Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 80
Текст из файла (страница 80)
225, в). Если в закрытом колебательном контуре переменное электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора (рис. 225,а), то в открытом оно заполняет окружающее контур пространство (рис. 225, в), что существенна повышает интенсивность электромагнитного излучения. Колебания в такой системе поддерживаются за счет источника э.д. с., подключенного к обкладкам конденсатора, в искровой промежуток применяется для того, чтобы увеличить разность потенциалов, до которой первоначально заряжаются обкладки.
Для возбуждения электромагнитных волн вибратор Герца В подключался к нндуктору И (рнс, 226). Когда напряжение на искровом промежутке достигало пробивного значения, возникала искра, закорачивающая обе половины вибратора, и в нем возникали свободные затухающие Г л з в з 20. Электромагнитные волны Таблица 5 Частота волны, Гя Источник язоучсяяя Дяяяя яаяяы,я Вяя излучения 3 10Я вЂ” 3 !Оы 1Оч 1О- Кояебзтельный контур Вибратор Герца Массовый излучатель Лзыяовый генератор Радиоволны Световые волны: инфракрасное излучение внлиыый свет ультрафиолетовое излучение Рентгеновское получение т-Излученке 5 10 "— 8.10 6 ! О" — 3,75. 10ы Лампы Лазеры 3,75.!Оы — 7,5 1Оы 7 5 1Оы — 3.10" 810 ' — 410 4.10 ' — 10 210 ' — 610 <610 ы 1,5 10" — 5 10'о )5 10" Трубки Рентгена Радиоактивный распад Ядерные процессы Косынческке процессы колебания, При исчезновении искры контур размыкался и колебания прекращались.
Затем индуктор снова заряжал конденсатор, возникала искра и в контуре опять наблюдалнсь колебания и т. д. Для регистрации электромагнитных волн Герц пользовался вторым вибратором, называемым резонатором Р, имеющим такую же частоту собственных колебаний, что и излучающий вибратор, т. е. настроенным в резонанс с вибратором. Когда электромагнитные волны достигали резонатора, то в его зазоре проскакивала электрическая искра. С помощью описанного вибратора Герц достиг частот порядка 100 МГц и получил волны, длина д которых составляла примерно 3 м. П.
Н. Лебедев, применяя миниатюрный вибратор из тонких платиновых стерженьков, получил миллиметровые электромагнитные волны с 5=6— 4 мм. Дальнейшее развитие методики эк. сперимента в этом направлении позволило в 1923 г. советскому физику А. А. Глаголе. вой-Аркадьевой (1884 †19) сконструировать массовый излучатель, в котором короткие электромагнитные волны, возбуждаемые колебаниями электрических зарядов в атомах и молекулах, генерировались с помощью искр, проскакиваемых между металлическими опилками, взвешенными в масле. Так были получены волны от 50 мм до 80 мкм. Тем самым было доказано существование волн, перекрывающих интервал между радиоволнами и инфракрасным излучением. Недостатком вибраторов Герца н Ле. бедева и массового излучателя Глаголевой-Аркадьевой являлось то, что свободные колебания в иих быстро затухали и обладали малой мощностью.
Для попу. чения незатухающих колебаний необходимо создать автоколебательиую систему (см. $ !46), которая обеспечивала бы подачу энергии с частотой, равной частоте собственных колебаний контура, Поэтому в 20-х годах нашего столетия перешли к генерироваиию электромагнитных волн с помощью электронных ламп, Ламповые генераторы позволяют получать колебания заданной (практически любой) мощности и синусоидальиой формы.
Электромагнитные волны, обладая широким диапазоном частот (нли длин волн )с=с/т, где с — скорость электромагнитных волн в вакууме), отличаются друг от друга по способам их генерации и регистрации, а также по своим свойствам. Поэтому электромагнитные волны делятся на несколько видов: радиоволны, световые волны, рентгеновское н 7-излучения (табл, 5). Следует отметить, что границы между различнымн видами электромагнитных волн довольно условны. 4. Колебании к волны Рнс. 227 (! 62.2) 2 162. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны Как уже указывалось (см. $!61), одним из важнейших следствий уравнений Мак- свелла (см. 4139) является существова- ние электромагнитных волн.
Можно по- казать, что для однородной и изотропиой среды вдали от зарядов и токов, создаю- щих электромагнитное поле, из уравнений Максвелла следует, что векторы напря- женностей Е и Н переменного электро- магнитного поля удовлетворяют волново- му уравнению типа (!54.9); 1 дЕ ЛЕ= —, (!62.1) оз дтз ! дхН ЛН= — —, 0 дг дз д' д з+ + дх' ду' да~ — оператор Лапласа, о — фазовая ско- рость. Всякая функция, удовлетворяющая уравнениям (!62.!) и (!62.2), описывает некоторую волну.
