Электромагнитные волны. Скорость электромагнитных волн

Электромагнитные волны. Скорость электромагнитных волн

Как вы знаете, волной называется распространяющееся в пространстве возмущение. Электромагнитная волна – это распространяющееся в пространстве электромагнитное поле. Мы знаем, что электромагнитным полем является взаимосвязь электрических и магнитных полей. Так вот волна – это и есть распространяющееся в пространстве электромагнитное поле, электромагнитное возмущение.

Теорию электромагнитной волны и электромагнитного поля впервые создал английский ученый Максвелл. Он показал, что электрические и магнитные поля существуют вместе. Но, оказывается, они могут существовать совершенно изолированно от какого-либо вещества. Вспомните, звуковые волны могут быть только там, где есть среда. Вообще, механические волны могут существовать только там, где есть вещество, т.е. колебания, которые происходят с частицами, могут передаваться там, где есть частицы, способные передавать это возмущение. Что касается электромагнитного поля, то оно может существовать даже там, где этого вещества нет, где нет никаких частиц.

Итак, электромагнитное поле существует в вакууме, значит, если мы создадим определенные условия и сможем создать общее электромагнитное возмущение в пространстве, то это возмущение может распространяться по всем направлениям, именно это и будет электромагнитная волна.

В электромагнитном поле магнитная индукция и напряженность электрического поля располагаются взаимно перпендикулярно, и из теории Максвелла следовало, что плоскость расположения магнитной индукции и напряженности находится под углом 90⁰ к направлению распространения электромагнитной волны (рис. 1).

Рис. 1. Плоскости расположения магнитной индукции и напряженности

Опыт Герца

Первым человеком, которому удалось произвести излучение электромагнитной волны и прием электромагнитной волны, был немецкий ученый Г. Герц. Ему первому удалось создать такую установку по излучению и приему электромагнитной волны. Какие же принципы лежали в основе его эксперимента?

Для излучения электромагнитной волны требуется достаточно быстро и ускоренно движущийся электрический заряд. Г. Герц в своих опытах установил: чтобы получить довольно ощутимую электромагнитную волну, движущийся электрический заряд должен осуществлять колебания с высокой частотой, порядка нескольких десятков тысяч герц. Если такое колебание происходит, то вокруг этого заряда будет формироваться переменное электромагнитное поле и распространяться во все стороны. Это и будет электромагнитная волна.

Скорость волны. Поперечность волны

Кроме того, электромагнитная волна обладает определенными свойствами. Эти свойства как раз и были указаны в работе Максвелла. Во-первых, электромагнитная волна распространяется со скоростью, которую мы привыкли называть скорость света. Эта скорость (мы будем ее называть скорость электромагнитной волны) составляет 300000 км/с.

Еще один факт: электромагнитная волна – поперечная.

Рис. 1. Поперечная электромагнитная волна

Если есть источник электромагнитных волн (это любой колеблющийся с высокой частотой заряд), то вокруг него формируется электромагнитное поле , то, по Максвеллу, вокруг переменного магнитного поля образуется вихревое электрическое. Характеристикой электрического поля является напряженность электрического поля. Она обозначается буквой , это тоже векторная величина, а единицей измерения напряженности является -[].

С другой стороны, если мы рассмотрим изменяющееся, вихревое электрическое поле, то вокруг этого поля формируется вихревое магнитное с характеристикой магнитной индукцией .

Вы видите, что линии магнитной индукции и линии силовые электрического поля взаимно перпендикулярны. Это взаимно перпендикулярное расположение характеристик магнитного и электрического полей; напряженности и индукции магнитного поля говорит нам о том, что электромагнитная волна является поперечной.

Шкала электромагнитных волн

Необходимо отметить, что все электромагнитные волны сведены в одну шкалу в зависимости от их частоты.

Каждый из этих диапазонов соответствующим образом используется в технике. Самые распространенные примеры – ТВ, радио, мобильная связь.

Впервые электромагнитные волны были использованы 7 мая 1895г.

Преподаватель физики офицерских минных классов А. С. Попов (1859—1906) на заседании Русского физико-химического общества продемонстрировал первый в мире радиоприемник, открывший возможность практического использования электромагнитных воли для беспроволочной связи, преобразившей жизнь человечества. Первая переданная в мире радиограмма содержала лишь два слова: «Генрих Герц». Изобретение радио Поповым сыграло огромную роль для распространения и развития теории Максвелла.

Электромагнитные волны сантиметрового и миллиметрового диапазонов, встречая на своем пути преграды, отражаются от них. Это явление лежит в основе радиолокации — обнаружения предметов (например, самолетов, кораблей и т. д.) на больших расстояниях и точного определения их положения. Помимо этого, методы радиолокации используются для наблюдения прохождения и образования облаков, движения метеоритов в верхних слоях атмосферы и т. д.

Для электромагнитных волн характерно явление дифракции — огибания волнами различных препятствий. Именно благодаря дифракции радиоволн возможна устойчивая радиосвязь между удаленными пунктами, разделенными между собой выпуклостью Земли. Длинные волны (сотни и тысячи метров) применяются в фототелеграфии, короткие волны (несколько метров и меньше) применяются в телевидении для передачи изображений на небольшие расстояния (немногим больше пределов прямой видимости).

 Электромагнитные волны используются также в радиогеодезии для очень точного определения расстояний с помощью радиосигналов, в радиоастрономии для исследования радиоизлучения небесных тел и т. д. Полное описание применения электромагнитных волн дать практически невозможно, так как нет областей науки в техники, где бы они не использовались.

Ответить письменно на вопросы:

1. Что такое электромагнитная волна?

2. Кто создал теорию электромагнитной волны?

3. Кто изучил свойства электромагнитных волн?

4. Что является причиной излучения электромагнитной волны?

5. Где используются электромагнитные волны?

Скачано с www.znanio.ru