Что такое электромагнитная волна 9 класс
Перейти к содержимому

Что такое электромагнитная волна 9 класс

  • автор:

Урок физики в 9 классе на тему "Электромагнитные волны"

Нажмите, чтобы узнать подробности

Презентация может быть использована для объяснения нового материала и в качестве закрепления пройденного.

Просмотр содержимого документа
«Урок физики в 9 классе на тему «Электромагнитные волны»»

Электромагнитные волны

Электромагнитные волны

Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) В 1820 году обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку . Это привело к возникновению новой области физики - электромагнетизма

Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851)

В 1820 году обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку .

Это привело к возникновению новой области физики — электромагнетизма

Майкл Фарадей (1791-1867) «Превратить магнетизм в электричество». 1831 г. Открыл явление электромагнитной индукции</p>
<p>электрический ток» width=»640″ /></p>
<p>Майкл Фарадей (1791-1867)</p>
<p><b>«Превратить магнетизм в электричество».</b> </p>
<p><b>Открыл явление электромагнитной индукции</b> </p>
<p><img decoding=

магнитное поле» width=»640″ />

Максвелл Джеймс Клерк (1831-1879)

Создал теорию электромагнитного поля (1864 г.)

Электромагнитное поле - это порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля. Источник э/м поля – заряженные частицы, движущиеся с ускорением. Вихревые поля – это электрические и магнитные поля, силовые линии которых являются замкнутыми .

Электромагнитное поле —

это порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля.

Источник э/м поля

заряженные частицы, движущиеся с ускорением.

Вихревые поля – это электрические и магнитные поля, силовые линии которых являются замкнутыми .

Электромагнитная волна – переменное электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с течением времени.

Электромагнитная волна – переменное электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с течением времени.

Е – вектор напряженности электрического поля В – вектор магнитной индукции Е В

Е – вектор напряженности электрического поля

В – вектор магнитной индукции

Генрих Герц (1857-1894) Экспериментально обнаружил существование электромагнитных волн (1887 г.) Изучил свойства электромагнитных волн Определил скорость электромагнитной волны Доказал, что свет – частный случай электромагнитной волны

Генрих Герц (1857-1894)

Экспериментально обнаружил существование электромагнитных волн (1887 г.)

  • Изучил свойства электромагнитных волн
  • Определил скорость электромагнитной волны
  • Доказал, что свет – частный случай электромагнитной волны

Свойства э/м волн 1. излучаются колеблющимися с ускорением зарядами. 2. могут распространяться не только в газах, жидкостях и твердых средах, но и вакууме. 3. Электромагнитная волна является поперечной. 4. Скорость электромагнитных волн в вакууме с=300000 км/с. 5. При переходе из одной среды в другую частота волны не изменяется . 6. могут поглощаться веществом. 7. Попадая на границу раздела двух сред, часть волны отражается, а часть проходит в другую среду, преломляясь.

Свойства э/м волн

1. излучаются колеблющимися с ускорением зарядами. 2. могут распространяться не только в газах, жидкостях и твердых средах, но и вакууме. 3. Электромагнитная волна является поперечной.

4. Скорость электромагнитных волн в вакууме с=300000 км/с. 5. При переходе из одной среды в другую частота волны не изменяется . 6. могут поглощаться веществом.

7. Попадая на границу раздела двух сред, часть волны отражается, а часть проходит в другую среду, преломляясь.

Длина э/м волны: λ = с · т Длина волны 1 с T = λ = ν ν с = 3∙10 8 м/с - скорость света в вакууме (воздухе)

Длина э/м волны:

λ = с · т

Длина волны

с = 3∙10 8 м/с скорость света

в вакууме (воздухе)

Попов Александр Степанович (1859-1905) Осуществил радиотелеграфную связь на 64 м в Санкт-Петербурге (1895 г. ) 250 м 600 м 20 км 150 км (1901 г.) Г. Маркони осуществил радиосвязь через Атлантический океан (1901 г.) Связь на расстояние

Попов Александр Степанович (1859-1905)

Осуществил радиотелеграфную связь на 64 м в Санкт-Петербурге (1895 г. )

150 км (1901 г.)

