Ang electromagnetic wave ay isang proseso ng sunud-sunod, magkakaugnay na pagbabago sa electric at magnetic field strength vectors na nakadirekta patayo sa wave propagation beam, kung saan ang pagbabago sa electric field ay nagiging sanhi ng mga pagbabago sa magnetic field, na, naman, ay nagdudulot ng mga pagbabago sa ang electric field.

Wave (proseso ng alon) - ang proseso ng pagpapalaganap ng mga oscillations sa continuum. Kapag ang isang alon ay nagpapalaganap, ang mga particle ng daluyan ay hindi gumagalaw kasama ng alon, ngunit nag-o-oscillate sa paligid ng kanilang mga posisyon sa balanse. Kasama ng alon, tanging ang mga estado ng oscillatory motion at ang enerhiya nito ang inililipat mula sa particle patungo sa particle ng medium. Samakatuwid, ang pangunahing pag-aari ng lahat ng mga alon, anuman ang kanilang kalikasan, ay ang paglipat ng enerhiya nang walang paglipat ng bagay

Nagaganap ang mga electromagnetic wave sa tuwing may nagbabagong electric field sa kalawakan. Ang ganitong pagbabago ng electric field ay sanhi, kadalasan, sa pamamagitan ng paggalaw ng mga sisingilin na particle, at bilang isang espesyal na kaso ng naturang paggalaw, sa pamamagitan ng isang alternating electric current.

Ang electromagnetic field ay isang interconnected oscillation ng electric (E) at magnetic (B) field. Ang pamamahagi ng isang electromagnetic field sa espasyo ay isinasagawa sa pamamagitan ng electromagnetic waves.

Electromagnetic wave - mga electromagnetic oscillations na nagpapalaganap sa kalawakan at nagdadala ng enerhiya

Ang mga tampok ng electromagnetic waves, ang mga batas ng kanilang paggulo at pagpapalaganap ay inilarawan ng mga equation ni Maxwell (na hindi isinasaalang-alang sa kursong ito). Kung sa ilang rehiyon ng espasyo ay may mga singil sa kuryente at mga alon, kung gayon ang kanilang pagbabago sa paglipas ng panahon ay humahantong sa paglabas ng mga electromagnetic wave. Ang paglalarawan ng kanilang pagpapalaganap ay katulad ng paglalarawan ng mga mekanikal na alon.

Kung ang daluyan ay homogenous at ang alon ay kumakalat sa kahabaan ng X axis na may bilis na v, kung gayon elektrikal (E) at magnetic (B) ang mga bahagi ng field sa bawat punto ng medium ay nagbabago ayon sa harmonic law na may parehong circular frequency (ω) at sa parehong yugto (plane wave equation):

kung saan ang x ay ang coordinate ng punto at ang t ay ang oras.

Ang mga Vector B at E ay magkaparehong patayo, at ang bawat isa sa kanila ay patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon (X axis). Samakatuwid, ang mga electromagnetic wave ay nakahalang

Sinusoidal (harmonic) electromagnetic wave. Mga Vector , at magkaparehong patayo

1) Ang mga electromagnetic wave ay nagpapalaganap sa bagay na may huling bilis

Bilis c Ang pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa vacuum ay isa sa mga pangunahing pisikal na pare-pareho.

Ang konklusyon ni Maxwell tungkol sa finite propagation velocity ng electromagnetic waves ay sumasalungat sa tinanggap noong panahong iyon long-range na teorya , kung saan ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electric at magnetic field ay ipinapalagay na walang hanggan na malaki. Samakatuwid, ang teorya ni Maxwell ay tinatawag na teorya maikling hanay.

Ang magkaparehong pagbabago ng mga electric at magnetic field ay nangyayari sa isang electromagnetic wave. Ang mga prosesong ito ay nagpapatuloy nang sabay-sabay, at ang mga electric at magnetic field ay kumikilos bilang pantay na "mga kasosyo". Samakatuwid, ang mga densidad ng volume ng electric at magnetic energy ay katumbas ng bawat isa: w e = w m.

4. Ang mga electromagnetic wave ay nagdadala ng enerhiya. Kapag nagpapalaganap ang mga alon, lumilitaw ang isang daloy ng electromagnetic energy. Kung pipili ka ng isang site S(Larawan 2.6.3), naka-orient na patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon, pagkatapos ay sa maikling panahon Δ t ang enerhiya Δ ay dadaloy sa platform W eh, pantay-pantay

Pinapalitan dito ang mga expression para sa w eh, w m at υ, maaari kang makakuha ng:

saan E Ang 0 ay ang amplitude ng mga oscillations ng lakas ng patlang ng kuryente.

Ang density ng flux ng enerhiya sa SI ay sinusukat sa watts bawat metro kuwadrado(W / m 2).

5. Ito ay sumusunod mula sa teorya ni Maxwell na ang mga electromagnetic wave ay dapat magbigay ng presyon sa isang sumisipsip o sumasalamin sa katawan. Ang presyon ng electromagnetic radiation ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na sa ilalim ng impluwensya ng electric field ng alon, ang mga mahinang alon ay lumitaw sa sangkap, iyon ay, ang iniutos na paggalaw ng mga sisingilin na particle. Ang mga alon na ito ay apektado ng puwersa ng Ampère mula sa gilid ng magnetic field ng alon, na nakadirekta sa kapal ng sangkap. Ang puwersang ito ay lumilikha ng nagresultang presyon. Karaniwan ang presyon ng electromagnetic radiation ay bale-wala. Kaya, halimbawa, ang presyon ng solar radiation na dumarating sa Earth sa isang ganap na sumisipsip na ibabaw ay humigit-kumulang 5 μPa. Ang mga unang eksperimento upang matukoy ang presyon ng radiation sa sumasalamin at sumisipsip ng mga katawan, na nagkumpirma sa pagtatapos ng teorya ni Maxwell, ay isinagawa ni P. N. Lebedev noong 1900. Ang mga eksperimento ni Lebedev ay may malaking kahalagahan para sa pag-apruba ng electromagnetic theory ni Maxwell.

Ang pagkakaroon ng presyon ng mga electromagnetic wave ay nagpapahintulot sa amin na tapusin na ang electromagnetic field ay likas sa mekanikal na salpok. Ang momentum ng electromagnetic field sa isang unit volume ay ipinahayag ng kaugnayan

Ito ay nagpapahiwatig:

Ang ugnayang ito sa pagitan ng masa at enerhiya ng isang electromagnetic field sa isang unit volume ay isang unibersal na batas ng kalikasan. Ayon sa espesyal na teorya ng relativity, ito ay totoo para sa anumang mga katawan, anuman ang kanilang kalikasan at panloob na istraktura.

Kaya, ang electromagnetic field ay may lahat ng mga tampok ng mga materyal na katawan - enerhiya, may hangganan na bilis ng pagpapalaganap, momentum, masa. Ito ay nagpapahiwatig na ang electromagnetic field ay isa sa mga anyo ng pagkakaroon ng bagay.

6. Ang unang eksperimentong kumpirmasyon ng electromagnetic theory ni Maxwell ay ibinigay humigit-kumulang 15 taon pagkatapos ng paglikha ng teorya sa mga eksperimento ni G. Hertz (1888). Hindi lamang pinatunayan ng Hertz ang pagkakaroon ng mga electromagnetic wave, ngunit sa unang pagkakataon ay nagsimulang pag-aralan ang kanilang mga katangian - pagsipsip at repraksyon sa iba't ibang media, pagmuni-muni mula sa mga ibabaw ng metal, atbp. Nagawa niyang sukatin ang haba ng daluyong at bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave, na kung saan naging katumbas ng bilis ng liwanag .

Ang mga eksperimento ni Hertz ay gumanap ng isang mapagpasyang papel sa patunay at pagkilala sa electromagnetic theory ni Maxwell. Pitong taon pagkatapos ng mga eksperimentong ito, natagpuan ng mga electromagnetic wave ang aplikasyon sa mga wireless na komunikasyon (A. S. Popov, 1895).

7. Masasabik lamang ang mga electromagnetic wave mabilis na gumagalaw na mga singil. Ang mga circuit ng DC, kung saan gumagalaw ang mga carrier ng singil sa isang pare-parehong bilis, ay hindi pinagmumulan ng mga electromagnetic wave. Sa modernong radio engineering, ang radiation ng mga electromagnetic wave ay ginawa gamit ang mga antenna ng iba't ibang mga disenyo, kung saan ang mabilis na alternating currents ay nasasabik.

