электромагнитное поле как особый вид материи

Электромагнитное поле как особый вид материи

Электрическое и магнитное поля как две стороны единого электромагнитного поля

Электромагнитное поле как особый вид материи.

Лекция 1. Основные понятия теории электромагнитного поля

Литература:

1. Теоретические основы электротехники [Текст]: В 3-х т. Учебник для вузов. Том 1. – 4-е изд. / К. С. Демирчян, Л. Р.

2. Нейман, Н. В. Коровкин, В. Л. Чечурин. – СПб.: Питер, 2004. – 463, [1] с.: ил. – 4000 экз. – ISBN 5-94723-620-6. –ISBN 5-94723-479-3.

В технических устройствах, связанных с передачей и преобразованием энергии или различных сигналов, носителей информации, широко применяется понятие электромагнитного поля.

Под электромагнитным полем (ЭМП) понимают особый вид материи, определяющийся во всех точках пространства двумя векторными величинами, которые характеризуют две его стороны, называемые соответственно «электрическое поле» и «магнитное поле», оказывающий силовое воздействие на заряженные частицы, зависящее от их скорости и значения их заряда.

Связанные с ЭМП процессы характерны тем, что требуют его описания во времени и в пространстве, поскольку электромагнитное поле характеризуется двумя взаимноперпендикулярными векторами – вектором напряженности электрического поля (image002) и вектором напряженности магнитного поля (image004). Временное распределение напряженностей полей, изменяющихся по гармоническому закону, показано на рисунке 1.

image006

Как известно из курса физики, в состав атомов и молекул различных веществ входят элементарные заряженные частицы с положительным элементарным электрическим зарядом (протон, позитрон) и отрицательным элементарным электрическим зарядом (электрон). Эти частицы находятся в непрерывном движении и окружены электромагнитным полем, которое в зависимости от характера этого движения может проявляться в виде электрического или магнитного поля.

Как следует из определения, ЭМП элементарных заряженных частиц проявляется в силовом воздействии на другие заряженные частицы, причем это воздействие носит векторный характер.

Любая заряженная частица, содержащая один или несколько элементарных электрических зарядов, является носителем заряда. В частности, носителями заряда являются электрон, протон, ион, «дырка» (в полупроводнике). Электрический заряд элементарной частицы, как и сама частица, занимает только некоторую ограниченную область пространства. В пространстве, окружающем эту область, существует связанное с обладающей зарядом частицей электромагнитное поле. Если же в некотором объеме пространства расположены несколько элементарных частиц, то связанные с ними ЭМП находятся в постоянном взаимодействии.

Вокруг элементарной частицы вещества, обладающей зарядом, всегда существует ЭМП, т. е. такую частицу нельзя мыслить без ее ЭМП. В отличие от этого ЭМП может существовать в свободном состоянии, отделенное от частицы, например фотон, ЭМП, излученное антенной. Таким образом, ЭМП может существовать в свободном пространстве, в том числе в пустоте. ЭМП в свободном состоянии, не связанное с частицами вещества, распространяется в пустоте при отсутствии сильных гравитационных полей со скоростью, примерно равной с = 3·10 8 м/с. В любом веществе (в том числе в воздухе) скорость распространения ЭМП всегда меньше величины с.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Электромагнитное поле как особый вид материи. Электромагнитные волны.

dark fb.4725bc4eebdb65ca23e89e212ea8a0ea dark vk.71a586ff1b2903f7f61b0a284beb079f dark twitter.51e15b08a51bdf794f88684782916cc0 dark odnoklas.810a90026299a2be30475bf15c20af5b