Г. Маркони осуществил радиосвязь через Атлантический океан (1901 г.)

Связь на расстояние

1. 2. 3.

В, мТл 4. Используя график зависимости индукции магнитного поля от времени, определите длину э/м волны.

4. Используя график зависимости индукции магнитного поля от времени, определите длину э/м волны.

Шкала электромагнитных излучений - это классификация э/м волн по частоте или длине волны. Инфракрасное излучение Видимый свет Ультрафиолетовое излучение Рентгеновское излучение Гамма - излучение Радиоволны СВЧ излучения

Шкала электромагнитных излучений —

это классификация э/м волн по частоте или длине волны.

Вид излучения Длина волны Частота Источник излучения Отличительные свойства Применение излучения

Вид излучения

Длина волны

Источник излучения

Отличительные свойства

Применение излучения

Радиоволны

Радиоволны

  • Свойства
  • Передача на большие расстояния.
  • Несут информацию.
  • Высокая отражательная способность.

Радиолокация (от латинских слов «radio» -излучаю и «lokatio» – расположение)

обнаружение и точное определение положения объектов с помощью радиоволн.

S – расстояние до объекта, t – время распространения радиоволны к объекту и обратно

S – расстояние до объекта,

t – время распространения радиоволны к объекту и обратно

Применение радиолокации Авиация По сигналам на экранах радиолокаторов диспетчеры аэропортов контролируют движение самолётов по воздушным трассам, а пилоты точно определяют высоту полёта и очертания местности, могут ориентироваться ночью и в сложных метеоусловиях.

Применение радиолокации

Авиация

По сигналам на экранах радиолокаторов диспетчеры аэропортов контролируют движение самолётов по воздушным трассам, а пилоты точно определяют высоту полёта и очертания местности, могут ориентироваться ночью и в сложных метеоусловиях.

Основное применение радиолокации – это ПВО . Г лавная задача - наблюдать за воздушным пространством, обнаружить и вести цель, в случае необходимости навести на нее ПВО и авиацию.

Основное применение радиолокации – это ПВО .

Г лавная задача — наблюдать за воздушным пространством, обнаружить и вести цель, в случае необходимости навести на нее ПВО и авиацию.

Радар для измерения скорости движения транспорта Первыми гражданскими радарами для измерения скорости движения транспорта американские полицейские пользовались уже в конце Второй мировой войны.

Радар для измерения скорости движения транспорта

Первыми гражданскими радарами для измерения скорости движения транспорта американские полицейские пользовались уже в конце Второй мировой войны.

Метеорологические радиолокаторы для прогнозирования погоды . Объектами радиолокационного обнаружения могут быть облака, осадки, грозовые очаги. Можно прогнозировать град, ливни, шквал.

Метеорологические радиолокаторы для прогнозирования погоды . Объектами радиолокационного обнаружения могут быть облака, осадки, грозовые очаги. Можно прогнозировать град, ливни, шквал.

Применение в космосе В космических исследованиях радиолокаторы применяются для управления полётом и слежения за спутниками, межпланетными станциями, при стыковке кораблей . Радиолокация планет позволила уточнить их параметры (например расстояние от Земли и скорость вращения), состояние атмосферы, осуществить картографирование поверхности.

Применение в космосе

В космических исследованиях радиолокаторы применяются для управления полётом и слежения за спутниками, межпланетными станциями, при стыковке кораблей .

Радиолокация планет позволила уточнить их параметры (например расстояние от Земли и скорость вращения), состояние атмосферы, осуществить картографирование поверхности.

Инфракрасное излучение (тепловое) Длина волны от 10 -3 до 10 -6 м Частота от 3 · 10 11 до 3∙10 14 Гц Источник – любые нагретые тела. Свойства : • проходит через некоторые непрозрачные тела, а также сквозь дождь, снег, туман; • поглощаясь веществом, нагревает его; • регистрируется тепловыми методами. Применение : Прибор ночного видения, физиотерапия, в промышленности для сушки изделий, древесины, фруктов.