Ang pinakasimpleng sistema na naglalabas ng mga electromagnetic wave ay isang maliit na electric dipole, ang dipole moment p (t) na mabilis na nagbabago sa paglipas ng panahon.

Ang nasabing elementary dipole ay tinatawag Hertzian dipole . Sa radio engineering, ang Hertzian dipole ay katumbas ng isang maliit na antenna, ang laki nito ay mas maliit kaysa sa wavelength λ (Larawan 2.6.4).

kanin. Ang 2.6.5 ay nagbibigay ng ideya ng istraktura ng electromagnetic wave na ibinubuga ng naturang dipole.

Dapat tandaan na ang pinakamataas na electromagnetic energy flux ay ibinubuga sa isang eroplano na patayo sa dipole axis. Ang isang dipole ay hindi nagpapalabas ng enerhiya sa kahabaan ng axis nito. Gumamit si Hertz ng elementary dipole bilang isang transmitting at receiving antenna sa experimental proof ng pagkakaroon ng electromagnetic waves.

Ipinakilala ni M. Faraday ang konsepto ng isang larangan:

isang electrostatic na patlang sa paligid ng isang singil sa pamamahinga

sa paligid ng mga gumagalaw na singil (kasalukuyang) mayroong magnetic field.

Noong 1830, natuklasan ni M. Faraday ang kababalaghan ng electromagnetic induction: kapag nagbago ang magnetic field, isang vortex electric field ang lumitaw.

Figure 2.7 - Vortex electric field

saan,
- vector ng lakas ng patlang ng kuryente,
- vector ng magnetic induction.

Ang isang alternating magnetic field ay lumilikha ng isang vortex electric field.

Noong 1862 D.K. Iniharap ni Maxwell ang isang hypothesis: kapag nagbago ang electric field, isang vortex magnetic field ang lumitaw.

Ang ideya ng isang solong electromagnetic field ay lumitaw.

Figure 2.8 - Pinag-isang electromagnetic field.

Ang alternating electric field ay lumilikha ng vortex magnetic field.

Electromagnetic field- ito ay isang espesyal na anyo ng bagay - isang kumbinasyon ng mga electric at magnetic field. Ang mga variable na electric at magnetic field ay umiiral nang sabay-sabay at bumubuo ng isang solong electromagnetic field. Ito ay materyal:

Ito ay nagpapakita ng sarili sa pagkilos sa parehong resting at paglipat ng mga singil;

Kumakalat ito sa isang mataas ngunit may hangganan na bilis;

Ito ay umiiral nang independyente sa ating kagustuhan at kagustuhan.

Sa rate ng singil na zero, mayroon lamang isang electric field. Sa isang pare-pareho ang rate ng pagsingil, isang electromagnetic field ay nabuo.

Sa pinabilis na paggalaw ng singil, isang electromagnetic wave ang ibinubuga, na kumakalat sa kalawakan na may hangganan na bilis. .

Ang pag-unlad ng ideya ng mga electromagnetic wave ay pag-aari ni Maxwell, ngunit alam na ni Faraday ang tungkol sa kanilang pag-iral, kahit na natatakot siyang i-publish ang gawain (nabasa ito higit sa 100 taon pagkatapos ng kanyang kamatayan).

Ang pangunahing kondisyon para sa paglitaw ng isang electromagnetic wave ay ang pinabilis na paggalaw ng mga singil sa kuryente.

Ano ang isang electromagnetic wave, madaling isipin ang sumusunod na halimbawa. Kung magtapon ka ng isang maliit na bato sa ibabaw ng tubig, kung gayon ang mga alon na nag-iiba sa mga bilog ay nabuo sa ibabaw. Lumipat sila mula sa pinagmulan ng kanilang paglitaw (perturbation) na may tiyak na bilis ng pagpapalaganap. Para sa mga electromagnetic wave, ang mga kaguluhan ay mga electric at magnetic field na gumagalaw sa kalawakan. Ang isang electromagnetic field na nag-iiba-iba ng oras ay kinakailangang maging sanhi ng isang alternating magnetic field, at kabaliktaran. Ang mga patlang na ito ay magkakaugnay.

Ang pangunahing pinagmumulan ng spectrum ng electromagnetic waves ay ang Sun star. Bahagi ng spectrum ng electromagnetic waves ang nakikita ang mata ng tao. Ang spectrum na ito ay nasa loob ng 380...780 nm (Fig. 2.1). Sa nakikitang spectrum, iba ang nakikita ng mata ng liwanag. Ang mga electromagnetic oscillations na may iba't ibang wavelength ay nagdudulot ng sensasyon ng liwanag na may iba't ibang kulay.

Figure 2.9 - Spectrum ng electromagnetic waves

Ang bahagi ng spectrum ng mga electromagnetic wave ay ginagamit para sa mga layunin ng pagsasahimpapawid at komunikasyon sa radyo at telebisyon. Ang pinagmulan ng mga electromagnetic wave ay isang wire (antenna) kung saan ang mga singil sa kuryente ay nagbabago. Ang proseso ng pagbuo ng mga patlang, na nagsimula malapit sa kawad, unti-unti, punto sa punto, nakukuha ang buong espasyo. Kung mas mataas ang dalas ng alternating current na dumadaan sa wire at bumubuo ng electric o magnetic field, mas matindi ang mga radio wave ng isang partikular na haba na nilikha ng wire.

Radyo(lat. radio - emit, emit rays ← radius - beam) - isang uri ng wireless na komunikasyon kung saan ang mga radio wave ay malayang nagpapalaganap sa kalawakan ay ginagamit bilang signal carrier.

mga radio wave(mula sa radyo...), mga electromagnetic wave na may wavelength > 500 µm (frequency< 6×10 12 Гц).

Ang mga radio wave ay mga electric at magnetic field na nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga radio wave sa libreng espasyo ay 300,000 km/s. Batay dito, matutukoy mo ang haba ng radio wave (m).

λ=300/f, kung saan f - dalas (MHz)

Ang mga tunog na vibrations ng hangin na nilikha sa panahon ng isang pag-uusap sa telepono ay na-convert ng isang mikropono sa mga electrical vibrations ng dalas ng tunog, na ipinadala sa pamamagitan ng mga wire sa kagamitan ng subscriber. Doon, sa kabilang dulo ng linya, sa tulong ng emitter ng telepono, sila ay na-convert sa mga panginginig ng hangin na nakikita ng subscriber bilang mga tunog. Sa telephony, ang paraan ng komunikasyon ay mga wire; sa radio broadcasting, radio waves.

Ang "puso" ng transmitter ng anumang istasyon ng radyo ay isang generator - isang aparato na bumubuo ng mga oscillations ng isang mataas, ngunit mahigpit na pare-pareho ang dalas para sa isang naibigay na istasyon ng radyo. Ang mga radio frequency oscillations na ito, na pinalakas sa kinakailangang kapangyarihan, ay pumapasok sa antenna at nakaka-excite sa nakapaligid na espasyo ng mga electromagnetic oscillations ng eksaktong parehong frequency - mga radio wave. Ang bilis ng pag-alis ng mga radio wave mula sa antenna ng istasyon ng radyo ay katumbas ng bilis ng liwanag: 300,000 km / s, na halos isang milyong beses na mas mabilis kaysa sa pagpapalaganap ng tunog sa hangin. Nangangahulugan ito na kung ang isang transmiter ay naka-on sa isang tiyak na sandali sa oras sa Moscow Broadcasting Station, ang mga radio wave nito ay makakarating sa Vladivostok nang mas mababa sa 1/30 s, at ang tunog sa panahong ito ay magkakaroon ng oras upang magpalaganap lamang ng 10- 11 m.

Ang mga alon ng radyo ay nagpapalaganap hindi lamang sa hangin, kundi pati na rin kung saan wala, halimbawa, sa kalawakan. Dito sila ay naiiba sa mga sound wave, kung saan ang hangin o iba pang siksik na daluyan, tulad ng tubig, ay ganap na kinakailangan.

electromagnetic wave ay isang electromagnetic field na nagpapalaganap sa kalawakan (oscillations ng mga vectors
). Malapit sa charge, nagbabago ang electric at magnetic field na may phase shift p/2.