caret left.c509a6ae019403bf80f96bff00cd87cd

image023Электромагнитное поле как вид материи

Электромагнитное поле обладает энергией, массой и количеством движения, т. е. такими же атрибутами, что и вещество. Энергия в единице объема, занятого полем в вакууме, равна сумме энергий электрической и магнитной компонент поля и равна здесь, магнитная постоянная, Гн/м. Масса электромагнитного поля в единице объема равна частному от деления энергии поля Wэм на квадрат скорости распространения электромагнитной волны в вакууме, равной скорости света. Несмотря на малое значение массы поля по сравнению с массой вещества, наличие массы поля указывает на то, что процессы в поле являются процессами инерционными. Количество движения единицы объема электромагнитного поля определяется произведением массы единицы объема ноля на скорость распространения электромагнитной волны в вакууме.
Электрическое и магнитное поля могут быть изменяющимися и неизменными во времени. Неизменным в макроскопическом смысле электрическим полем является электростатическое поле, созданное совокупностью зарядов, неподвижных в пространстве и неизменных во времени. В этом случае существует электрическое поле, а магнитное отсутствует. При протекании постоянных токов по проводящим телам внутри и вне их существует электрическое и магнитное поля, не влияющие друг на друга, поэтому их можно рассматривать раздельно. В изменяющемся во времени поле электрическое и магнитное поля, как упоминалось, взаимосвязаны и обусловливают друг друга, поэтому их нельзя рассматривать раздельно.

Электромагнитная волна во многом схожа с механической волной, но есть и различия. Основное отличие состоит в том, что для распространения этой волны не нужна среда. Электромагнитная волна – результат распространения переменного электрического поля и переменного магнитного полей в пространстве, т.е. электромагнитного поля.

I. Электромагнитное поле создается ускоренно движущимися заряженными частицами. Его наличие относительно. Это особый вид материи, является совокупностью переменных электрического и магнитного полей.

II. Электромагнитная волна – распространение электромагнитного поля в пространстве.

Схема распространения электромагнитной волны представлена на рисунке. Необходимо запомнить, что вектора напряженности электрического поля, магнитной индукции и скорости распространения волны взаимно перпендикулярны.

image024

III.

image025

Этапы создания теории электромагнитной волны и ее практического подтверждения.

· Майкл Фарадей (1831 г.)

Он претворил свой девиз в жизнь. Превратил магнетизм

·

image026

Максвелл Джеймс Клерк (1864 г.)

Ученый-теоретик вывел уравнения, которые носят

его имя. Из этих уравнений следует, что переменное

магнитное поле создает вихревое электрическое поле,

а оно создает переменное магнитное поле.

Кроме того, в его уравнениях была постоянная величина – это скорость света в вакууме. Т.Е. из этой теории следовало, что электромагнитная волна распространяется в пространстве со скоростью света в вакууме. Поистине гениальная работа была оценена многими учеными того времени, а А. Эйнштейн говорил, что самым увлекательным во время его учения была теория Максвелла.

640 1

image027

· Генрих Герц (1887 г.)

Генрих Герц родился болезненным ребенком, но стал очень

сообразительным учеником. Ему нравились все предметы,

которые изучал. Будущий ученый любил писать стихи,

работать на токарном станке.После окончания гимназии Герц

поступил в высшее техническое училище, но не пожелал быть

узким специалистом и поступил в Берлинский университет,

чтобы стать ученым. После поступления в университет Генрих

Герц стремиться заниматься в физической лаборатории, но для этого необходимо

было заниматься решением конкурсных задач. И он взялся за решение следующей задачи: обладает ли электрический ток кинетической энергией? Эта работа была рассчитана на 9 месяцев, но будущий ученый решил ее через три месяца. Правда, отрицательный результат, с современной точки зрения неверен. Точность измерения необходимо было увеличить в тысячи раз, что тогда не представлялось возможным.

Еще будучи студентом, Герц защитил докторскую диссертацию на «отлично» и получил звание доктора. Ему было 22 года. Ученый успешно занялся теоретическими исследованиями. Изучая теорию Максвелла, он показал высокие экспериментальные навыки, создал прибор, который называется сегодня антенной и с помощью передающей и приемной антенн осуществил создание и прием. Он понял, что скорость распространения этих волн конечна и равна скорости распространения света в вакууме. После изучения свойств электромагнитных волн он доказал, что они аналогичны свойствам света.

К сожалению, эта робота окончательно подорвала здоровье ученого. Сначала отказали глаза, затем заболели уши, зубы и нос. Вскоре он скончался.

Генрих Герц завершил огромный труд, начатый Фарадеем. Максвелл преобразовал представления Фарадея в математические формулы, а Герц превратил математические образы в видимые и слышимые электромагнитные волны.