Инфракрасное излучение (тепловое)

  • Длина волны от 10-3до 10-6м
  • Частота от 3·1011до 3∙1014Гц

Источник – любые нагретые тела.

Свойства :

проходит через некоторые непрозрачные тела, а также сквозь дождь, снег, туман;

поглощаясь веществом, нагревает его;

регистрируется тепловыми методами.

Применение : Прибор ночного видения, физиотерапия, в промышленности для сушки изделий, древесины, фруктов.

Инфракрасное излучение

Видимый свет Длина волны 380 – 780 нм Частота от 3 · 10 14 до 3 · 10 15 Гц Источник – любые светящиеся тела. Свойства:

Видимый свет

Длина волны 380 – 780 нм

Частота от 3 · 10 14 до 3 · 10 15 Гц

Источник – любые светящиеся тела.

  • Разложение в спектр
  • Отражение
  • Образование тени
  • преломление

1 ООО°С 4. Светящиеся пары ртути.» width=»640″

Ультрафиолетовое излучение.

Длина волны 10 – 380 нм

Частота 8 · 10 14 – 3 · 10 16 Гц

2. Газоразрядные лампы с кварцевыми трубками.

3. Все твердые тела с t 1 ООО°С

4. Светящиеся пары ртути.

Свойства : - Высокая химическая активность, - невидимо, - убивает микроорганизмы,

Свойства :

— Высокая химическая активность,

  • Источник витамина Д (загар)
  • Поглощается стеклом

Рентгеновское излучение

Длина волны

10 -12 – 10 -8 м

3 ·10 16 – 3 · 10 20 Гц

Источник — рентгеновская трубка

Свойства :

— большая проникающая способность. — — Облучение в больших дозах вызывает лучевую болезнь.

Применение : в медицине с целью диагностики заболеваний внутренних органов; в промышленности для контроля внутренней структуры различных изделий (дефектоскопия)

ИЗУЧЕНИЕ СТРОЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ

ИЗУЧЕНИЕ СТРОЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ

Гамма-излучение Длина волны меньше 10 -12 м Частота больше 3 · 10 20 Гц Источники: атомное ядро (ядерные реакции). Свойства: самая высокая проникающая способность, сильное биологическое воздействие. Применение : В медицине, атомная энергетика, оружие массового поражения.

Гамма-излучение

Длина волны меньше 10 -12 м

Частота больше 3 · 10 20 Гц

Источники: атомное ядро (ядерные реакции).

Свойства: самая высокая проникающая способность, сильное биологическое воздействие.

Применение : В медицине, атомная энергетика, оружие массового поражения.

"Электромагнитные волны " 9 класс
план-конспект урока по физике (9 класс) по теме

1.Организационный момент.
2. Проверка домашнего задания, повторение
— Кем и когда была создана теория электромагнитного поля и в чем зак­лючается ее суть?
— Что служит источником электромагнитного поля?
— Чем отличаются силовые линии вихревого электрического поля от си­ловых линий электростатического поля?
— Опишите механизм возникновения индукционного тока, опираясь на знание о существовании электромагнитного поля?

3. Новый материал «Электромагнитные волны и их свойства»

Скачать:

Вложение Размер
"Электромагнитные волны " 9 класс 308 КБ

Предварительный просмотр:

Урок №53 9 класс

Тема: " Электромагнитные волны "

Цель урока : познакомить учащихся с понятием электромагнитной волны.
Тип урока : изучение нового материала.
Структура урока:

1.Организационный момент.
2. Проверка домашнего задания, повторение
— Кем и когда была создана теория электромагнитного поля и в чем заключается ее суть?
— Что служит источником электромагнитного поля?
— Чем отличаются силовые линии вихревого электрического поля от силовых линий электростатического поля?
— Опишите механизм возникновения индукционного тока, опираясь на знание о существовании электромагнитного поля?

