Існування електромагнітних хвиль – змінного електромагнітного поля, яке поширюється в просторі з кінцевою швидкістю, – випливає з рівнянь Максвелла. Рівняння. - презентация

1

2 Існування електромагнітних хвиль – змінного електромагнітного поля, яке поширюється в просторі з кінцевою швидкістю, – випливає з рівнянь Максвелла. Рівняння Максвелла сформульовані ще в 1865 р. на основі узагальнення емпіричних законів електричних і магнітних явищ і розвитку ідеї Фарадея. Вирішальну роль для підтвердження теорії Максвелла зіграли досліди Герца (1888), які довели, що електричні й магнітні поля дійсно поширюються у вигляді хвиль, властивості яких повністю описується рівняннями Максвелла. В інтегральній формі рівняння Максвелла мають вигляд:

3

4 З цих рівнянь можна зробити кілька важливих висновків: (1) змінне магнітне поле є причиною виникнення в просторі вихрового електричного поля; (2) причиною виникнення статичного електричного поля є наявність у просторі статичних електричних зарядів ; (3) струм провідності і струм зміщення є причиною виникнення в просторі вихрового магнітного поля; (4) магнітних зарядів в природі не існує. З цих рівнянь можна зробити кілька важливих висновків: (1) змінне магнітне поле є причиною виникнення в просторі вихрового електричного поля; (2) причиною виникнення статичного електричного поля є наявність у просторі статичних електричних зарядів ; (3) струм провідності і струм зміщення є причиною виникнення в просторі вихрового магнітного поля; (4) магнітних зарядів в природі не існує.

5 Джерелом електромагнітних хвиль може бути будь-який електричний коливальний контур або провідник, по якому тече змінний електричний струм, оскільки для утворення електромагнітних хвиль необхідно створити в просторі змінне електричне поле (струм зміщення) (3), або відповідно змінне магнітне поле (1). Випромінююча здатність джерела електромагнітних хвиль визначається його формою, розмірами і частотою коливань. Щоб випромінювання було помітним, необхідно збільшити обєм простору, у якому створюється змінне електромагніт-не поле. Тому для одержання електромагнітних хвиль непридатні закриті коливальні контури, так-як в них електричне поле зосереджене між обкладками конденсатора, а магнітне – усередині котушки індуктивності.

6 Герц у своїх дослідах, зменшуючи число витків котушки і площу пластин конденсатора, а також розсовуючи їх (рис. а, б), здійснив перехід від закритого коливального контуру до відкритого коливального контуру (вібратора Герца), який складається з двох стрижнів, розділених іскровим проміжком (рис. в). Якщо в закритому коливальному контурі змінне електричне поле зосереджене усередині конденсатора (рис. а), то у відкритому – воно заповнює навколишній простір (рис. в), що істотно підвищує інтенсивність електромагнітного випромінювання. Коливання в такій системі підтримуються за рахунок джерела е.р.с., увімкненого до обкладок конденсатора, а іскровий проміжок застосовується для того, щоб збільшити різницю потенціалів, до якої в початковий момент часу заряджаються обкладки конденсатора.

7 Для утворення електромагнітних хвиль вібратор Герца В підєднували до індуктора I (рис. 2). Коли напруга на іскровому проміжку досягала пробивного значення, виникала іскра, яка замикала обидві половини вібратора, і у вібраторі виникали вільні затухаючі коливання. При зникненні іскри контур розмикався і коливання припинялися. Потім індуктор знову заряджав конденсатор, виникала іскра й у контурі знову спостерігалися коливання, і т.д. Для реєстрації електромагнітних хвиль Герц використовував інший вібратор, який був названий резонатором Р, що мав таку ж частоту власних коливань, як і випромінюючий вібратор. Коли електромагнітні хвилі досягали резонатора, то в його зазорі виникала електрична іскра.

8 Електромагнітні хвилі, які мають досить широкий діапазон частот (або довжин хвиль λ = c/υ, де с - швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі), відрізняються одна від одної за способам їх генерації і реєстрації, а також за своїми властивостями. Тому електромагнітні хвилі поділяються на кілька видів: радіохвилі, світлові хвилі, рентгенівське і γ- випромінювання (табл.). Слід зазначити, що межі між різними видами електромагнітних хвиль досить умовні. Вид випромінюванняДовжина хвилі, мЧастота, ГцДжерело випромінювання Радіохвилі Світлові хвилі: - інфрачервоне випромінювання. - видиме світло - ультрафіолетове випромінювання Рентгенівське випромінювання Гамма-випромінювання · · · · · · · <6· ·10 5 3· · ,7· ,7· ,5· ,5· · ,5· ·10 19 >5·10 19 Коливальний контур Вібратор Герца Ламповий генератор Лампи Нагріті тіла Лазери Рентгенівські трубки Радіоактивність Космічне випромінювання