Следовательно, электро- магнитные поля действительно могут су- ществовать в виде электромагнитных волн. Фазовая скорость электромагнитных волн определяется выражением О= 1 ! с — (! 62.3) У'«Р 1)ар 1Й Р где с=!/ ~/езмш ео и Р« — соответственно электрическая и магнитная постоянные, е и р — соответственно электрическая и магнитная проницаемости среды.
В вакууме (при е= 1 и Р = 1) скорость распространения электромагнитных волн совпадает со скоростью с. Так как ер) 1, то скорость распространения электро- магнитных волн в веществе всегда мень- ше, чем в вакууме. При вычислении скорости распростра- нения электромагнитного поля по формуле (162.3) получается результат, достаточно хорошо совпадающий с эксперименталь- ными данными, если учитывать зависи- мость е и Р от частоты.
Совпадение же размерного коэффициента в (162.3) со скоростью распространения света в вакууме указывает на глубокую связь между электромагнитными и оптическими явлениями, позволившую Максвеллу создать электромагнитную теорию света, согласно которой свет представляет собой электромагнитные волны. Следствием теории Максвелла является поперечность электромагнитных волн: векторы Е и Н напряженностей электрического и магнитного полей волны взаимно перпендикулярны (на рис. 227 показана моментальная «фотография» плоской электромагнитной волны) и лежат в плоскости, перпендикулярной вектору ч скорости распространения волны, причем векторы Е, Н и ч образуют правовинтовую систему.
Из уравнений Максвелла следует также, что в электромагнитной волне векторы Е и Н всегда колеблются в одинаковых фазах (см. рис. 227), причем мгновенные значения Е н Н в любой точке связаны соотношением ~/евз Е=.фар Н. (162.4) Следовательно, Е и Н одновременно достигают максимума, одновременно обращаются в нуль и т.д. От волновых уравнений (162.1) и (162.2) можно перейти к уравнениям дх Е„1 дз Е„ — (162.5) дх» оз дГ» д»Н, 1 дН, — (162.6) дхз оз д,з где соответственно индексы у и г прн Е и Н подчеркивают лишь то, что векторы Гпооп 20 Зпсктромыпп1пне полом 257 Е н Н направлены вдаль взаимно перпенднкулярных осей у н х.
Уравнениям (162.5) н (162.6) удовлетворяют, в частности, плоские манохроматяческме электромагнятные волны (электромагннтные волны одной строго определенной частоты), описываемые уравнениями Е„= Ео соз (м( — йх+ ф), (162,7) Н,=Н,соз(м1 — Ах+ф), (162.8) где Ео н Но — соответственно амплитуды напряженностей электрического н магнитного полей волны, и — круговая частота волны, й=м/о — волновое число, ф— начальные фазы колебаний в точках с коордннатой х=О.
В уравнениях (162.7) н (162.8) ф одинаково, так как колебания электрического н магнитного векторов в электромагнитной волне происходят с одинаковой фазой. й 163. Энергия электрамагннтных волн. ИмпуЛьс злектромагннтнаго полн Возможность обнаружения электромагнитных волн указывает на то, чта онн переносят энергию. Объемная платность и энергии электромагнитной волны складывается нз объемных плотностей в (см. (95.8)) н в, (см.
(130.3)) электрнческого н магнитного полей: в=и„+в =еоеЕ /2+рорН /2. Учктывая выраженне (!62.4), получим, что плотность энергии электрического н магнитного палей в каждый момент времена одннакова, т.е. и =в,. Поэтому в=2и„=еоеЕ =п(оопп ')Гер ЕН. 2 Г Умнажнв плотность знергнн и на скорость о распространения волны в среде (см. (162.3)), получим модуль плотности потока энергии: 5 = во = ЕН.
Так как векторы Е н Н взаимно пер. пенднкулярны н образуют с направлением распространения волны правовннтовую 9 т. м. Трофммава систему, то направление вектора (ЕН) совпадает с направлением переноса знер. гнн, а модуль этого вектора равен ЕН. Вектор нлотностн потока заектромагннтнай энергнн называется вектором Умова— Найнтмнга: 8 =(ЕН!. Вектор Ь направлен в сторону распространенна электромагнитной волны, а его модуль равен энергии, переносимой электромагнитной волной за еднннцу временн через единичную площадку, перпенднкулярную направленню распространення волны. Если электромагнитные волны поглощаются нлн отражаются телами (этн явлення подтверждены опытами Г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
