Презентация по физике на тему "Электромагнитные волны"

Из теории Максвелла вытекает ряд важных выводов: Существуют электромагнитные волны, то есть распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны −− векторы E⃗ E→ и B⃗ B→ перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. На рисунке синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна. Векторы E⃗ E→, B⃗ B→ и V⃗ V→ взаимно перпендикулярны. Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью V=1ϵϵ0μμ0−−−−−−√=cn,V=1ϵϵ0μμ0=cn, где ϵϵ и μμ −− диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, n=ϵμ−−√n=ϵμ −− показатель преломления вещества, ϵ0=8,85⋅10−12 Ф/мϵ0=8,85⋅10−12 Ф/м и μ0=4π⋅10−7 Гн/мμ0=4π⋅10−7 Гн/м −− электрическая и магнитная постоянные. Скорость электромагнитных волн в вакууме (ϵ=μ=1)(ϵ=μ=1): c=1ϵ0μ0−−−−√=2,99792458⋅108 м/с≈3⋅108 м/с.c=1ϵ0μ0=2,99792458⋅108 м/с≈3⋅108 м/с. Скорость cc распространения электромагнитных волн в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных. Длина волны λλ в синусоидальной волне связана со скоростью VV распространения волны соотношением λ=V⋅T=V/νλ=V⋅T=V/ν, где νν −− частота колебаний электромагнитного поля, T=1/νT=1/ν. В электромагнитной волне происходят взаимные превращения электрического и магнитного полей. Эти процессы идут одновременно, и электрическое и магнитное поля выступают как равноправные «партнеры». Поэтому объемные плотности электрической и магнитной энергии равны друг другу: wэ=wмwэ=wм, ϵϵ0E22=B22μμ0.ϵϵ0E22=B22μμ0. Отсюда следует, что в электромагнитной волне модули индукции магнитного поля BB и напряженности электрического поля EE в каждой точке пространства связаны соотношением B=ϵμ−−√cE.B=ϵμcE. Электромагнитные волны переносят энергию. При распространении волн возникает поток электромагнитной энергии. При распространении волн возникает поток электромагнитной энергии. Если выделить площадку SS, ориентированную перпендикулярно направлению распространения волны, то за малое время ΔtΔt через площадку протечет энергия ΔWэмΔWэм, равная ΔWэм=(wэ+wм)⋅V⋅S⋅ΔtΔWэм=(wэ+wм)⋅V⋅S⋅Δt. Плотностью потока или интенсивностью II называют электромагнитную энергию, переносимую волной за единицу времени через поверхность единичной площади: I=ΔWэмS⋅Δt=(wэ+wм)⋅V.I=ΔWэмS⋅Δt=(wэ+wм)⋅V. Из теории Максвелла следует, что электромагнитные волны должны оказывать давление на поглощающее или отражающее тело. Давление электромагнитного излучения объясняется тем, что под действием электрического поля волны в веществе возникают слабые токи, то есть упорядоченное движение заряженных частиц. На эти токи действует сила Ампера со стороны магнитного поля волны, направленная в толщу вещества. Эта сила и создает результирующее давление. Обычно давление электромагнитного излучения ничтожно мало. Так, например, давление солнечного излучения, приходящего на Землю, на абсолютно поглощающую поверхность составляет примерно 5 мкПа. Первые эксперименты по определению давления излучения на отражающие и поглощающие тела, подтвердившие вывод теории Максвелла, были выполнены П. Н. Лебедевым в 1900 году. Опыты Лебедева имели огромное значение для утверждения электромагнитной теории Максвелла. Существование давления электромагнитных волн позволяет сделать вывод о том, что электромагнитному полю присущ механический импульс. Электромагнитные волны могут возбуждаться только ускоренно движущимися зарядами. Цепи постоянного тока, в которых носители заряда движутся с неизменной скоростью, не являются источником электромагнитных волн. В современной радиотехнике излучение электромагнитных волн производится с помощью антенн различных конструкций, в которых возбуждаются быстропеременные токи. Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является небольшой по размерам электрический диполь, дипольный момент p(t)p(t) которого быстро изменяется во времени. Такой элементарный диполь называют диполем Герца. В радиотехнике диполь Герца эквивалентен небольшой антенне, размер которой много меньше длины волны λλ. Рисунок дает представление о структуре электромагнитной волны, излучаемой таким диполем. Следует обратить внимание на то, что максимальный поток электромагнитной энергии излучается в плоскости, перпендикулярной оси диполя. Вдоль своей оси диполь не излучает энергии. Герц использовал элементарный диполь в качестве излучающей и приемной антенн при экспериментальном доказательстве существования электромагнитных волн.