3. Новый материал «Электромагнитные волны и их свойства»

Гипотеза Максвелла. На основе представлений Майкла Фарадея об электрических и магнитных полях английский физик Джеймс Клерк Максвелл создал теорию электромагнетизма. По представлениям Фарадея, любые изменения магнитного поля порождают вихревое электрическое поле. Например, при движении магнита по направлению чёрной стрелки вокруг изменяющегося магнитного поля, обозначенного незамкнутыми силовыми линиями, возникает вихревое электрическое поле, обозначенное замкнутой силовой линией.

Максвелл в 1864 г. предположил, что и любое изменение электрического поля сопровождается возникновением вихревого магнитного поля. Силовые линии этого поля замкнуты, они расположены вокруг силовых линий переменного электрического поля точно так же, как вокруг проводников с электрическим током. Это значит, что при прохождении переменного тока между пластинами плоского конденсатора вокруг изменяющегося электрического поля должно возникать вихревое магнитное поле.

Согласно гипотезе Максвелла процесс взаимного порождения изменяющимся электрическим полем магнитного поля и изменяющимся магнитным полем электрического поля может неограниченно распространяться, захватывая всё новые и новые области пространства.

Распространяющиеся в пространстве переменные электрическое и магнитное поля, порождающие взаимно друг друга, называются электромагнитной волной.

Скорость распространения электромагнитных волн.

Максвелл на основе своей теории математически доказал, что в вакууме скорость с электромагнитной волны должна быть равна:

с = 299 792 458 м/с

Для подтверждения гипотезы Максвелла о существовании электромагнитного поля необходимо было экспериментальное открытие электромагнитных волн.

Открытие электромагнитных волн. Электромагнитные волны были открыты немецким физиком Генрихом Герцем в 1887 г. В своих опытах Герц использовал два металлических стержня с шарами на концах, в которых при электрическом разряде возникали такие электромагнитные колебания, как в электрическом контуре. Герц обнаружил, что при подаче высокого напряжения между шарами 1 происходил электрический разряд и одновременно на некотором расстоянии от них возникала искра между шарами 2 на концах проволочной рамки. Это доказывало, что при электрических колебаниях в электрическом контуре в пространстве возникает вихревое переменное электромагнитное поле. Это поле создаёт электрический ток в витке проволоки.

Измерив частоту ν гармонических колебаний в контуре и длину λ электромагнитной волны, Герц определил скорость электромагнитной волны:

Значение скорости электромагнитной волны, полученной в эксперименте Герца, совпало со значением скорости электромагнитной волны по гипотезе Максвелла. Так представления Фарадея о существовании электрических и магнитных полей как физической реальности получили экспериментальное подтверждение.

Силовые линии электрического и магнитного полей в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Свет — электромагнитная волна. Вычисленная на основании гипотезы Максвелла скорость электромагнитной волны совпала с наблюдаемой в опытах скоростью света. Это совпадение позволило предположить, что свет является одним из видов электромагнитных волн.

4. Вопросы для закрепления.

1. Какую гипотезу высказал Максвелл при создании теории электромагнетизма?

2. Какой эксперимент послужил доказательством правильности теории близкодействия?

3. Как Герц измерил скорость электромагнитной волны?

4. Какой факт является доказательством того, что свет — электромагнитная волна?

5. Что такое электромагнитная волна? Что в ней происходит, т.е. какова природа этого физического объекта?

Электромагнитная волна представляет собой распространение в пространстве с течением времени переменных (вихревых) электрических и магнитных полей.
Электромагнитные волны изучаются колеблющимися зарядами, при этом существенно, что скорость движения таких зарядов меняется со временим, т.е. они движутся с ускорением. Электромагнитное поле излучается заметным образом не только при колебании заряда, но и при любом быстром изменении его скорости. Причем интенсивность излучения волны тем больше, чем больше ускорение, с которым движется заряд. Векторы Е и В в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волны. Электромагнитная волна является поперечной. Максвелл был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн, но не дожил до их экспериментального обнаружения. Лишь через 10 лет после его смерти электромагнитные волны экспериментально получены Герцем. ЭМВ, таким образом, возникают при ускоренном движении заряженных частиц. v = λ·ν