Figure 2.10 - Pinag-isang electromagnetic field.

Sa isang malaking distansya mula sa singil, ang mga electric at magnetic field ay nagbabago sa yugto.

Figure 2.11 - In-phase na pagbabago sa mga electric at magnetic field.

Ang electromagnetic wave ay nakahalang. Ang direksyon ng bilis ng electromagnetic wave ay tumutugma sa direksyon ng paggalaw ng kanang turnilyo kapag pinipihit ang hawakan ng vector gimlet sa vector .

Figure 2.12 - Electromagnetic wave.

Bukod dito, sa isang electromagnetic wave, ang kaugnayan
, kung saan ang c ay ang bilis ng liwanag sa vacuum.

Maxwell theoretically kinakalkula ang enerhiya at bilis ng electromagnetic waves.

kaya, Ang enerhiya ng alon ay direktang proporsyonal sa ikaapat na kapangyarihan ng dalas. Nangangahulugan ito na upang mas madaling ayusin ang alon, kinakailangan na ito ay mataas ang dalas.

Ang mga electromagnetic wave ay natuklasan ni G. Hertz (1887).

Ang isang closed oscillatory circuit ay hindi nagpapalabas ng mga electromagnetic wave: ang lahat ng enerhiya ng electric field ng capacitor ay na-convert sa enerhiya ng magnetic field ng coil. Ang dalas ng oscillation ay tinutukoy ng mga parameter ng oscillatory circuit:
.

Figure 2.13 - Oscillatory circuit.

Upang madagdagan ang dalas, kinakailangan upang bawasan ang L at C, i.e. i-on ang coil sa isang straight wire at, bilang
, bawasan ang lugar ng mga plato at ikalat ang mga ito sa maximum na distansya. Ipinapakita nito na nakakakuha tayo, sa esensya, isang tuwid na konduktor.

Ang nasabing aparato ay tinatawag na isang Hertz vibrator. Ang gitna ay pinutol at nakakonekta sa isang high frequency transpormer. Sa pagitan ng mga dulo ng mga wire, kung saan ang mga maliliit na spherical conductor ay naayos, isang electric spark jumps, na siyang pinagmumulan ng electromagnetic wave. Ang alon ay nagpapalaganap sa paraan na ang vector ng lakas ng patlang ng kuryente ay nag-oscillates sa eroplano kung saan matatagpuan ang konduktor.

Larawan 2.14 - Hertz vibrator.

Kung ang parehong konduktor (antenna) ay inilagay parallel sa emitter, pagkatapos ay ang mga singil sa loob nito ay mag-oscillate at ang mga mahihinang spark ay tumalon sa pagitan ng mga konduktor.

Natuklasan ni Hertz ang mga electromagnetic wave sa isang eksperimento at sinukat ang bilis nito, na kasabay ng kinakalkula ni Maxwell at katumbas ng c=3. 10 8 m/s.

Ang isang alternating electric field ay bumubuo ng isang alternating magnetic field, na, sa turn, ay bumubuo ng isang alternating electric field, iyon ay, isang antenna na nagpapasigla sa isa sa mga field na nagiging sanhi ng paglitaw ng isang solong electromagnetic field. Ang pinakamahalagang pag-aari ng larangang ito ay ang pagpapalaganap nito sa anyo ng mga electromagnetic wave.

Ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa isang lossless medium ay nakasalalay sa medyo dielectric at magnetic permeability ng medium. Para sa hangin, ang magnetic permeability ng medium ay katumbas ng isa, samakatuwid, ang bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa kasong ito ay katumbas ng bilis ng liwanag.

Ang antenna ay maaaring isang vertical wire na pinapagana ng isang high frequency generator. Ang generator ay gumugugol ng enerhiya upang mapabilis ang paggalaw ng mga libreng electron sa konduktor, at ang enerhiya na ito ay na-convert sa isang alternating electromagnetic field, iyon ay, electromagnetic waves. Kung mas mataas ang dalas ng kasalukuyang generator, mas mabilis ang pagbabago ng electromagnetic field at mas matindi ang pagpapagaling ng alon.

Ang konektado sa antenna wire ay parehong electric field, ang mga linya ng puwersa na nagsisimula sa positibo at nagtatapos sa mga negatibong singil, at isang magnetic field, ang mga linya na nagsasara sa paligid ng kasalukuyang ng wire. Ang mas maikli ang panahon ng oscillation, mas kaunting oras ang natitira para sa enerhiya ng mga nakatali na mga patlang upang bumalik sa kawad (iyon ay, sa generator) at mas dumaan ito sa mga libreng patlang, na lumalaganap pa sa anyo ng mga electromagnetic wave. Ang mabisang radiation ng mga electromagnetic wave ay nangyayari sa ilalim ng kondisyon ng commensurability ng wavelength at ang haba ng radiating wire.

Kaya, maaari itong matukoy na alon ng radyo- ito ay isang electromagnetic field na hindi nauugnay sa emitter at channel-forming device, malayang nagpapalaganap sa espasyo sa anyo ng isang alon na may dalas ng oscillation na 10 -3 hanggang 10 12 Hz.

Ang mga oscillations ng mga electron sa antenna ay nilikha ng isang mapagkukunan ng pana-panahong pagbabago ng EMF na may isang panahon T. Kung sa ilang sandali ang field sa antenna ay may pinakamataas na halaga, magkakaroon ito ng parehong halaga pagkaraan ng ilang sandali T. Sa panahong ito, ang electromagnetic field na umiral sa unang sandali sa antenna ay lilipat sa malayo

λ = υТ (1)

Ang pinakamababang distansya sa pagitan ng dalawang punto sa espasyo kung saan ang field ay may parehong halaga ay tinatawag haba ng daluyong. Tulad ng sumusunod mula sa (1), ang wavelength λ depende sa bilis ng pagpapalaganap nito at sa panahon ng oscillation ng mga electron sa antenna. Bilang dalas kasalukuyang f = 1 / T, pagkatapos ay ang wavelength λ = υ / f .

Kasama sa link sa radyo ang mga sumusunod na pangunahing bahagi:

Tagapaghatid

Receiver

Ang daluyan kung saan nagpapalaganap ang mga radio wave.

Ang transmitter at receiver ay mga nakokontrol na elemento ng radio link, dahil posibleng pataasin ang power ng transmitter, kumonekta ng mas mahusay na antenna, at pataasin ang sensitivity ng receiver. Ang medium ay isang hindi nakokontrol na elemento ng link sa radyo.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng isang linya ng komunikasyon sa radyo at mga wired na linya ay ang mga wired na linya ay gumagamit ng mga wire o cable bilang isang link sa pagkonekta, na mga kinokontrol na elemento (maaari mong baguhin ang kanilang mga electrical parameter).

ito ay ang proseso ng pagpapalaganap ng electromagnetic interaction sa kalawakan.
Ang mga electromagnetic wave ay inilalarawan ng mga equation ni Maxwell na karaniwan sa mga electromagnetic phenomena. Kahit na walang mga singil sa kuryente at agos sa kalawakan, ang mga equation ni Maxwell ay may mga nonzero na solusyon. Inilalarawan ng mga solusyong ito ang mga electromagnetic wave.
Sa kawalan ng mga singil at agos, ang mga equation ni Maxwell ay nasa sumusunod na anyo:

,

Sa pamamagitan ng paglalapat ng operation rot sa unang dalawang equation, maaari kang makakuha ng magkahiwalay na equation para sa pagtukoy ng lakas ng electric at magnetic field.

