Az elektromágneses hullámok, akkor a fizika
Az elektromágneses hullámok létezését jósolta elméletileg a nagy angol fizikus John. Maxwell 1864-ben. Maxwell elemzését az adott időpontban ismert, a törvények elektrodinamika és megpróbálta alkalmazni őket, hogy egy időben változó elektromos és mágneses mezők. Ő hívta fel a figyelmet, hogy az aszimmetria közötti kapcsolat az elektromos és mágneses jelenségek. Maxwell bevezette a örvény fizika eleetricheskogo területen, és felajánlotta egy új értelmezése a jog az elektromágneses indukció, Faraday felfedezése 1831-ben.:
Bármilyen változás a mágneses mező a környező teret teremt egy örvény elektromos mező, amelynek erővonalai zárt.
Maxwell javasolt a hipotézist, a létezését és a fordított folyamat:
Egy időben változó elektromos mező generál a környező mágneses mező.
Ábra. 2.6.1 és 2.6.2 szemléltetik kölcsönös konverzió az elektromos és mágneses mezők.
A törvény az elektromágneses indukció kezelésében Maxwell
Maxwell hipotézisét. Változó elektromos tér a mágneses mező
Ez a hipotézis egy elméleti feltételezés, hogy nincs kísérleti bizonyíték azonban annak alapján Maxwell képes felvenni egy következetes leíró egyenletek kölcsönös konverzió az elektromos és mágneses mezők, azaz a. E. A rendszer az elektromágneses mező egyenletek (Maxwell-egyenletek). Maxwell elmélete következik néhány fontos következtetéseket:
1. Van egy elektromágneses hullám, hogy terjed a térben és időben az elektromágneses mező. Elektromágneses hullámok keresztirányú - vektorok és egymásra merőleges, és egy síkban fekszenek irányára merőleges a hullám terjedési (ábra 2.6.3.).
Szinuszos (harmonikus) elektromágneses hullám. Vektor. és kölcsönösen merőlegesek
2. Az elektromágneses hullámok terjednek egy anyagban véges sebességgel
Itt, ε és μ - dielektrikum és mágneses permeabilitású, ε0 és μ0 - elektromos és mágneses állandók:
ε0 = 8,85419 · 10 -12 F / m,
μ0 = 1,25664 · 10 -6 H / m.
λ a hullámhossz egy szinuszhullám sebességgel υ svyavzana terjedési arány λ = υT = υ / f. ahol f - gyakorisága oszcilláció az elektromágneses mező, T = 1 / f.
A sebesség a elektromágneses hullám vákuumban (ε = μ = 1):
A sebesség c terjedési elektromágneses hullámok vákuumban egyik alapvető fizikai állandók.
Maxwell megkötése véges terjedési sebessége elektromágneses hullámok ellentmond az elfogadott elmélet idején hosszú távú. amelyen a sebesség terjedési elektromos és mágneses mezők feltételezzük, hogy végtelen nagy. Ezért Maxwell elmélete az úgynevezett elmélet rövid hatótávolságú.
3. Az elektromágneses hullám fordul elő egymásba az elektromos és mágneses mezők. Ezek a folyamatok fordulnak elő egyidejűleg, és az elektromos és mágneses mezők járnak egyenlő „partnerek”. Ezért, a térfogatsűrűség az elektromos és mágneses energia egyenlő egymással, mi = wm.
Ez azt jelenti, hogy a modulok az elektromágneses hullám indukció a mágneses mező és az elektromos mező intenzitás minden egyes pontot a térben vannak rokonságban
4. Az elektromágneses hullám energia adódik át. Ahogy a hullámok terjednek áramló elektromágneses energia. Ha a kiemelt terület S (ábra. 2.6.3), orientált irányára merőlegesen hullámterjedés, majd rövid idő alatt At energiát szivárgás betéten keresztül δWem. egyenlő
Flux sűrűségű vagy intensivnostyuI nevezett elektromágneses energiát szállító hullám egységnyi idő révén egységnyi területe a felület:
Behelyettesítve a kifejezés azt. wm és v, lehet beszerezni:
Az energia fluxus elektromágneses hullám segítségével lehet meghatározni egy vektor, amelynek iránya egybeesik a terjedési irányát a hullám, és a modul EB / μμ0. Ezt a vektort nevezzük Poynting vektor.
