Видеоурок «Электромагнитные колебания и волны»
В разделе Физика 5 уроков
Содержание:
§ 1  Электромагнитные колебания и волны

Вам уже известно, что электрическое поле возникает благодаря электрически заряженным телам, а магнитное поле создается вокруг проводника с движущимися электрическими зарядами. Основываясь на данных экспериментальных фактах:

·электрический ток порождает магнитное поле (по опытам Эрстеда),

·изменяющееся магнитное поле порождает электрический ток (по опытам Фарадея),

физик Джеймс Клерк Максвелл создал теорию электромагнитных волн.

Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879).

Британский физик, математик и механик. Шотландец по происхождению.

Член Лондонского королевского общества.

Максвелл является основоположником современной классической электродинамики, создателем теории электромагнитных волн.

По Максвеллу: переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое (явление электромагнитной индукции), а переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное (магнитоэлектрическая индукция). В результате в соседних областях пространства возникает единое электромагнитное поле.

Электромагнитное поле в пространстве характеризуется напряженностью электрического поля Е и индукцией магнитного поля В.

Джеймс Максвелл показал совместное существование электрических и магнитных полей, причем совершенно изолированно от какого-либо вещества. Если вспомнить звуковые волны, то они могут возникнуть только в какой-либо среде, как все механические волны. Что же касается электромагнитного поля, то оно может существовать даже там, где никакого вещества нет, нет никаких частиц, т.е. электромагнитное полесуществует в вакууме. Это означает, что если создать при определенных условиях общее электромагнитное возмущение в пространстве, то оно может распространяться по всем направлениям, именно это и будет электромагнитной волной.

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

Теория Максвелла показала, что электромагнитные волны являются поперечными: вектор напряженности электрического поля E и индукции магнитного поля B перпендикулярны друг другу и находятся в плоскости, которая перпендикулярна направлению распространения волны; характеризуются длиной, частотой, скоростью распространения. Отметим, что скорость распространения электромагнитных волн в вакууме приблизительно равна 300 000 км/с. Модель электромагнитной волны представлена на рисунке:

За период Т колебаний электромагнитная волна сместится вдоль оси z на расстояние, равное длине волны. Соотношения между длиной волны, ее скоростью c, периодом T и частотой колебаний такие же, как и для механических волн:

Образование электромагнитной волны можно объяснить следующим образом: в некоторой части пространства происходят колебания электрического заряда (например, между контактами электрической цепи проскакивает искра). Это вызовет колебания вектора напряженности Е: его модуль и направление станут периодически меняться. По теории Максвелла, здесь же будут иметь место колебания вектора магнитной индукции В. Данные колебания породят электромагнитные волны, которые распространятся в пространстве.

Впервые экспериментальное подтверждение теории Максвелла произошло в опытах немецкого физика Генриха Герца в 1888 г. Используя искровой разрядник и соответствующий приемник, Г. Герц обнаружил и зарегистрировал электромагнитные волны. Он опытным путем доказал существование электромагнитных волн и впервые начал исследовать их свойства: поглощение, преломление и отражение в различных средах. Экспериментально Генрих Герц определил длину волны и скорость ее распространения, которая оказалась примерно равной скорости света.

Через 7 лет после экспериментов Герца электромагнитные волны были впервые использованы в беспроводной связи в России Александром Степановичем Поповым в 1895 г.

Классификация электромагнитных волн осуществляется по длине волны (или связанной с ней частоте волны).

Полоса частот электромагнитных волн, существующих в природе, называется спектром.

Спектр электромагнитного излучения составляют (рисунок 3):

• низкочастотные волны;

• радиоволны;

• инфракрасное излучение;

• световое излучение;

• рентгеновское излучение;

• гамма излучение

Различные участки электромагнитного спектра отличаются по виду излучения и приёма волн, соответствующих той или иной части спектра. Поэтому между разными участками электромагнитного спектра нет резких границ, но каждый диапазон имеет свои особенности.

Электромагнитные волны обладают общими свойствами независимо от природы. На скорость и особенности распространения электромагнитных волн главным образом влияет среда: неоднородность среды, наличие проводников или поверхностей, на которых может происходить изменение ее электрических и магнитных свойств и т.п.

Теория электромагнитных волн имеет важное научное и практическое значение. Каждый из диапазонов волн сейчас находит применение, например, радиоволны, которые нашли применение во всех областях деятельности человека (связь, телевидение, радиолокация и радионавигация, радиоастрономия и т.п.), инфракрасное излучение (медицина, технические средства охраны, дистанционное зондирование поверхности) и т.д.

§ 2  Важно запомнить

Переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое, а переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное. В результате в пространстве возникает единое электромагнитное поле.

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

Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме примерно равна 300 000 км/с. Электромагнитные волны классифицируются по длине волны (или связанной с ней частоте волны). Электромагнитные волны обладают общими свойствами независимо от природы. На скорость и особенности распространения электромагнитных волн главным образом влияет среда.

Список использованной литературы:
  1. Физика. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М. Прохоров. — 4-е изд. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. — С. 293—295.
  2. Иродов И.Е. Механика. Основные законы / И.Е. Иродов. – 5-е изд., испр.–М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. - С. 205–223.
  3. Иродов И.Е. Механика колебательных систем / И.Е. Иродов. – 3-е изд., испр.– М.: Лаборатория базовых знаний, 2000. - С. 311–320.
  4. Перышкин А.В. Физика. 9 класс: учебник / А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. – М.: Дрофа, 2014. – 319с.
  5. Сборник тестовых заданий по физике, 9 класс. / Е.А. Марон, А.Е. Марон. Издательство «Просвещение», Москва, 2007.
Использованные изображения:

Подпишись и будь в курсе новых событий и новостей!