Презентация "Электромагнитные волны" 11 класс

Цели урока:
Обучающая: Изучить электромагнитные волны, историю их открытия, характеристики и свойства.
Развивающая: развивать умение наблюдать, сравнивать, анализировать
Воспитывающая: формирование научно-практического интереса и мировоззрения

План урока:
Ознакомление с историей открытия электромагнитных волн
Графическое и математическое представление электромагнитной волны
Экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волн
Свойства электромагнитных волн
Получение домашнего задания

В замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля возникает индукционный ток, что свидетельствует о действии в контуре сторонних сил (или о возникно­вении ЭДС индукции).

1831г: Любое изменение магнитного поля в окружающем пространстве вызывает появление индукционного электрического поля Δ 𝐸 Δ𝑡 Δ 𝐸 𝐸𝐸 𝐸 Δ 𝐸 Δ𝑡 Δ𝑡𝑡 Δ 𝐸 Δ𝑡 ⟶ 𝐵 𝐵𝐵 𝐵

Майкл Фарадей (1791-1867) английский физик

Закон ЭДС индукции в трактовке Максвелла:
«Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты»

Джеймс Максвелл (1831-1879)
английский физик

Гипотеза Максвелла:
«Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле»

Джеймс Максвелл (1831-1879)
английский физик

Магнитная волна поперечна и характеризуется двумя векторами :
Е Е Е -вектор напряженности электрического поля
В В В -вектор индукции магнитного поля
Вектора В В В и Е Е Е взаимно перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной скорости распространения волны

Уравнение электромагнитной волны имеет вид:
𝐸=Е 0 𝐸𝐸=Е 𝐸=Е 0 0 𝐸=Е 0 cos (𝑤(𝑡− х υ )) cos cos (𝑤(𝑡− х υ )) (𝑤𝑤(𝑡𝑡− х υ х х υ υ х υ )) cos (𝑤(𝑡− х υ ))
𝐵=𝐵 0 𝐵𝐵=𝐵𝐵 𝐵=𝐵 0 0 𝐵=𝐵 0 cos (𝑤(𝑡− х υ )) cos cos (𝑤(𝑡− х υ )) (𝑤𝑤(𝑡𝑡− х υ х х υ υ х υ )) cos (𝑤(𝑡− х υ ))
Электромагнитные волны распространяются в пространстве с конечной скоростью 𝜐𝜐= 1 𝜉𝜉ₒ𝜇𝜇ₒ 1 𝜉𝜉ₒ𝜇𝜇ₒ 1 1 𝜉𝜉ₒ𝜇𝜇ₒ 𝜉𝜉ₒ𝜇𝜇ₒ 𝜉𝜉ₒ𝜇𝜇ₒ 𝜉𝜉𝜉𝜉ₒ𝜇𝜇𝜇𝜇ₒ 𝜉𝜉ₒ𝜇𝜇ₒ 1 𝜉𝜉ₒ𝜇𝜇ₒ 1 𝜉𝜉ₒ𝜇𝜇ₒ ,

где 𝜉𝜉ₒ=8,85419*10-12Ф/м –электрическая постоянная
𝜇𝜇ₒ=1,25664*10-6Гн/м –магнитная постоянная

Рассчитаем скорость распространения электромагнитной волны в вакууме:
𝜐𝜐= 1 𝜉ₒ𝜇ₒ 1 𝜉ₒ𝜇ₒ 1 1 𝜉ₒ𝜇ₒ 𝜉ₒ𝜇ₒ 𝜉ₒ𝜇ₒ 𝜉𝜉ₒ𝜇𝜇ₒ 𝜉ₒ𝜇ₒ 1 𝜉ₒ𝜇ₒ 1 𝜉ₒ𝜇ₒ = 1 8,85419∗10_12∗1,25664∗10_6 1 8,85419∗10_12∗1,25664∗10_6 1 1 8,85419∗10_12∗1,25664∗10_6 8,85419∗10_12∗1,25664∗10_6 8,85419∗10_12∗1,25664∗10_6 8,85419∗10_12∗1,25664∗10_6 8,85419∗10_12∗1,25664∗10_6 1 8,85419∗10_12∗1,25664∗10_6 1 8,85419∗10_12∗1,25664∗10_6 =2,99792458∗10⁸м/с
Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме составляет с= 𝜐𝜐 =3* 10 8 10 10 8 8 10 8 м/с

