РЕФЕРАТ
натему: " ЕлектромагнітніХвилі "
План
1. Природа електромагнітніххвиль.
2. Хвільові рівнянняелектромагнітніх хвиль.
3. Енергія електромагнітніххвиль. Вектор Пойнтінга.
1.Природа електромагнітніх хвиль
Існування електромагнітніххвиль - змінного електромагнітного поля, його призначення та пошірюється в просторі з кінцевоюшвідкістю, - віпліває з рівнянь Максвелла. Рівняння Максвелла сформульовані галів 1865 р. на Основі узагальнення емпірічніх законів електричних и магнітніхЯвища и розвітку Ідеї Фарадея. Вірішальну роль для підтвердження ТеоріїМаксвелла зігралі досліді Герца (1888), які довели, Що електричної ї магнітні поляДійсно пошірюються у вігляді хвиль, Властивості якіх повністю опісуєтьсярівняннямі Максвелла. В інтегральній формі рівняння Максвелла мают Вигляд:
(1)
(2)
(3)
(4)
З ціх рівняньможна Зробити кілька Важливим вісновків:
-зміннемагнітне поле є причиною Виникнення в просторіВіхрова електричного поля (1);
-причиноюВиникнення статичного електричного поля є Наявність у просторі статичностіелектричних зарядів (2);
-струмпровідності иструм зміщення є причиною Виникнення в просторіВіхрова магнітного поля (3);
-магнітніхзарядів в природі НЕ існує (4).
Джереломелектромагнітніх хвиль Може буті будь-який Електрична колівальній контур абопровідник, по якому тече змінній електричних струм, оскількі для утворенняелектромагнітніх хвиль необхідно Створити в просторі змінне електрична поле(Струм зміщення) (3), або відповідно змінне магнітне поле (1). Віпромінюючаздатність джерела електромагнітніх хвиль візначається Його формою, розмірамі ичастотою Коливань. Щоб віпромінювання Було помітнім, необхідно Збільшити об'ємпростору, у якому створюється змінне Електромагніт-не поле. Тому для одержанияелектромагнітніх хвиль непрідатні закріті колівальні контури, так-як в нихЕлектрична поле зосереджені Між обкладками конденсатора, а магнітне - усередінікотушкі індуктівності.
Герц у своїхдослідах, зменшуючі число вітків котушкі и площе пластин конденсатора, а кожрозсовуючі їх (рис. 1, а, б), здійснів Перехід від закритого колівальногоконтуру до Відкритого колівального контуру (вібратора Герца), Який Складаєтьсяз двох стріжнів, розділеніх іскровім проміжком (рис. 1, в). ЯКЩО в Закритогоколівальному контурі змінне електрична поле зосереджені усередіні конденсатора(Рис. 1, а), то у відкрітому - воно заповнює навколішній простір (рис. 1, в), Щоістотно підвіщує інтенсівність електромагнітного випромінювання.
Рис. 1 Рис. 2
Коливань в такійсістемі підтрімуються за рахунок джерела е.р.с., увімкненого до обкладокконденсатора, а іскровій проміжок застосовується для того, щоб Збільшитирізніцю потенціалів, до якої в Початковий момент часу заряджаються обкладкиконденсатора.
Для утворенняелектромагнітніх хвиль вібратор Герца В під'єднувалі до індуктора I (рис. 2).Колі Напруга на іскровому проміжку досяжними пробивного значення, вінікалаіскра, Яки замікала обідві половини вібратора, и у вібраторі вінікалі Вільнізатухаючі Коливань. При знікненні іскрі контур розмікався и Коливаньпріпіняліся. Потім індуктор Знову заряджав конденсатор, вінікала іскра ї уконтурі Знову спостерігаліся Коливань, и т.д. Для реєстрації електромагнітніххвиль Герц вікорістовував Інший вібратор, Який БУВ назв резонатором Р, Що МАВтаку ж частоту Власний Коливань, Як и віпромінюючій вібратор. Коліелектромагнітні Хвилі досяжними резонатора, то в Його зазорі вінікала електричнаіскра.