Ang mga equation na ito ay may tipikal na anyo ng mga wave equation. Ang kanilang mga decoupling ay ang superposisyon ng mga expression ng sumusunod na uri

Saan - Isang tiyak na vector, na tinatawag na wave vector, ? - isang numero na tinatawag na cyclic frequency, ? - yugto. Ang mga dami ay ang mga amplitude ng mga electric at magnetic na bahagi ng electromagnetic wave. Pareho silang patayo at pantay sa ganap na halaga. Ang pisikal na interpretasyon ng bawat isa sa mga ipinakilala na dami ay ibinigay sa ibaba.
Sa isang vacuum, ang isang electromagnetic wave ay naglalakbay sa bilis na tinatawag na bilis ng liwanag. Ang bilis ng liwanag ay isang pangunahing pisikal na pare-pareho, na tinutukoy ng Latin na letrang c. Ayon sa pangunahing postulate ng teorya ng relativity, ang bilis ng liwanag ay ang pinakamataas na posibleng bilis ng paglipat ng impormasyon o paggalaw ng katawan. Ang bilis na ito ay 299,792,458 m/s.
Ang isang electromagnetic wave ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalas. Tukuyin ang dalas ng linya? at cyclic frequency? = 2??. Depende sa dalas, ang mga electromagnetic wave ay kabilang sa isa sa mga spectral range.
Ang isa pang katangian ng isang electromagnetic wave ay ang wave vector. Tinutukoy ng wave vector ang direksyon ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave, pati na rin ang haba nito. Ang ganap na halaga ng wind vector ay tinatawag na wavenumber.
Ang haba ng electromagnetic wave? = 2? / k, kung saan ang k ay ang wave number.
Ang haba ng isang electromagnetic wave ay nauugnay sa frequency sa pamamagitan ng dispersion law. Sa kawalan, ang koneksyon na ito ay simple:

?? = c.

Ang ratio na ito ay madalas na isinulat bilang

? = c k.

Ang mga electromagnetic wave na may parehong frequency at wave vector ay maaaring magkaiba sa phase.
Sa isang vacuum, ang mga vector ng lakas ng mga electric at magnetic field ng isang electromagnetic wave ay kinakailangang patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Ang ganitong mga alon ay tinatawag na mga transverse wave. Sa matematika, inilalarawan ito ng mga equation at . Bilang karagdagan, ang mga lakas ng mga electric at magnetic field ay patayo sa isa't isa at palaging katumbas ng ganap na halaga sa anumang punto sa espasyo: E = H. Kung pipiliin mo ang coordinate system upang ang z axis ay tumutugma sa direksyon ng pagpapalaganap ng electromagnetic wave, mayroong dalawang magkaibang posibilidad para sa mga direksyon ng electric field strength vectors. Kung ang eclectic field ay nakadirekta sa kahabaan ng x-axis, ang magnetic field ay ididirekta sa kahabaan ng y-axis, at vice versa. Ang dalawang magkaibang posibilidad na ito ay hindi kapwa eksklusibo at tumutugma sa dalawang magkaibang polarisasyon. Ang isyung ito ay tinalakay nang mas detalyado sa artikulong Polarization of waves.
Mga spectral na hanay na may napiling nakikitang liwanag Depende sa dalas o haba ng daluyong (ang mga dami na ito ay nauugnay), ang mga electromagnetic wave ay inuri sa iba't ibang mga hanay. Ang mga alon sa iba't ibang hanay ay nakikipag-ugnayan sa mga pisikal na katawan sa iba't ibang paraan.
Ang mga electromagnetic wave na may pinakamababang frequency (o pinakamahabang wavelength) ay tinutukoy bilang hanay ng radyo. Ang radio band ay ginagamit upang magpadala ng mga signal sa isang distansya gamit ang radyo, telebisyon, mga mobile phone. Ang radar ay gumagana sa hanay ng radyo. Ang hanay ng radyo ay nahahati sa metro, ditsemeter, sentimetro, milimetro, depende sa haba ng electromagnetic wave.
Ang mga electromagnetic wave ay malamang na kabilang sa infrared range. Sa infrared range ay namamalagi ang thermal radiation ng katawan. Ang pagpaparehistro ng vibration na ito ay ang batayan para sa pagpapatakbo ng mga night vision device. Ang mga infrared wave ay ginagamit upang pag-aralan ang mga thermal vibrations sa mga katawan at tumulong sa pagtatatag ng atomic na istraktura ng mga solido, gas at likido.
Ang electromagnetic radiation na may wavelength na 400 nm hanggang 800 nm ay kabilang sa visible light range. Ang nakikitang liwanag ay may iba't ibang kulay depende sa frequency at wavelength.
Ang mga wavelength na mas mababa sa 400 nm ay tinatawag ultraviolet. Ang mata ng tao ay hindi nakikilala ang mga ito, bagaman ang kanilang mga katangian ay hindi naiiba sa mga katangian ng mga alon sa nakikitang hanay. Ang mataas na dalas, at, dahil dito, ang enerhiya ng quanta ng naturang liwanag ay humahantong sa isang mas mapanirang epekto ng mga ultraviolet wave sa mga biological na bagay. Ang ibabaw ng daigdig ay protektado mula sa mga nakakapinsalang epekto ng ultraviolet wave ng ozone layer. Para sa karagdagang proteksyon, pinagkalooban ng kalikasan ang mga tao ng maitim na balat. Gayunpaman, ang mga tao ay nangangailangan ng ultraviolet rays upang makagawa ng bitamina D. Iyon ang dahilan kung bakit ang mga tao sa hilagang latitude, kung saan ang intensity ng ultraviolet waves ay hindi gaanong matindi, ay nawala ang kanilang madilim na kulay ng balat.
Ang mas mataas na dalas ng mga electromagnetic wave ay x-ray saklaw. Tinatawag silang gayon dahil natuklasan sila ni Roentgen, na pinag-aaralan ang radiation na nabuo sa panahon ng pagbabawas ng bilis ng mga electron. Sa banyagang panitikan, ang mga naturang alon ay tinatawag X-ray paggalang sa kagustuhan ni Roentgen na huwag siyang tawagin ng mga sinag sa kanyang pangalan. Ang mga X-ray wave ay mahinang nakikipag-ugnayan sa bagay, na mas malakas na hinihigop kung saan mas malaki ang density. Ang katotohanang ito ay ginagamit sa gamot para sa x-ray fluorography. Ginagamit din ang mga X-ray wave para sa elemental analysis at pag-aaral ng istruktura ng mga mala-kristal na katawan.
may pinakamataas na dalas at pinakamaikling haba ?-ray. Ang ganitong mga sinag ay nabuo bilang isang resulta ng mga reaksyong nuklear at mga reaksyon sa pagitan ng mga elementarya na particle. Ang ?-ray ay may malaking mapanirang epekto sa mga biyolohikal na bagay. Gayunpaman, ginagamit ang mga ito sa pisika upang pag-aralan ang iba't ibang katangian ng atomic nucleus.
Ang enerhiya ng isang electromagnetic wave ay tinutukoy ng kabuuan ng mga energies ng electric at magnetic field. Ang density ng enerhiya sa isang tiyak na punto sa espasyo ay ibinibigay ng:

.

Ang time-average na density ng enerhiya ay katumbas ng.

,

Kung saan ang E 0 = H 0 ay ang wave amplitude.
Ang density ng flux ng enerhiya ng isang electromagnetic wave ay napakahalaga. Sa partikular, tinutukoy nito ang maliwanag na pagkilos ng bagay sa optika. Ang density ng flux ng enerhiya ng isang electromagnetic wave ay ibinibigay ng Umov-Poynting vector.

Ang pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa isang daluyan ay may ilang mga tampok kumpara sa pagpapalaganap sa isang vacuum. Ang mga tampok na ito ay nauugnay sa mga katangian ng daluyan at sa pangkalahatan ay nakasalalay sa dalas ng electromagnetic wave. Ang mga electric at magnetic na bahagi ng alon ay nagdudulot ng polariseysyon at magnetisasyon ng daluyan. Ang tugon na ito ng medium ay hindi pareho sa kaso ng mababa at mataas na frequency. Sa mababang frequency ng electromagnetic wave, ang mga electron at ions ng substance ay may oras upang tumugon sa mga pagbabago sa intensity ng electric at magnetic field. Ang tugon ng daluyan ay sumusubaybay sa temporal na pagbabagu-bago sa mga alon. Sa isang mataas na dalas, ang mga electron at ion ng sangkap ay walang oras upang lumipat sa panahon ng oscillation ng mga patlang ng alon, at samakatuwid ang polariseysyon at magnetization ng daluyan ay mas mababa.
Ang electromagnetic field ng mababang frequency ay hindi tumagos sa mga metal, kung saan maraming mga libreng electron, na inilipat sa ganitong paraan, ganap na pawi ang electromagnetic wave. Ang isang electromagnetic wave ay nagsisimulang tumagos sa metal sa isang frequency na lumampas sa isang tiyak na frequency, na tinatawag na plasma frequency. Sa mga frequency na mas mababa kaysa sa dalas ng plasma, ang isang electromagnetic wave ay maaaring tumagos sa ibabaw na layer ng metal. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na epekto sa balat.
Sa dielectrics, nagbabago ang batas ng pagpapakalat ng isang electromagnetic wave. Kung ang mga electromagnetic wave ay nagpapalaganap na may pare-pareho na amplitude sa isang vacuum, pagkatapos ay sa isang daluyan ay nabubulok sila dahil sa pagsipsip. Sa kasong ito, ang enerhiya ng alon ay inililipat sa mga electron o ion ng daluyan. Sa kabuuan, ang batas ng pagpapakalat sa kawalan ng mga magnetic effect ay tumatagal ng anyo