6. Новый материал «Свойства электромагнитных волн»
Виды и свойства электромагнитных излучений
Радиоволны. Электромагнитные волны с длиной волны примерно от одного миллиметра до нескольких километров называются радиоволнами. Радиоволны излучаются антеннами радио- и телепередатчиков, радиолокаторов, мобильными телефонами, грозовыми разрядами, звёздами и веществом в межзвёздном пространстве.
Инфракрасное излучение. Электромагнитные волны с длиной волны примерно от 1 мм до 0,8 мкм называются инфракрасным излучением. Любые тела при нагревании вследствие теплового движения заряженных частиц внутри их испускают электромагнитное излучение. При температуре от —263 до -3000 °С основная часть электромагнитного излучения относится к области инфракрасного излучения.
Органы чувств человека воспринимают инфракрасное излучение как тепло, идущее от горячих предметов. Инфракрасное излучение применяется в технике для прогревания и сушки материалов и изделий.
Видимый свет. При температуре от -3000 до -10000 °С, какую имеют поверхности Солнца и звёзд, в составе излучений любых тел имеются электромагнитные волны с длиной волны примерно от 0,8 до 0,4 мкм. Это излучение видит глаз человека, поэтому его называют видимым светом.
Ультрафиолетовое излучение. При температуре вещества выше -10 000 °С значительная часть излучения приходится на ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолетовым излучением называются электромагнитные волны с длиной волны от 0,4 до 0,01 мкм. Оно обладает большой биологической активностью. Под действием ультрафиолетового излучения погибают болезнетворные бактерии и вирусы. Это его свойство используется в медицине для обработки инструментов и материалов.
Из-за биологической активности ультрафиолетовое излучение может быть опасным для человека. Поэтому излишнее солнечное облучение кожи вредно для здоровья человека из-за наличия ультрафиолетового излучения в составе солнечного света.
Рентгеновские лучи. Электромагнитные излучения с длиной волны менее 0,01 мкм называют рентгеновским излучением или рентгеновскими лучами. Это излучение возникает при торможении быстрых электронов в веществе или при переходах электронов внутри атомов с одной орбиты на другую.
Рентгеновские лучи при прохождении через вещество обладают большой проникающей способностью. Это их свойство используется в медицине для получения снимков костного скелета человека (рис. 28.6).
Гамма-излучение. Электромагнитные излучения с длиной волны менее 0,01 мкм, испускаемые атомными ядрами или элементарными частицами при их превращениях, называют гамма-излучением или гамма-лучами. Рентгеновское и гамма-излучения обладают сильным биологическим действием и при больших дозах могут принести серьёзный вред живому организму. Их угнетающее действие на живые клетки используется в медицине для подавления развития злокачественных опухолей.

Свойства электромагнитных волн. Исследования показали, что электромагнитные волны отражаются от любых проводящих тел. Переменное электрическое поле падающей электромагнитной волны возбуждает вынужденные колебания свободных зарядов в проводнике, колебания электрических зарядов порождают отраженную волну.
Свойство отражения электромагнитных волн используется на практике для определения местоположения кораблей и самолётов, ракет и космических кораблей.
Устройства, посылающие радиоволны в заданном направлении и принимающие отражённый сигнал, называются радиолокаторами. С помощью радиолокатора расстояние / до самолёта определяют путем измерения интервала времени t между моментами отправления электромагнитной волны и возвращения отражённой волны. Искомое расстояние l равно:

l = с/t, где с — скорость распространения радиоволн.

При переходе электромагнитной волны из одного диэлектрика в другой может изменяться направление её распространения. Это явление называется преломлением волн. Преломление происходит из-за изменения скорости распространения волн при переходе из одного диэлектрика в другой.
У края препятствия электромагнитные волны могут отклоняться от прямолинейного пути распространения. Это явление называется дифракцией волн.
Если на пути электромагнитной волны находится экран с двумя отверстиями, то в различных точках за экраном в результате сложения колебаний от двух источников амплитуда колебаний может иметь различное значение в зависимости от разности расстояний до двух источников. Это явление называется интерференцией волн.