Слушая радио, просматривая телевизионные передачи, мы должны помнить об этом человеке.

image028А. С. Попов

Не случайно единица частоты колебаний названа в честь Герца, и совсем не случайно первыми словами, переданными русским физиком А.С. Поповым с помощью беспроводной связи, были «Генрих Герц», зашифрованные азбукой Морзе.

Попов совершенствовал приемную и передающую антенну и вначале была осуществлена связь на расстоянии 250 м, затем на 600 м. И в 1899 году ученый установил радиосвязь на расстоянии 20 км, а в 1901 – на 150 км. В 1900 году радиосвязь помогла провести спасательные работы в Финском заливе. В 1901 году итальянский инженер Г. Маркони осуществил радиосвязь через Атлантический океан.

Задание 1. Ознакомиться с материалом и сделать конспект в рабочую тетрадь

Задание 2. Сопоставьте номер вопросаответ

image029

Задание 3.Ответить письменно на вопросы:

1. Что такое электромагнитная волна?

2. Кто создал теорию электромагнитной волны?

3. Кто изучил свойства электромагнитных волн?

4. Что является причиной излучения электромагнитной волны?

5. Где используются электромагнитные волны?

Источник

Электромагнитные волны

Электромагнитное поле как особый вид материи. Электромагнитные волны. Вибратор Герца.

Открытый колебательный контур

Перемещение заряда меняет электрическое поле вблизи него. Это переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле в соседних областях пространства. Переменное же магнитное поле в свою очередь порождает переменное электрическое поле и т.д.

Процесс распространения электромагнитного возмущения, механизм которого был открыт Максвеллом, протекает с конечной, хотя очень большой скоростью.

Представьте, что электрический заряд не просто сместился из одной точки в другую, а приведен в быстрые колебания вдоль некоторой прямой. Заряд движется подобно телу, подвешенному на пружине, но только колебания его происходят со значительно большей частотой. Тогда электрическое поле в непосредственной близости от заряда начнет периодически изменяться. Переменное электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле и т.д.

В окружающем заряд пространстве, захватывая все большие и большие области, возникает система взаимно перпендикулярных, периодически изменяющихся электрических и магнитных полей. На рисунке 4.39 изображен «моментальный снимок» такой системы полей на большом расстоянии от колеблющегося заряда.

409

Образуется так называемая электромагнитная волна, бегущая по всем направлениям от колеблющегося заряда. На разных расстояниях от заряда колебания происходят с различными фазами.

Колебания векторов Ё и В в любой точке совпадают по фазе. Расстояние между двумя ближайшими точками, в которых колебания происходят в одинаковых фазах, есть длина волны Я.

Электромагнитная волна образуется в результате быстрых колебаний электрического заряда вдоль прямой. Она является поперечной, так как направления колеблющихся векторов напряженности электрического поляЁ и индукции магнитного поля В перпендикулярны направлению распространения волны.

Наличие ускорения- главное условие излучения электромагнитных волн.

Открытый колебательный контур

Для получения электромагнитных волн Герц использовал вибратор Герца. Это устройство представляет собой открытый колебательный контур.

К открытому контуру можно перейти от закрытого (рис. 4.40), если раздвигать пластины конденсатора, уменьшая их площадь и число витков в катушке. Получится просто прямой провод. Это и есть открытый колебательный контур.

410

Для возбуждения колебаний в таком контуре во времена Герца поступали так. Провод разрезали посредине так, чтобы оставался небольшой воздушный промежуток, называемый искровым. Обе части проводника заряжали до высокой разности потенциалов. Проскакивала искра, цепь замыкалась, и в открытом контуре возникали колебания (рис. 4.41).

Колебания в открытом контуре затухают по двум причинам:

411

Вычислив собственную частоту электромагнитных колебаний вибратора, Герц смог определить скорость электромагнитной волны по формуле v = Ху. Она приблизительно равна скорости света с « 300 000 км/с.

Источник

Электромагнитное поле как особый вид материи

В § 23.7 говорилось, что переменное магнитное поле создает вихревое электрическое поле (рис. 23.8). Линии этого поля замкнуты, оно существует независимо от электрических зарядов и только до тех пор, пока происходит изменение магнитного поля. На электрические заряды оно действует так же, как электростатическое поле, что следует из явления электромагнитной индукции.

Изучая взаимосвязь между электрическим и магнитным полями, Д. Максвелл создал теорию электромагнитного поля на основе двух постулатов (утверждений)!

