undelor electromagnetice transversale. Dacă, de exemplu, vectorul E la un moment dat în timpul trecerii undei se rotește uniform în jurul direcției de propagare, rămânând neschimbat în valoare absolută, atunci unda se numește polarizat circular sau polarizat într-un cerc. Un „portret” instant al câmpului electric al unei astfel de unde electromagnetice este prezentat în Fig. 186.

Orez. 186. Câmp electric într-o undă polarizată circular

O undă polarizată circular poate fi obținută prin adăugarea a două unde polarizate liniar de aceeași frecvență și amplitudine care se propagă în aceeași direcție, vectorii câmpului electric în care sunt reciproc perpendiculari. În fiecare dintre unde, vectorul câmp electric în fiecare punct efectuează o oscilație armonică. Pentru ca suma unor astfel de oscilații reciproc perpendiculare să aibă ca rezultat o rotație a vectorului rezultat, este necesară o defazare.Cu alte cuvinte, undele polarizate liniar care sunt adăugate trebuie să fie deplasate cu un sfert din lungimea de undă una față de alta.

Momentul valurilor și presiunea ușoară. Alături de energie, unda electromagnetică are și impuls. Dacă o undă este absorbită, atunci impulsul ei este transferat obiectului care o absoarbe. De aici rezultă că în timpul absorbției, unda electromagnetică exercită presiune asupra barierei. Originea presiunii undei și valoarea acestei presiuni pot fi explicate după cum urmează.

Dirijată în linie dreaptă. Atunci puterea absorbită de sarcina P este egală cu

Presupunem că toată energia undei incidente este absorbită de barieră. Deoarece unda aduce energie pe unitatea de suprafață a barierei pe unitatea de timp, presiunea exercitată de undă la incidență normală este egală cu densitatea de energie a undei. Forța de presiune a undei electromagnetice absorbite o conferă barierei pe unitate. timp un impuls egal, conform formulei (15), cu energia absorbită împărțită la viteza luminii. Și asta înseamnă că unda electromagnetică absorbită a avut un impuls, care este egal cu energia împărțită la viteza luminii.

Pentru prima dată, presiunea undelor electromagnetice a fost descoperită experimental de P. N. Lebedev în 1900 în experimente extrem de subtile.

Cum diferă oscilațiile electromagnetice cvasi-staționare dintr-un circuit oscilator închis de oscilațiile de înaltă frecvență dintr-un vibrator deschis? Dă-mi o analogie mecanică.

Explicați de ce undele electromagnetice nu radiază într-un circuit închis în timpul oscilațiilor electromagnetice cvasi-staționare. De ce apare radiația în timpul oscilațiilor electromagnetice într-un vibrator deschis?

Descrieți și explicați experimentele lui Hertz privind excitația și detectarea undelor electromagnetice. Ce rol joacă eclatorul în vibratoarele de transmisie și recepție?

Explicați cum, odată cu mișcarea accelerată a unei sarcini electrice, un câmp electrostatic longitudinal se transformă într-un câmp electric transversal al unei unde electromagnetice emise de aceasta.

Pe baza considerațiilor energetice, arătați că intensitatea câmpului electric al undei sferice emise de vibrator scade cu 1 1r (în contrast cu câmpul electrostatic).

Ce este o undă electromagnetică monocromatică? Ce este o lungime de undă? Cum este legat de frecvență? Care este proprietatea transversală a undelor electromagnetice?

Care este polarizarea unei unde electromagnetice? Ce tipuri de polarizare cunoașteți?

Ce argumente puteți oferi pentru a justifica faptul că o undă electromagnetică are impuls?

Explicați rolul forței Lorentz în apariția forței de presiune a undelor electromagnetice pe barieră.

), care descrie câmpul electromagnetic, a arătat teoretic că un câmp electromagnetic în vid poate exista chiar și în absența surselor - sarcini și curenți. Un câmp fără surse are forma unor unde care se propagă cu o viteză finită, care în vid este egală cu viteza luminii: cu= 299792458±1,2 m/s. Coincidența vitezei de propagare a undelor electromagnetice în vid cu viteza luminii măsurată mai devreme a permis lui Maxwell să concluzioneze că lumina sunt unde electromagnetice. Această concluzie a stat mai târziu la baza teoriei electromagnetice a luminii.

În 1888, teoria undelor electromagnetice a primit confirmare experimentală în experimentele lui G. Hertz. Folosind o sursă de înaltă tensiune și vibratoare (vezi vibrator Hertz), Hertz a reușit să efectueze experimente subtile pentru a determina viteza de propagare a undei electromagnetice și lungimea acesteia. S-a confirmat experimental că viteza de propagare a undei electromagnetice este egală cu viteza luminii, ceea ce a dovedit natura electromagnetică a luminii.