Kung saan ang wave number k ay isang kabuuang kumplikadong dami, ang haka-haka na bahagi nito ay naglalarawan ng pagbaba sa amplitude ng electromagnetic wave, ay ang frequency-dependent complex permittivity ng medium.
Sa anisotropic media, ang direksyon ng mga vector ng electric at magnetic field ay hindi kinakailangang patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Gayunpaman, ang direksyon ng mga vector ng electric at magnetic induction ay nagpapanatili ng pag-aari na ito.
Sa isang daluyan, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang isa pang uri ng electromagnetic wave ay maaaring magpalaganap - isang longitudinal electromagnetic wave, kung saan ang direksyon ng electric field strength vector ay tumutugma sa direksyon ng wave propagation.
Sa simula ng ikadalawampu siglo, upang ipaliwanag ang radiation spectrum ng isang itim na katawan, iminungkahi ni Max Planck na ang mga electromagnetic wave ay ibinubuga ng quanta na may enerhiya na proporsyonal sa dalas. Pagkalipas ng ilang taon, si Albert Einstein, na nagpapaliwanag sa kababalaghan ng photoelectric effect, ay pinalawak ang ideyang ito sa pamamagitan ng pag-aakalang ang mga electromagnetic wave ay hinihigop ng parehong quanta. Kaya, naging malinaw na ang mga electromagnetic wave ay nailalarawan sa pamamagitan ng ilang mga katangian na dati ay naiugnay sa mga particle ng materyal, mga corpuscle.
Ang ideyang ito ay tinatawag na corpuscular-wave dualism.

Maraming mga pattern ng mga proseso ng alon ay unibersal sa kalikasan at pantay na wasto para sa mga alon ng iba't ibang kalikasan: mga mekanikal na alon sa isang nababanat na daluyan, mga alon sa ibabaw ng tubig, sa isang nakaunat na string, atbp. Mga electromagnetic wave, na siyang proseso ng pagpapalaganap ng Ang mga electromagnetic field oscillations, ay walang pagbubukod. Ngunit hindi tulad ng iba pang mga uri ng mga alon, na nagpapalaganap sa ilang materyal na daluyan, ang mga electromagnetic na alon ay maaaring magpalaganap sa isang vacuum: walang materyal na daluyan ang kinakailangan para sa pagpapalaganap ng mga electric at magnetic field. Gayunpaman, ang mga electromagnetic wave ay maaaring umiral hindi lamang sa vacuum, kundi pati na rin sa bagay.

Paghula ng mga electromagnetic wave. Ang pagkakaroon ng mga electromagnetic wave ay theoretically hinulaang ni Maxwell bilang resulta ng pagsusuri ng kanyang iminungkahing sistema ng mga equation na naglalarawan sa electromagnetic field. Ipinakita ni Maxwell na ang isang electromagnetic field sa isang vacuum ay maaaring umiral kahit na walang mga mapagkukunan - mga singil at agos. Ang isang patlang na walang pinagmumulan ay may anyo ng mga alon na nagpapalaganap sa isang may hangganang bilis cm/s, kung saan ang mga vector ng mga electric at magnetic field sa bawat sandali ng oras sa bawat punto ng espasyo ay patayo sa isa't isa at patayo sa direksyon ng alon pagpapalaganap.

Sa eksperimento, ang mga electromagnetic wave ay natuklasan at pinag-aralan ni Hertz 10 taon lamang pagkatapos ng kamatayan ni Maxwell.

buksan ang vibrator. Upang maunawaan kung paano maaaring makuha ang mga electromagnetic wave sa eksperimento, isaalang-alang natin ang isang "bukas" na oscillatory circuit, kung saan ang mga capacitor plate ay pinaghiwalay (Fig. 176) at samakatuwid ang electric field ay sumasakop sa isang malaking lugar ng espasyo. Sa pagtaas ng distansya sa pagitan ng mga plato, ang capacitance C ng capacitor ay bumababa at, alinsunod sa Thomson formula, ang dalas ng natural na mga oscillation ay tumataas. Kung papalitan din natin ang inductor ng isang piraso ng wire, bababa ang inductance at tataas pa ang natural frequency. Sa kasong ito, hindi lamang ang electric, kundi pati na rin ang magnetic field, na dating nakapaloob sa loob ng coil, ay sasakupin na ngayon ang isang malaking rehiyon ng espasyo na sumasaklaw sa wire na ito.

Ang pagtaas sa dalas ng mga oscillation sa circuit, pati na rin ang pagtaas sa mga linear na sukat nito, ay humahantong sa katotohanan na ang panahon ng natural

Ang mga oscillations ay nagiging maihahambing sa oras ng pagpapalaganap ng electromagnetic field sa buong circuit. Nangangahulugan ito na ang mga proseso ng natural na electromagnetic oscillations sa naturang open circuit ay hindi na maituturing na quasi-stationary.

kanin. 176. Paglipat mula sa isang oscillating circuit patungo sa isang bukas na vibrator

Ang kasalukuyang lakas sa iba't ibang mga lugar nito sa parehong oras ay naiiba: sa mga dulo ng circuit ito ay palaging zero, at sa gitna (kung saan ang coil ay dating) ito oscillates na may pinakamataas na amplitude.

Sa paglilimita ng kaso, kapag ang oscillatory circuit ay naging isang straight wire segment, ang kasalukuyang pamamahagi kasama ang circuit sa ilang mga punto sa oras ay ipinapakita sa Fig. 177a. Sa sandaling ang kasalukuyang lakas sa naturang vibrator ay pinakamataas, ang magnetic field na sumasaklaw dito ay umaabot din sa maximum, at walang electric field na malapit sa vibrator. Pagkatapos ng isang-kapat ng panahon, ang kasalukuyang lakas ay naglalaho, at kasama nito ang magnetic field malapit sa vibrator; Ang mga singil sa kuryente ay puro malapit sa mga dulo ng vibrator, at ang kanilang pamamahagi ay may anyo na ipinapakita sa Fig. 1776. Ang electric field na malapit sa vibrator sa sandaling ito ay maximum.

kanin. 177. Pamamahagi kasama ang isang bukas na vibrator ng kasalukuyang lakas sa sandaling ito ay pinakamataas (a), at ang pamamahagi ng mga singil pagkatapos ng isang-kapat ng panahon (b)

Ang mga oscillations ng charge at current na ito, i.e., electromagnetic oscillations sa isang open vibrator, ay medyo kahalintulad sa mechanical oscillations na maaaring mangyari sa isang oscillator spring kung ang napakalaking katawan na nakakabit dito ay aalisin. Sa kasong ito, kinakailangang isaalang-alang ang masa ng mga indibidwal na bahagi ng tagsibol at isaalang-alang ito bilang isang ipinamamahaging sistema, kung saan ang bawat elemento ay may parehong nababanat at hindi gumagalaw na mga katangian. Sa kaso ng isang bukas na electromagnetic vibrator, ang bawat isa sa mga elemento nito ay sabay na may parehong inductance at capacitance.

Mga electric at magnetic field ng vibrator. Ang hindi-quasi-stationary na katangian ng mga oscillations sa isang bukas na vibrator ay humahantong sa katotohanan na ang mga field na nilikha ng mga indibidwal na seksyon nito sa isang tiyak na distansya mula sa vibrator ay hindi na nagbabayad sa isa't isa, tulad ng kaso para sa isang "closed" oscillatory circuit na may lumped parameters, kung saan ang mga oscillations ay quasi-stationary, ang electric field ay ganap na puro sa loob ng capacitor, at magnetic - sa loob ng coil. Dahil sa gayong spatial na paghihiwalay ng mga electric at magnetic field, hindi sila direktang nauugnay sa isa't isa: ang kanilang magkaparehong pagbabago ay dahil lamang sa kasalukuyang - paglipat ng singil sa kahabaan ng circuit.