1) переменное магнитное поле создает в окружающем его пространстве вихревое электрическое поле;

2) переменное электрическое поле создает в окружающем его пространстве вихревое магнитное поле.

Когда конденсатор включен в цепь переменного тока, то между его обкладками имеется переменное электрическое поле, а это означает, что в том же пространстве должно быть магнитное поле. Таким образом, изменяющееся электрическое поле по его магнитному действию можно рассматривать как своеобразный электрический ток без зарядов. В отличие от тока проводимости Максвелл стал называть его током смещения. Итак, применяя термин «электрический ток» в широком смысле слова, т. е. включая в него и ток проводимости и ток смещения, можно утверждать, что магнитное поле создается только электрическим током и действует только на движущиеся заряды электрическое же поле создается электрическими зарядами и переменным магнитным полем и действует на любые электрические заряды.

Описанное выше изменение электрического поля в конденсаторе создает в близлежащих точках окружающего пространства изменяющееся магнитное поле, которое в свою очередь создает в соседних точках электрическое поле, и т. д. Таким образом, во всем пространстве, где происходят изменения полей, одновременно существуют вихревые электрическое и магнитное поля, взаимно порождающие и поддерживающие друг друга. Поскольку эти поля неразрывно связаны, их общее поле условились называть электромагнитным полем.

Из сказанного выше следует, что если в какой-либо малой области пространства периодически изменять электрическое и магнитное поля, то эти изменения должны периодически повторяться и во всех других точках пространства, причем в каждой последующей точке несколько позже, чем в предыдущей. Иными словами, если создать электромагнитные колебания в какой-либо небольшой области, то от нее должны распространяться во все стороны электромагнитные волны с определенной скоростью. Итак, из постулатов Максвелла следует, что в природе должны существовать электромагнитные волны.

С помощью созданной теории Максвелл доказал, что скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости

image1

Поскольку электрическое и магнитное поля обладают энергией, то в пространстве, где распространяются волны, имеется определенное количество электрической и магнитной энергии, которое переносится волнами от точки к точке в сторону их распространения.

Опыты и дальнейшее развитие теории Максвелла подтвердили справедливость приведенных выше постулатов Максвелла.

Электромагнитные явления подчиняются своим закономерностям, характеризующим особую форму движения материи — электромагнитную, которая отлична от механической формы движения. Выясним теперь, как с помощью колебательного контура можно создавать электромагнитные волны.

Источник

Электромагнитное поле. Электромагнитные волны. Волновые свойства света. Различные виды электромагнитных излучений и их практическое применение

Дж. Максвелл в 1864 г. создал теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого — электромагнитного поля. В пространстве, где существует переменное магнитное поле, возбуждается переменное электрическое поле, и наоборот.

elektromagnitnaya volna Электромагнитная волна

Электромагнитное поле – один из видов материи, характеризуемый наличием электрического и магнитного полей, связанных непрерывным взаимным превращением.

Электромагнитное поле распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Колебания вектора напряженности E и вектора магнитной индукции B происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны (вектору скорости).

Grafik elektromagnitnoj volny График электромагнитной волны.

Эти волны излучаются колеблющимися заряженными частицами, которые при этом движутся в проводнике с ускорением. При движении заряда в проводнике создается переменное электрическое поле, которое порождает переменное магнитное поле, а последнее, в свою очередь, вызывает появление переменного электрического поля уже на большем расстоянии от заряда и так далее.

Электромагнитные волны могут распространяться в вакууме или любом другом веществе. Электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью света c=3·10 8 м/с. В веществе скорость электромагнитной волны меньше, чем в вакууме. Электромагнитная волна переносит энергию.

Электромагнитная волна обладает следующими основными свойствами: распространяется прямолинейно, она способна преломляться, отражаться, ей присущи явления дифракции, интерференции, поляризации. Всеми этими свойствами обладают световые волны, занимающие в шкале электромагнитных излучений соответствующий диапазон длин волн.

Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной. Посмотрев на шкалу электромагнитных волн с указанием длин волн и частот различных излучений, мы различим 7 диапазонов: низкочастотные излучения, радиоизлучение, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-излучение.

Источник

Adblock
detector