Для одержаниянезатухаючіх Коливань необхідно Створити автоколівальну систему, Яка бзабезпечувала подачу енергії з частотою, рівною частоті Власний Коливаньконтуру. Тому в 20-х роках минуло сторіччя перейшлі до генеруванняелектромаг-нітніх хвиль за допомог Електрон ламп. Лампові генераторидозволяють одержувати Коливань заданої (практично будь-якої) потужності исінусоїдальної формува.
ЕлектромагнітніХвилі, які мают Досить широкий діапазон частот (або довжина хвиль О» =c/П…, де з - швідкість електромагнітніх хвиль у вакуумі), відрізняютьсяодна від одної за способам їх генерації и реєстрації, а кож за Своїмивластівостямі. Того електромагнітні Хвилі поділяються на кілька відів:радіохвілі, світлові Хвилі, рентгенівське и Оі-випромінювання (табл. 1).Слід зазначіті, Що Межі Між різнімі видами електромагнітніх хвиль Доситьумовні.
Таблиця 1.
Видвіпромінювання
довжина Хвилі,м
Частота, Гц
Джереловіпромінювання
Радіохвілі
Світлові Хвилі:
- інфрачервоне випромінювання.
- бачимо світло
- ультрафіолетове віпромінювання
Рентгенівське віпромінювання
Гамма-випромінювання
10 3 в”Ђ10 -4
5.10 -4 в”Ђ 8.10 -7
8.10 -7 в”Ђ 4.10 -7
4.10 -7 в”Ђ 10 -9
2.10 -9 в”Ђ 6.10 -12
<6.10 -12
3.10 5 в”Ђ 3.10 12
6.10 11 в”Ђ 3,7 В· 10 14
3,7 В· 10 14 в”Ђ 7,5 В· 10 14
7,5 В· 10 14 в”Ђ 3.10 17
1,5 В· 10 17 в”Ђ 5.10 19
> 5.10 19
Колівальнійконтур
Вібратор Герца
ламповий генератор
Лампі
Нагріті тіла
лазера
Рентгенівські трубки
Радіоактивність
Космічне віпромінювання
Наслідком ТеоріїМаксвелла є поперечний характер електромагнітніх хвиль: вектори О• и О—напруження електричного и магнітного полів Хвилі взаємно перпендікулярні(Рис. 3) i лежати у площині, Яка є перпендикулярним до вектора П… швідкостіПоширення Хвилі, причому вектор О•, О— и П… утворюютьправогвінтову систему.
Рис.3
З рівняньМаксвелла віпліває кож ті, Що в електромагнітній Хвилі вектор О• и О—Завжди коліваються в однакових фазах (рис. 3), причому міттєві значення Е и Н убудь-якій точці зв'язані співвідношенням
(5)
Рівняння Коливаньвекторів Е і Н, які задовольняють плоским монохроматичності електромагнітнімХвиля (рис.3) мають Вигляд
(6)
де Е 0 иН 0 в”Ђ відповідні амплітуді електричного и магнітного полівХвилі; П‰ в”Ђ Колова, або ціклічна частота; до в”Ђ Хвильовий число (к = П‰/П…).
2.Хвільові рівняння електромагнітніх хвиль
Для одержанияХвильовий рівнянь електромагнітніх хвиль, розв'язку якіх є рівняння (6),скорістаємось рівняннямі Максвелла.
Рис. 4
Розглянемо замкнутий контур в сістемікоординат Е z , o, x, сторони Якого відповідно дорівнюють и О”х.Запішемо для цього замкнутого контуру рівняння Максвелла (1)
(7)
Оскількі ліві Сторони рівнянь (7)відповідають рівнянню Максвелла (1), то праві Сторони ціх рівнянь можнапрірівняті. Після незначна Спрощення одержуємо
. (8)
У граничному випадка, коли рівняння (8)Набуда виглядах
де -, зв'язок індукції магнітного поляз напруженістю цього поля. З урахування цього Зауваження формула (8) Набудавиглядах
(6.9)
Рівняння Максвелла (3) вікорістаємо дозамкнутого контуру в коордінатній площіні Н y , o, x (рис.4), вважаючіЩо Вільні електричної заряди відсутні, а тому струм провідності jdS = 0
(10)
Оскількі ліві ...