Длина волны
λ= 𝜐𝜐Т, 𝜆𝜆= 𝜐 𝜈 𝜐𝜐 𝜐 𝜈 𝜈𝜈 𝜐 𝜈
Циклическая частота
𝜔𝜔= 1 𝐿𝐶 1 1 𝐿𝐶 𝐿𝐶 𝐿𝐶 𝐿𝐿𝐶𝐶 𝐿𝐶 1 𝐿𝐶
Период
Т= 1 𝜈 1 1 𝜈 𝜈𝜈 1 𝜈
Энергия электромагнитной волны Wэм ~𝛚4

Закрытый колебательный контур

Генрих Герц (1857— 1894) немецкий физик

Энергия электромагнитной волны прямо пропорциональна четвертой степени частоты: Wэм ~ν4 .

Значит, чтобы легче зафиксировать волну, необходимо, чтобы она была высокой частоты, следовательно нужно уменьшить емкость и индуктивность, а значит уменьшить количество витков в катушке и увеличить расстояние меду пластинами конденсатора.

Генрих Герц (1857— 1894) немецкий физик

Вибратор- излучатель электромагнитных волн

Генрих Герц (1857— 1894) немецкий физик

Вибратор

Приемник

В определенный момент напряжение между шарами было больше напряжения пробоя и в искровом промежутке вибратора возникала электрическая искра, происходило излучение электромагнитных волн.
Если частоты вибратора и приемника совпадали, происходил резонанс и в приемнике также появлялась искра

Резонатор Герц – первая антенна

Резонатор Герц – первая антенна

Как известно, Герц не предвидел возможности применения электромагнитных волн в технике. В самом деле, было трудно увидеть в слабых искорках, которые Герц рассматривал в лупу, будущее средство связи, перекрывающее ныне космические расстояния.

1. Электромагнитная волна характеризуется периодически изменяющимися векторами напряженности электрического поля Е и магнитной индукции В магнитного поля

2. Вектора напряженности Е и индукции В перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны, т.е. э/м волна является поперечной

4. Электромагнитные волны излучаются ускоренно движущимися электрическими зарядами.
5. Распространяются и в среде, и в вакууме
6. Распространяются в вакууме со скоростью 3 х 108 м/с
7. Э/м волны инертны, т.е. могут оторваться от источника и существовать самостоятельно

8. Чем больше частота волны (т.е. скорость изменения Е и В), тем больше интенсивность (энергия) волны.

Энергия электромагнитной волны пропорциональна четвертой степени ее частоты

Но в то время ни сам Максвелл, ни кто-либо другой еще не умели экспериментально получать электромагнитные волны.

Это произошло только после 1888 года, когда Г.Герц экспериментально открыл электромагнитные волны и опубликовал результаты своих работ.

Генрих Рудольф Герц (1857-1894) родился в Гамбурге, высшее образование получил в Берлинском университете, где его учителями были Герман фон Гельмгольц и Густав Кирхгоф.

Осенью 1886 г. начался цикл знаменитых опытов Герца.
Лишь 25 месяцев потребовалось Герцу, чтобы экспериментально подтвердить электромагнитную теорию Джеймса Максвелла, которая 25 лет не находила признания в научном мире.

Отражение: волны хорошо отражаются от металлического листа, причем угол падения равен углу отражения
Поглощение: э-м волны частично поглощаются при переходе через диэлектрик
Преломление: э-м волны меняют свое направление при переходе из воздуха в диэлектрик
Интерференция-сложение волн от когерентных источников (подробнее изучим в оптике)
Дифракция– отгибание волнами препятствий

Радиостанция ведет передачу на частоте 75 МГц. Найти длину волны.
Катушка приемного контура приемника имеет индуктивность 1 мкГн. Какова емкость конденсатора, если длина излучаемой радиоволны 1000 м?
Сила тока в открытом колебательном контуре меняется по закону:
i = 0,1cos 6 .105π t
Найти длину излучаемой волны.

4. Определить, на какой частоте работает передатчик, если длина излучаемых им волн равна 200 м.                             
Ответ:

5. Ёмкость конденсатора колебательного контура 280 пФ. Какова индуктивность катушки контура, если идет прием станции, работающей на длине волны 1000 метров?