7. Практическая работа « Исследование свойств электромагнитных волн»

Оборудование: два мобильных телефона, пластмассовая или стеклянная коробка с крышкой, металлическая фольга.
Исследуйте способность электромагнитных волн проникать сквозь преграды из диэлектрика и металла.

Порядок выполнения задания

  1. Проверьте способность мобильного телефона принимать электромагнитные волны от станции мобильной связи. Для этого позвоните на первый телефон со второго телефона.
  2. Положите первый телефон в пластмассовую коробку с крышкой и снова позвоните на него со второго телефона. Сделайте вывод: способны ли электромагнитные волны проникать сквозь преграды из диэлектрика?
  3. Заверните первый телефон в два слоя металлической фольги и снова позвоните на него со второго телефона. Сделайте вывод: способны ли электромагнитные волны проникать сквозь преграды из металла?

8. Обобщение и закрепление.
Сейчас мы знаем, что все пространство вокруг нас буквально пронизано электромагнитными волнами разных частот.
В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн (и, соответственно, по частотам) на шесть основных диапазонов. Электромагнитные волны разных частот отличаются друг от друга.
Какое ЭМ излучение имеет наибольшую длину волны, частоту? Наименьшую длину волны, частоту?

Получаются с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.
Свойства: радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами, проявляют свойства дифракции и интерференции.

Применение: Радиосвязь, телевидение, радиолокация.

Инфракрасное излучение (тепловое)

Излучается атомами или молекулами вещества. Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре. Свойства:

Применение: Прибор ночного видения, криминалистика, физиотерапия, II промышленности для сушки изделий, древесины, фруктов.

Электромагнитные волны | Конспект

Cart slov

Существование электромагнитных волн предсказано и описано Джейсом Максвелом. Согласно его теории, переменное эл. поле является источником переменного магнитного поля и наоборот. Скорость распространения электромагнитных волн приблизительно равна 3 · 10 8 м/с и называется скоростью света.

Е – напряженность \(\lbrack\frac<В><М>\) ];

Самая большая скорость электромагнитных волн в вакууме.

Шкала электромагнитных волн

В зависимости от частоты электромагнитные волны делятся на диапазоны:

2) Инфракрасное излучение;

3) Видимое излучение;

4) Ультрафиолетовое излучение;

5) Рентгеновское излучение;

С ростом частоты увеличивается проникающая способность.

Электромагнитная волна представляет собой систему порождающих друг друга и распространяющихся в пространстве переменных электрического и магнитного полей.

A picture containing text Description automatically generated

B = \(\frac<\text>\) – магнитная индукция

E = \(\frac\) – напряжённость электрического поля

V = C = 3 • 10 8 м/с – скорость света в вакууме

λ = С • T – длина электромагнитных волн

[λ] = м, длина волны

Таблица электромагнитных волн

5 • 10 • 5 – 1010 (Гц)

4 • 1014 – 8 • 1014 Гц

Отражение света

A picture containing diagram Description automatically generated

Преломление света

Chart, line chart Description automatically generated

\(< \alpha\) – угол падения

\(< \beta\) – угол отражения

\(< \gamma\) – угол преломления

n = \(\frac\) – абсолютный показатель преломления

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная отношению скоростей света в этих средах: \(\frac<\sin\alpha><\sin\beta>\) = n21 = \(\frac>>\) .

Относительным показателем преломления второй среды относительно первой называют физическую величину, равную отношению скоростей света в этих средах: n21 = \(\frac>>\) .

Абсолютным показателем преломления среды называют физическую величину, равную отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде: n = \(\frac\) .

Электромагнитное поле. ЭМВ. Скорость распространения ЭМВ

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Электромагнитное поле. ЭМВ. Скорость распространения ЭМВ»

«…Научная деятельность… единственное,

что переживает тебя и что на сотни

и тысячи лет врезается в историю человечества».