Sa isang bukas na vibrator, kung saan ang mga electric at magnetic field ay nagsasapawan sa kalawakan, ang kanilang impluwensya sa isa't isa ay nangyayari: ang pagbabago ng magnetic field ay bumubuo ng isang vortex electric field, at ang isang nagbabagong electric field ay bumubuo ng isang magnetic field. Bilang isang resulta, ang pagkakaroon ng naturang "self-sustaining" na mga patlang na nagpapalaganap sa libreng espasyo sa isang malaking distansya mula sa vibrator ay posible. Ito ang mga electromagnetic wave na ibinubuga ng vibrator.

Mga eksperimento ni Hertz. Ang vibrator, sa tulong kung saan si G. Hertz noong 1888 ang unang nag-eksperimentong kumuha ng mga electromagnetic wave, ay isang tuwid na konduktor na may maliit na puwang ng hangin sa gitna (Larawan 178a). Dahil sa puwang na ito, maaaring maibigay ang malalaking singil sa dalawang hati ng vibrator. Kapag ang potensyal na pagkakaiba ay umabot sa isang tiyak na halaga ng limitasyon, naganap ang pagkasira sa air gap (isang spark ang tumalon) at ang mga singil sa kuryente ay maaaring dumaloy sa ionized na hangin mula sa isang kalahati ng vibrator patungo sa isa pa. Sa isang bukas na circuit, lumitaw ang mga electromagnetic oscillations. Upang ang mga mabilis na alternating na alon ay umiral lamang sa vibrator at hindi malapit sa pinagmumulan ng kuryente, ang mga choke ay konektado sa pagitan ng vibrator at ang pinagmulan (tingnan ang Fig. 178a).

kanin. 178. Hertz vibrator

Ang mga high-frequency na panginginig ng boses sa vibrator ay umiiral hangga't sinasara ng spark ang agwat sa pagitan ng mga kalahati nito. Ang pamamasa ng naturang mga oscillations sa vibrator ay nangyayari higit sa lahat hindi dahil sa pagkalugi ng Joule sa paglaban (tulad ng sa isang closed oscillatory circuit), ngunit dahil sa radiation ng electromagnetic waves.

Para makita ang mga electromagnetic wave, gumamit si Hertz ng pangalawang (receiving) vibrator (Fig. 1786). Sa ilalim ng pagkilos ng isang alternating electric field ng isang wave na nagmumula sa emitter, ang mga electron sa receiving vibrator ay nagsasagawa ng sapilitang mga oscillations, ibig sabihin, ang isang mabilis na alternating current ay nasasabik sa vibrator. Kung ang mga sukat ng tumatanggap na vibrator ay kapareho ng sa radiating, kung gayon ang mga frequency ng natural na electromagnetic oscillations sa mga ito ay nag-tutugma at ang sapilitang mga oscillations sa receiving vibrator ay umaabot sa isang kapansin-pansing halaga dahil sa resonance. Ang mga oscillations na ito ay nakita ni Hertz sa pamamagitan ng pagdaan ng isang spark sa isang microscopic gap sa gitna ng receiving vibrator o sa pamamagitan ng glow ng isang miniature gas-discharge tube G, na konektado sa pagitan ng mga halves ng vibrator.

Hindi lamang pinatunayan ng Hertz ang pagkakaroon ng mga electromagnetic wave, ngunit sa unang pagkakataon ay nagsimulang pag-aralan ang kanilang mga katangian - pagsipsip at repraksyon sa iba't ibang media, pagmuni-muni mula sa mga ibabaw ng metal, atbp Sa eksperimento, posible ring sukatin ang bilis ng mga electromagnetic wave, na naging katumbas ng bilis ng liwanag.

Ang coincidence ng bilis ng electromagnetic waves na may bilis ng liwanag na sinusukat bago pa man ang kanilang pagtuklas ay nagsilbing panimulang punto para sa pagtukoy ng liwanag sa electromagnetic waves at paglikha ng electromagnetic theory ng liwanag.

Umiiral ang isang electromagnetic wave nang walang pinagmumulan ng mga field sa kahulugan na pagkatapos ng paglabas nito, ang electromagnetic field ng wave ay hindi nauugnay sa pinagmulan. Sa ganitong paraan, ang isang electromagnetic wave ay naiiba sa mga static na electric at magnetic field, na hindi umiiral sa paghihiwalay mula sa pinagmulan.

Mekanismo ng radiation ng electromagnetic waves. Ang radiation ng mga electromagnetic wave ay nangyayari sa pinabilis na paggalaw ng mga singil sa kuryente. Posibleng maunawaan kung paano umusbong ang transverse electric field ng wave mula sa radial Coulomb field ng isang point charge gamit ang sumusunod na simpleng pangangatwiran na iminungkahi ni J. Thomson.

kanin. 179. Field ng isang hindi kumikibo na point charge

Isaalang-alang ang electric field na nilikha ng isang point charge. Kung ang charge ay nakapahinga, ang electrostatic field nito ay kinakatawan ng radial lines ng puwersa na lumalabas mula sa charge (Fig. 179). Hayaang sa sandali ng oras ang singil sa ilalim ng pagkilos ng ilang panlabas na puwersa ay nagsimulang gumalaw nang may pagbilis ng a, at pagkaraan ng ilang oras ay huminto ang pagkilos ng puwersang ito, upang ang singil ay gumagalaw nang pantay-pantay sa bilis. Ang graph ng bilis ng singil ay ipinapakita sa Fig. 180.

Isipin ang isang larawan ng mga linya ng electric field na nilikha ng singil na ito, pagkatapos ng mahabang panahon. Dahil ang electric field ay dumadami sa bilis ng liwanag c,

kung gayon ang pagbabago sa electric field na dulot ng paggalaw ng singil ay hindi maabot ang mga puntong nasa labas ng globo ng radius: sa labas ng globo na ito, ang patlang ay kapareho ng noong may nakatigil na singil (Larawan 181). Ang lakas ng field na ito (sa Gaussian system of units) ay katumbas ng

Ang buong pagbabago sa electric field na dulot ng pinabilis na paggalaw ng singil sa paglipas ng panahon sa sandali ng oras ay nasa loob ng isang manipis na spherical layer ng kapal, ang panlabas na radius na kung saan ay katumbas ng at ang panloob na isa - Ito ay ipinapakita sa Fig. 181. Sa loob ng globo ng radius, ang electric field ay ang field ng pantay na gumagalaw na singil.

kanin. 180. Grap ng rate ng singil

kanin. 181. Mga linya ng lakas ng electric field ng isang singil na gumagalaw ayon sa graph sa fig. 180

kanin. 182. Sa derivation ng formula para sa intensity ng radiation field ng isang pinabilis na gumagalaw na singil

Kung ang bilis ng pagsingil ay mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag c, kung gayon ang patlang na ito sa sandali ng oras ay tumutugma sa larangan ng isang nakatigil na singil sa punto na matatagpuan sa layo mula sa simula (Larawan 181): ang patlang ng isang singil ay mabagal. gumagalaw sa isang pare-pareho ang bilis gumagalaw kasama nito, at ang distansya na nilakbay ng singil sa paglipas ng panahon, tulad ng makikita mula sa Fig. 180, ay maituturing na katumbas kung r»t.

Ang larawan ng electric field sa loob ng spherical layer ay madaling mahanap, dahil sa pagpapatuloy ng mga linya ng puwersa. Upang gawin ito, kailangan mong ikonekta ang kaukulang mga linya ng puwersa ng radial (Larawan 181). Ang kink sa mga linya ng puwersa na dulot ng pinabilis na paggalaw ng singil ay "tumatakbo palayo" mula sa singil sa isang bilis c. Isang kink sa mga linya ng puwersa sa pagitan

spheres, ito ang radiation field na kinaiinteresan natin, na nagpapalaganap sa bilis c.