A szinuszos (harmonikus) hullám vákuumban átlagérték ICP elektromágneses energia fluxussűrűség egyenlő
ahol E0 - rezgés amplitúdója az elektromos mező.
Az energia fluxus-sűrűség SI mért watt per négyzetméter (W / m 2).
5. A Maxwell elméletét, hogy az elektromágneses hullámok kell, hogy nyomást elnyelő vagy visszaverő testet. sugárzási nyomás annak a ténynek köszönhető, hogy az elektromos mező a hullám az anyagban, amelynek gyenge áramok, azaz, szabályos mozgását a töltött részecskék. Ezen áramok közül Amper erő hat a mágneses mező hullámokat belseje felé irányuló anyagot. Ez az erő létrehoz egy eredő nyomásra. Jellemzően, sugárzási nyomás elhanyagolható. Így például, a napsugárzás nyomás, a bejövő, hogy a Föld egy teljesen elnyelő felület körülbelül 5 UPA. Az első kísérletek a meghatározása a sugárzási nyomás a tükröző és elnyeli a test, megerősítette az eredményeket a Maxwell-elmélet végeztünk Petrom Nikolaevichem Lebedevym 1900. Lebegyev kísérletek nagy jelentőségű jóváhagyására Maxwell elektromágneses elméletét.
A elektromágneses hullámok létezését a nyomás arra a következtetésre vezet, hogy az elektromágneses mező rejlő mechanikai impulzus. az elektromágneses mező impulzus egységnyi térfogatra van kifejezve a kapcsolatban
ahol wem - térfogatsűrűsége elektromágneses energia, c - sebességét hullámterjedés vákuumban. A jelen levő elektromágneses impulzus lehetővé teszi számunkra, hogy a koncepció az elektromágneses tömeget.
Egy mező az egység térfogata
Ez a kapcsolat a tömeg és az energia az elektromágneses mező egy egységnyi térfogatban egy egyetemes természeti törvény. Szerint a speciális relativitáselmélet (STR), ez érvényes minden szervek, függetlenül attól, hogy milyen jellegűek és belső szerkezetét.
Így az elektromágneses mező az összes tulajdonságait szervek - az energia véges terjedési sebessége, lendület, tömeg. Ez arra utal, hogy az elektromágneses mező egy létforma az anyag.
6. Az első kísérleti igazolását Maxwell elektromágneses elméletét kapott mintegy 15 évvel létrehozása után az elmélet a kísérletekben Genriha Gertsa (1888). Hertz nem csak kísérletileg bizonyította elektromágneses hullámok létezését, de először kezdett tanulni tulajdonságaik - .. Felszívódás és fénytörés a különböző környezetekben, visszavert fémfelületek, stb volt lehetséges megmérni kísérletileg a hullámhossz és terjedési sebessége az elektromágneses hullámok, amely egyenlő volt a fénysebesség .
Hertz kísérletei voltak döntő bizonyítéka és elismerése Maxwell elektromágneses elméletét. Hét év után ezek a kísérletek, az elektromágneses hullámok már használják a vezeték nélküli kommunikáció (AS Popov, 1895).
7. Az elektromágneses hullám lehet izgatott csak gyorsan mozgó díjakat. DC áramkört, amelyben a töltéshordozók mozgó állandó sebességgel, nem forrásai az elektromágneses hullámok. A modern rádió kibocsátása elektromágneses hullámok segítségével végezzük antennák különböző minták, amelyek által gerjesztett gyorsan változó áramlatok.
A legegyszerűbb rendszerben, sugárzó elektromágneses hullámok, egy kis méretű elektromos dipól, a dipól pillanatban p (t), amely gyorsan változik az időben.
Egy ilyen elemi dipólus nevű Hertzian dipólus. A rádió Hertz dipólus egyenértékű egy kis antenna, amely mérete sokkal kisebb, mint a hullámhossz λ (ábra. 2.6.4).