Абрама Федоровича Иоффе

В данной теме речь пойдёт об электромагнитном поле. А также узнаем, что такое электромагнитные волны, и с какой скоростью они распространяются в пространстве.

Известно, что явление электромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году.

В том же году в Англии родился Джеймс Клерк Максвелл, ставший впоследствии ученым и сделавший важнейшее научное открытие, которое позволило глубже понять сущность электромагнитной индукции.

Согласно явлению электромагнитной индукции при изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает индукционный ток. Но, как мы знаем, ток может возникнуть только при наличии электрического поля.

Предположение о возникновении электрического поля в результате изменения магнитного сразу вызвало у ученых ряд вопросов. Например, отличается ли оно от поля, созданного неподвижными электрическими зарядами? Возникает ли это поле только в проводнике или существует и в пространстве вокруг него? Играет ли какую-либо роль в возникновении этого поля замкнутый проводник, по которому протекает ток?

Ответы на эти и другие вопросы были получены в 1865 году, когда Максвелл высказал мысль о возможном равноправии полей. Он теоретически доказал свое предположение, со­здав теорию электромагнитного поля на основе двух постулатов:

Первый постулат: переменное магнитное поле создает в окружающем его пространстве вихревое электрическое поле, линии напряженности которого представляют собой замкнутые линии, охватывающие линии индукции магнитного поля.

Второй постулат: переменное электрическое поле создает в окружающем его простран­стве вихревое магнитное поле, линии индукции которого охватывают ли­нии напряженности переменного электрического поля.

Переменное электрическое поле называется вихревым, поскольку его силовые линии замкнуты подобно линиям индукции магнитного поля. Это отличает его от поля электростатического (т. е. постоянного, не меняющегося во времени), которое существует вокруг неподвижных заряженных тел. Напомним, что силовые линии электростатического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.

Вихревое электрическое и магнитное поля "сцеплены" друг с дру­гом, существуют одновременно и взаимно порождают друг друга. Нельзя создать переменное магнитное поле без того, чтобы в пространстве не возникло переменное вихревое электрическое поле.

Не менее важно то об­стоятельство, что электрическое поле без магнитного, и наоборот, могут существовать лишь по отношению к определенным системам отсчета. Так, покоящийся заряд создает только электростатическое поле. Но ведь за­ряд покоится лишь относительно определенной системы отсчета, а отно­сительно другой он будет двигаться и, следовательно, создавать магнит­ное поле.

Совокупность неразрывно связанных друг с другом изменяющихся электрического и магнитного полей представляет собой электромагнитное поле.

Открытие электромагнитного поля позволило более детально описать механизм возникновения индукционного тока. Во всех опытах по получению индукционного тока, тем или иным образом изменялся магнитный поток, пронизывающий контур замкнутого проводника. При этом, согласно теории Максвелла, возникало вихревое электрическое поле, под действием которого свободные заряды, всегда имеющиеся в проводнике, приходили в направленное движение.

Созданная Максвеллом теория, позволившая предсказать существование электромагнитного поля за 22 года до того, как оно было обнаружено экспериментально, считается величайшим из научных открытий, роль которого в развитии науки и техники трудно переоценить.

Из созданной Максвеллом теории вытекал вывод о том, что по своей природе электромагнитное поле не остается локализован­ным в месте зарождения, а распространяется в пространстве.

Распространяющееся в пространстве периодически изменяющееся элек­тромагнитное поле представляет собой электромагнитную волну.

Этот процесс распрост­раняется в пространстве по всем направлениям. Причем эти волны могут существовать не только в веществе, но и в вакууме.

Из теории Максвелла вытекает, что электромагнитные волны распространяются от источника электромагнитных колебаний во все стороны с определенной скоростью.

Он чисто математически показал, что скорость распростране­ния электромагнитного поля в вакууме равна скорости света, а в среде эта скорость меньше и зависит от свойств среды согласно формуле:

где — это диэлектрическая проницаемость среды, а — магнитная проницаемость.

Известно, что в механических волнах, например в звуковых, энергия передается от одних частиц среды к другим. При этом частицы приходят в колебательное движение, т. е. их смещение от положения равновесия периодически меняется. Для передачи звука обязательно нужна вещественная среда.