Upang mahanap ang patlang ng radiation, isaalang-alang ang isa sa mga linya ng intensity, na bumubuo sa isang tiyak na anggulo sa direksyon ng paggalaw ng singil (Larawan 182). Binubulok namin ang vector ng lakas ng electric field sa break E sa dalawang bahagi: radial at transverse. Ang radial component ay ang lakas ng electrostatic field na nilikha ng charge sa layo mula dito:

Ang transverse component ay ang lakas ng electric field sa alon na ibinubuga ng singil sa panahon ng pinabilis na paggalaw. Dahil ang alon na ito ay tumatakbo kasama ang radius, ang vector ay patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Mula sa fig. 182 ay nagpapakita na

Ang pagpapalit dito mula sa (2), makikita natin

Isinasaalang-alang na ang isang ratio ay ang acceleration a, kung saan ang singil ay gumagalaw sa pagitan ng oras mula 0 hanggang, muli naming isinusulat ang expression na ito sa anyo.

Una sa lahat, binibigyang-pansin namin ang katotohanan na ang lakas ng electric field ng alon ay bumababa nang baligtad sa distansya mula sa gitna, sa kaibahan sa lakas ng electrostatic field, na proporsyonal sa naturang pag-asa sa distansya, at dapat asahan kung isasaalang-alang natin ang batas ng konserbasyon ng enerhiya. Dahil walang pagsipsip ng enerhiya kapag ang isang alon ay kumakalat sa isang walang laman, ang dami ng enerhiya na dumaan sa isang sphere ng anumang radius ay pareho. Dahil ang surface area ng isang sphere ay proporsyonal sa square ng radius nito, ang energy flux sa pamamagitan ng isang unit ng surface nito ay dapat na inversely proportional sa square ng radius. Isinasaalang-alang na ang density ng enerhiya ng electric field ng alon ay pantay, napagpasyahan namin iyon

Dagdag pa, tandaan namin na ang lakas ng patlang ng alon sa formula (4) sa sandali ng oras ay nakasalalay sa acceleration ng singil at sa sandali ng oras na ang alon ay nag-radiated sa sandaling umabot sa isang punto na matatagpuan sa layo pagkatapos ng isang oras. katumbas ng

Radiation ng isang oscillating charge. Ipagpalagay natin ngayon na ang singil ay gumagalaw sa lahat ng oras sa isang tuwid na linya na may ilang variable na acceleration malapit sa pinanggalingan, halimbawa, ito ay nagsasagawa ng mga harmonic oscillations. Hangga't ito, patuloy itong maglalabas ng mga electromagnetic wave. Ang lakas ng electric field ng wave sa isang punto na matatagpuan sa layo mula sa pinanggalingan ng mga coordinate ay tinutukoy pa rin ng formula (4), at ang field sa sandali ng oras ay nakasalalay sa acceleration ng charge a sa isang mas maagang sandali.

Hayaang ang paggalaw ng singil ay isang harmonic oscillation malapit sa pinanggalingan na may tiyak na amplitude A at frequency w:

Ang acceleration ng charge sa panahon ng naturang paggalaw ay ibinibigay ng expression

Ang pagpapalit ng pagpabilis ng singil sa formula (5), nakukuha namin

Ang isang pagbabago sa electric field sa anumang punto sa panahon ng pagpasa ng naturang wave ay isang harmonic oscillation na may frequency , ibig sabihin, ang isang oscillating charge ay naglalabas ng isang monochromatic wave. Siyempre, ang formula (8) ay may bisa sa mga distansyang mas malaki kaysa sa amplitude ng charge oscillations A.

Ang enerhiya ng isang electromagnetic wave. Ang density ng enerhiya ng electric field ng isang monochromatic wave na ibinubuga ng isang singil ay matatagpuan gamit ang formula (8):

Ang density ng enerhiya ay proporsyonal sa parisukat ng amplitude ng oscillation ng singil at ang ikaapat na kapangyarihan ng dalas.

Ang anumang pagbabagu-bago ay nauugnay sa mga pana-panahong paglipat ng enerhiya mula sa isang anyo patungo sa isa pa at kabaliktaran. Halimbawa, ang mga oscillations ng isang mechanical oscillator ay sinamahan ng magkaparehong pagbabago ng kinetic energy at potensyal na enerhiya ng elastic deformation. Kapag nag-aaral ng mga electromagnetic oscillations sa isang circuit, nakita namin na ang analogue ng potensyal na enerhiya ng isang mechanical oscillator ay ang enerhiya ng electric field sa capacitor, at ang analogue ng kinetic energy ay ang enerhiya ng magnetic field ng coil. Ang pagkakatulad na ito ay wasto hindi lamang para sa mga naisalokal na oscillations, kundi pati na rin para sa mga proseso ng alon.

Sa isang monochromatic wave na naglalakbay sa isang nababanat na daluyan, ang kinetic at potensyal na mga density ng enerhiya sa bawat punto ay nagsasagawa ng mga harmonic oscillations na may dobleng dalas, at sa paraang ang kanilang mga halaga ay nag-tutugma sa anumang oras. Ito ay pareho sa isang naglalakbay na monochromatic electromagnetic wave: ang mga density ng enerhiya ng mga electric at magnetic field, na gumagawa ng isang harmonic oscillation na may dalas, ay katumbas ng bawat isa sa bawat punto sa anumang oras.

Ang density ng enerhiya ng magnetic field ay ipinahayag sa mga tuntunin ng induction B tulad ng sumusunod:

Ang equating ang mga density ng enerhiya ng mga electric at magnetic field sa isang naglalakbay na electromagnetic wave, kami ay kumbinsido na ang magnetic field induction sa naturang wave ay nakasalalay sa mga coordinate at oras sa parehong paraan tulad ng lakas ng electric field. Sa madaling salita, sa isang naglalakbay na alon, ang magnetic field induction at ang lakas ng electric field ay katumbas ng bawat isa sa anumang punto sa anumang oras (sa Gaussian system of units):

Ang daloy ng enerhiya ng isang electromagnetic wave. Ang kabuuang density ng enerhiya ng electromagnetic field sa naglalakbay na alon ay dalawang beses sa density ng enerhiya ng electric field (9). Ang densidad ng flux ng enerhiya y dala ng alon ay katumbas ng produkto ng density ng enerhiya at ang bilis ng pagpapalaganap ng alon. Gamit ang formula (9), makikita ng isang tao na ang daloy ng enerhiya sa anumang ibabaw ay nag-o-oscillate nang may dalas. Upang mahanap ang average na halaga ng density ng flux ng enerhiya, kinakailangan ang average na expression (9) sa paglipas ng panahon. Dahil ang ibig sabihin ng halaga ay 1/2, nakukuha natin

kanin. 183. Angular na pamamahagi ng enerhiya" na ibinubuga ng isang oscillating charge

Ang density ng flux ng enerhiya sa isang alon ay nakasalalay sa direksyon: walang enerhiya na ibinubuga sa lahat sa direksyon kung saan nagaganap ang mga oscillation ng singil. Ang pinakamalaking halaga ng enerhiya ay ibinubuga sa isang eroplano na patayo sa direksyon na ito. 183. Nag-o-oscillate ang isang charge kasama ang isang axis

direksyon ng enerhiya, ibig sabihin, ang diagram ay nagpapakita ng isang linya na nagkokonekta sa mga dulo ng mga segment na ito.

Ang pamamahagi ng enerhiya sa mga direksyon sa espasyo ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang ibabaw, na nakuha sa pamamagitan ng pag-ikot ng diagram sa paligid ng axis

Polariseysyon ng mga electromagnetic wave. Ang alon na nabuo ng vibrator sa panahon ng harmonic oscillations ay tinatawag na monochromatic. Ang isang monochromatic wave ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang tiyak na frequency co at wavelength X. Ang wavelength at frequency ay nauugnay sa pamamagitan ng wave propagation speed c:

Ang isang electromagnetic wave sa vacuum ay transverse: ang vector ng electromagnetic field na lakas ng wave, tulad ng makikita mula sa itaas na pangangatwiran, ay patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Gumuhit tayo sa pamamagitan ng observation point Р sa fig. 184 sphere na nakasentro sa pinanggalingan, sa paligid kung saan nag-o-oscillate ang radiating charge sa kahabaan ng axis. Gumuhit ng mga parallel at meridian dito. Pagkatapos ang vector E ng wave field ay ididirekta nang tangential sa meridian, at ang vector B ay patayo sa vector E at ididirekta nang tangential sa parallel.

Upang mapatunayan ito, isaalang-alang natin nang mas detalyado ang kaugnayan sa pagitan ng mga electric at magnetic field sa isang naglalakbay na alon. Ang mga patlang na ito pagkatapos ng paglabas ng alon ay hindi na nauugnay sa pinagmulan. Kapag nagbago ang electric field ng alon, lumitaw ang isang magnetic field, ang mga linya ng puwersa na kung saan, tulad ng nakita natin sa pag-aaral ng kasalukuyang displacement, ay patayo sa mga linya ng puwersa ng electric field. Ang alternating magnetic field na ito, na nagbabago, ay humahantong sa hitsura ng isang vortex electric field, na patayo sa magnetic field na nabuo nito. Kaya, sa panahon ng pagpapalaganap ng isang alon, ang mga electric at magnetic field ay sumusuporta sa isa't isa, na nananatiling magkaparehong patayo sa lahat ng oras. Dahil sa isang naglalakbay na alon ang mga electric at magnetic field ay nagbabago sa phase sa isa't isa, ang agarang "portrait" ng wave (mga vector E at B sa iba't ibang mga punto ng linya kasama ang direksyon ng pagpapalaganap) ay may anyo na ipinapakita sa Fig. 185. Ang nasabing alon ay tinatawag na linearly polarized. Ang isang harmonic oscillating charge ay nagpapalabas ng mga linear na polarized na alon sa lahat ng direksyon. Sa isang linearly polarized wave na naglalakbay sa anumang direksyon, ang vector E ay palaging nasa parehong eroplano.

Dahil ang mga singil sa isang linear electromagnetic vibrator ay gumaganap ng ganoong oscillating motion, ang electromagnetic wave na ibinubuga ng vibrator ay linearly polarized. Madaling i-verify ito sa pamamagitan ng eksperimento sa pamamagitan ng pagbabago ng oryentasyon ng tumatanggap na vibrator na may kaugnayan sa naglalabas.

kanin. 185. Mga electric at magnetic field sa isang naglalakbay na linearly polarized wave

Ang signal ay pinakamalaki kapag ang receiving vibrator ay parallel sa naglalabas (tingnan ang Fig. 178). Kung ang receiving vibrator ay nakabukas patayo sa naglalabas na vibrator, mawawala ang signal. Ang mga electrical oscillations sa receiving vibrator ay maaaring lumitaw lamang dahil sa bahagi ng electric field ng wave na nakadirekta sa kahabaan ng vibrator. Samakatuwid, ang naturang eksperimento ay nagpapahiwatig na ang electric field sa wave ay parallel sa radiating vibrator.

Ang iba pang mga uri ng polariseysyon ng mga transverse electromagnetic wave ay posible rin. Kung, halimbawa, ang vector E sa isang punto sa panahon ng pagpasa ng alon ay pantay na umiikot sa direksyon ng pagpapalaganap, na nananatiling hindi nagbabago sa ganap na halaga, kung gayon ang alon ay tinatawag na circularly polarized o polarized sa isang bilog. Ang isang instant na "portrait" ng electric field ng naturang electromagnetic wave ay ipinapakita sa Fig. 186.

kanin. 186. Electric field sa isang naglalakbay na circularly polarized wave

Ang isang circularly polarized wave ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagdaragdag ng dalawang linearly polarized waves ng parehong frequency at amplitude na nagpapalaganap sa parehong direksyon, ang mga electric field vectors kung saan ay mutually perpendicular. Sa bawat isa sa mga alon, ang electric field vector sa bawat punto ay nagsasagawa ng harmonic oscillation. Upang ang kabuuan ng naturang magkabilang patayo na oscillations ay magresulta sa isang pag-ikot ng nagreresultang vector, isang phase shift ay kinakailangan. Sa madaling salita, ang linearly polarized waves na idinagdag ay dapat na ilipat sa pamamagitan ng isang-kapat ng wavelength na may kaugnayan sa bawat isa.

Momentum ng alon at magaan na presyon. Kasama ng enerhiya, ang isang electromagnetic wave ay mayroon ding momentum. Kung ang isang alon ay hinihigop, ang momentum nito ay inililipat sa bagay na sumisipsip nito. Kaya't sumusunod na sa panahon ng pagsipsip, ang electromagnetic wave ay nagdudulot ng presyon sa hadlang. Ang pinagmulan ng presyon ng alon at ang halaga ng presyur na ito ay maaaring ipaliwanag bilang mga sumusunod.

Nakadirekta sa isang tuwid na linya. Pagkatapos ang kapangyarihan na hinihigop ng singil P ay katumbas ng

Ipinapalagay namin na ang lahat ng enerhiya ng alon ng insidente ay hinihigop ng hadlang. Dahil ang alon ay nagdadala ng enerhiya sa bawat yunit na lugar ng ibabaw ng hadlang sa bawat yunit ng oras, ang presyon na ibinibigay ng alon sa normal na saklaw ay katumbas ng density ng enerhiya ng alon. oras ang isang salpok ay katumbas, ayon sa formula (15), sa hinihigop na enerhiya na hinati sa bilis ng liwanag . At nangangahulugan ito na ang hinihigop na electromagnetic wave ay may momentum, na katumbas ng enerhiya na hinati sa bilis ng liwanag.

Sa kauna-unahang pagkakataon, ang presyon ng mga electromagnetic wave ay eksperimento na natuklasan ni P. N. Lebedev noong 1900 sa sobrang banayad na mga eksperimento.

Paano naiiba ang quasi-stationary electromagnetic oscillations sa closed oscillatory circuit sa high-frequency oscillations sa open vibrator? Bigyan mo ako ng mekanikal na pagkakatulad.

Ipaliwanag kung bakit ang mga electromagnetic wave ay hindi nag-radiate sa isang closed circuit sa panahon ng electromagnetic quasi-stationary oscillations. Bakit nangyayari ang radiation sa panahon ng mga electromagnetic oscillations sa isang bukas na vibrator?

Ilarawan at ipaliwanag ang mga eksperimento ni Hertz sa paggulo at pagtuklas ng mga electromagnetic wave. Ano ang papel na ginagampanan ng spark gap sa pagpapadala at pagtanggap ng mga vibrator?

Ipaliwanag kung paano, sa pinabilis na paggalaw ng isang electric charge, ang isang longitudinal electrostatic field ay nagiging transverse electric field ng isang electromagnetic wave na ibinubuga nito.

Batay sa mga pagsasaalang-alang sa enerhiya, ipakita na ang lakas ng electric field ng spherical wave na ibinubuga ng vibrator ay bumababa bilang 1 1r (sa kaibahan sa electrostatic field).

Ano ang isang monochromatic electromagnetic wave? Ano ang wavelength? Paano ito nauugnay sa dalas? Ano ang transverse property ng electromagnetic waves?

Ano ang polarisasyon ng isang electromagnetic wave? Anong mga uri ng polarization ang alam mo?

Anong mga argumento ang maaari mong ibigay upang bigyang-katwiran ang katotohanan na ang isang electromagnetic wave ay may momentum?

Ipaliwanag ang papel ng Lorentz force sa paglitaw ng electromagnetic wave pressure force sa barrier.

), na naglalarawan sa electromagnetic field, theoretically nagpakita na ang isang electromagnetic field sa isang vacuum ay maaaring umiral kahit na walang mga mapagkukunan - mga singil at mga alon. Ang isang field na walang pinagmumulan ay may anyo ng mga alon na nagpapalaganap sa isang may hangganan na bilis, na sa vacuum ay katumbas ng bilis ng liwanag: kasama= 299792458±1.2 m/s. Ang pagkakataon ng bilis ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic wave sa vacuum na may bilis ng liwanag na sinusukat mas maaga ay nagpapahintulot kay Maxwell na tapusin na ang liwanag ay mga electromagnetic wave. Ang konklusyong ito sa kalaunan ay naging batayan ng electromagnetic theory ng liwanag.

Noong 1888, ang teorya ng electromagnetic waves ay nakatanggap ng eksperimentong kumpirmasyon sa mga eksperimento ni G. Hertz. Gamit ang mataas na boltahe na pinagmumulan at mga vibrator (tingnan ang Hertz vibrator), nakapagsagawa si Hertz ng mga banayad na eksperimento upang matukoy ang bilis ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave at ang haba nito. Nakumpirma sa eksperimento na ang bilis ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave ay katumbas ng bilis ng liwanag, na nagpatunay sa electromagnetic na katangian ng liwanag.