В связи с тем, что электромагнитные волны распространяются не только в веществе, но и в вакууме, возникает вопрос: что совершает колебания в электромагнитной волне, иными словами, какие физические величины периодически меняются в ней?

Известно, что количественной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции.

Основной же количественной характеристикой электрического поля служит векторная величина, называемая напряженностью электрического поля, которая обозначается буквой Е.

Напряженность — это физическая векторная величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на неподвижный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда.

Таким образом, когда говорим, что магнитное и электрическое поля меняются, то это означает, что меняются соответственно вектор индукции магнитного поля и вектор напряженности электрического поля.

На рисунке изображены вектор напряженности электрического поля и вектор индукции магнитного поля электромагнитной волны в один и тот же момент времени. Это как бы «моментальный снимок» волны, распространяющейся в направлении оси Oz.

Плоскость, проведенная через векторы индукции и напряженности в любой точке, перпендикулярна направлению распространения волны, что говорит о поперечности волны. Таким образом, электромагнитная волна — это поперечная волна, так как вектора напряженности и индукции перпендикулярны вектору скорости.

Для электромагнитных волн справедливы те же соотношения между длиной волны, ее скоростью, периодом и частотой колебаний, что и для механических волн.

Колебания векторов напряженности электрического поляи индукции магнитного поляв каждой точке электромагнитной вол­ны происходят в одинаковых фазах и по двум взаимноперпендикуляр­ным направлениям.

Векторы напряженности электрического поля и индукции магнитного поля об­разуют с вектором скорости распространения правовинтовую систему: если головку право­го винта расположить в плоскости векторов Е и B и поворачивать ее в направ­лении от Е к B по кратчайшему пути, то поступательное движение острия винта укажет направ­ление вектора скорости в данный момент времени.

Электромагнитная волна, как и упругая, является носителем энергии, причем перенос энергии совершается в направлении распространения волны.

Электромагнитные волны распространяются прямолинейно в одно­родной среде, испытывают преломление при переходе из одной среды в другую, отражаются от преград.

Однако долгое время экспериментально никто не мог подтвердить существование электромагнитного поля и, как следствие, электромагнитных волн. Только в 1888 г. немецкому ученому Генриху Герцу удалось получить и зарегистрировать электромагнитные волны.

Он разработал удачную конструкцию генератора электромагнитных колебаний (вибратор Герца) и метод их обнаружения способом резонанса.

Вибратор состоял из двух линейных проводников, на концах которых имелись металлические шарики, образующие искровой промежуток. При подаче от индукционной катушки высокого напряжения в промежутке проскакивала искра, она закорачивала промежуток. За время ее горения, в контуре совершалось большое количество колебаний. Приемник (резонатор) состоял из проволоки с искровым промежутком. Наличие резонанса выражалось в возникновении искр в искровом промежутке резонатора в ответ на искру, возникающую в вибраторе.

В результате опытов Герца были также обнаружены все свойства электромагнитных волн, теоретически предсказанные Максвеллом.

Сейчас известно, что всё пространство вокруг нас буквально пронизано электромагнитными волнами различных частот. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн (и, соответственно, по частотам) на шесть основных диапазонов.

Границы диапазонов весьма условны, поэтому как в большинстве случаев соседние диапазоны несколько перекрывают друг друга.

Электромагнитные волны разных частот отличаются друг от друга проникающей способностью, скоростью распространения в веществе, видимостью, цветностью и некоторыми другими свойствами.

Основные выводы:

– Напряженность — это физическая векторная величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силыдействующей на неподвижный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда.

– Электромагнитное поле — это совокупность неразрывно связанных друг с другом изменяющихся электрического и магнитного полей.

– Электромагнитная волна — это распространяющееся в пространстве периодически изменяющееся элек­тромагнитное поле.

– Скорость распростране­ния электромагнитной волны в вакууме равна скорости света, а в среде эта скорость меньше и зависит от свойств среды.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *