Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Герца), та нз теории Максвелла следует, что злектрамагннтные волны должны оказывать на тела давление. Давление электромагнитных волн объясняется тем, что пад действием электрнческого поля волны заряженные частицы вещества начинают упорядоченно двигаться н подвергаются са стороны магннтного паля волны действню снл Лоренца. Однако значение этого давления ничтожно. Можно оценить, что прн средней мощности солнечного нзлучення, прнходящего на Землю, давление для абсолютно поглощающей поверхности составляет примерно 5 мкПа.
В исключительно тонких экспериментах, ставшнх классическими, П. Н. Лебедев в!899 г. доказал существование светового давления на твердые тела, а в !9!О г. — на газы. Опыты Лебедева нмелн огромное значение для утверждения выводов теории Максвелла о том, что свет представляет собой злектромагннтные волны.
Существование давления электромагнитных волн приводит к выводу о том, что электромагнитному полю присущ механнческий импульс. Импульс электромагнитного поля р= Ф"/с, где Мà — знергня электромагнитного поля. Выражая импульс как р=тс (поле в вакууме распространяется со скоростью с), получим р=тс= 62/с, откуда Ж'=тс . 2 (163.! ) 4 Ках«п»ччч и вгмкы Это соотношение между массой н энергией свободного электромагнитного поля является универсальным законом природы (см. также $40). Согласно специальной теорнн относительности, выражение (163.1) имеет общее значение н справедливо для любых тел независимо от нх внутреннего строения.
Таким образом, рассмотренные свойства электромагнитных волн, определяемые теорией Максвелла, полностью подтверждаются опытами Герца, Лебедева н выводами специальной теории относительности, сыгравшими решающую роль для подтверждения н быстрого признания этой теории. $ 164. Излучение днполя. Применение электромагнитных волн Простейшим излучателем электромагнитных волн является электрический диполь, электрнческнй момент которого изменяется во времени по гармоническому закону р=ре соз ый где ро — амплитуда вектора р. Примером подобного днполя может служить система„ состоящая нз покоящегося положительного заряда +() и отрнцательного заряда — О, гармонически колеблющегося вдоль направления р с частотой ы.
Задача об излучении днполя имеет в теории излучающих систем важное значение, так как всякую реальную излучающую систему (напрнмер, антенну) можно рассчитывать рассматривая излучение днполя. Кроме того, многие вопросы взаимодействия излучения с веществом можно объяснить на основе классической теории, рассматривая атомы как системы зарядов, в которых электроны совершают гармоническне колебання около их положений равновесия.
Характер электромагнитного поля днполя зависит от выбора рассматриваемой точкн. Особый интерес представляет так называемая волновая зова днполя — точки пространства, отстоящие от днполя на расстояниях г, значительно превышающих длину волны (гЪ Х),— твк как в ней кар- тина электромагнитного поля днполя сильно упрощается.
Это связано с тем, что в волновой зоне днполя практически остаются только «отпочковавшиеся» от диполя, свободно распространявшиеся поля, в то время как поля, колеблющиеся вместе с днполем и имеющие более сложную структуру, сосредоточены в области рас. стояний г<Х. Если волна распространяется в однородной изотропной среде, то время прохождения волны до точек, удаленных от днполя на расстояние г, одннаково.
Поэтому во всех точках сферы, центр которой совпадает с диполем, фаза колебаний одинакова, т. е. в волновой зоне волновой фронт будет сферическим и, следовательно, волна, излучаемая диполем, есть сферическая волна. В каждой точке векторы Е н Н колеблются по закону сов (м! — йг), амплиту. 1 ды этих векторов пропорциональны — ып 6 г (лля вакуума), т. е. зависят от расстояния г до излучателя н угла 6 между направлением радиуса-вектора и осью диполя, Отсюда следует, что интенсивность излучения днполя в волновой зоне Зависимость (!64.1) / от 6 при заданном значении г, приводимая в полярных координатах (рис.
228), называется диаграммой направленностм нзлучення днполя. Как видно нз выражения (164.1) н приведенной диаграммы, диполь сильнее всего излучает в направлениях, перпендикулярных его осн (б=п/2). Вдоль своей оси (6=0 н б=п) диполь не излучает вообще. Диаграмма направленности излучения днполя позволяет формировать излучение с определенными характернстика- Рис эзз Г л а н а ?П Элоиз ромагнитньк волны ',?и Контрольные вопросы Что ханое электромагнитная волна? Какова скорость ее распространения? Что может служить источником электромагнитных волн? Каковы физические процессы, приводящие к возможности существования электромагнитных волн? Почему Герц в своих опытах использовал открытый колебательный контур? Как можно представить себе шкалу электромагнитных волн, и каковы источнини излучении разных видов волн? Какие характеристики поля периодически изменяются в бегущей электромагнитной волне? 80 Х, (/ д0'т Почему член — в уравнении Максвелла ~у Нб1=)( )+ — ~ 4$ нужен для понимания с?г з' з(, д?7 распространения электромагнитной волныз Запишите всшновое уравнение лля векторов Е и Н переменного электромагнитного поля.
Проанализируйте его решения и объясните физический смысл. Как определяется фазовая скорость электромагнитных волн? Как определить объемную плстность энергии в электромагнитной волне? В чем заключается физический смысл вектора Умова — Пойнтинга? Чему он равен? Почему важна задача об излучении диполя? В чем занлючается физический смысл диаграммы направленности излучения дииолн? ми и используется при конструировании антенн.
Впервые электромагнитные волны были использованы через семь лет после опытов Герца. 7 мая !895 г. преподаватель физики офицерских минных классов А. С. Попов (1859 †19) на заседании Русского физико-химического общества продемонстрировал первый в мире радиоприемник, открывший возможность практического использования электромагнитных волн для беспроволочной связи, преобразившей жизнь человечества.
Первая переданная в мире радиограмма содержала лишь два слова: «Генрих Герцы Изобретение радио Поповым сыграло огромную роль в деле распространения н развития теории Максвелла. Электромагнитные волны сантиметрового и миллиметрового диапазонов, встречая на своем пути преграды, отражаются от них. Это явление лежит в основе радиолокации — обнаружения предметов (например, самолетов, кораблей и т. д.) на больших расстояниях и точного определения их положения. Помимо этого, методы радиолокации используются для наблюдения прохождения и образования облаков, движения метеоритов в верхних слоях атмосферы н т. д. Для электромагнитных волн характерно явление днфракцин — огибания волнами различных препятствий.
Именно благодаря дифракции радиоволн возможна устойчивая радиосвязь между удаленнымн пунктами, разделенными между собой выпуклостью Земли. Длинные волны (сотни и тысячи метров) применяются в фототелеграфии, короткие волны (несколько метров и меньше) применяются в телевидении для передачи изображений на небольшие расстояния (немногим больше пределов прямой видимости). Электромагнитные волны используются также в радиогеодезии для очень точного определения расстояний с помощью радиосигналов, в радиоастрономии для исследования радиоизлучения небесных тел и т. д.
Полное описание применения электромагнитных волн дать практически невозможно, так как нет областей науки и техники, где бы они не использовались. 4. Колебании и волны 260 Задачи 20.1. Электромагнитная волна с частотой 4 МГц переходит иэ немагнитной среды с диэлектрической проницаемостью е=З в вакуум. Определить приращение ее длины волны. [31,7 м) 20.2.
Лва параллельных провода, одни концы которых изолированы, а вторые индуктивно соединены с генератором электромагнитных колебаний, погружены в спирт. При соответствующем подборе частоты колебаний в системе возникают стоячие волны. Расстояние между двумя узлами стоячих волн на проводак равно 0,5 м. Принимая диэлектрическую проницаемость спирта в=26, а его магнитную проницаемость и = 1, определить частоту колебаний генератора. 158,8 МГц) 20.3. В вакууме вдоль оси к распрастраняетсн плоская электромагнитная волна.
Амплитуда напряженности электрического поля волны составляет !8,8 В/м. Определить интенсивность вопны, т.е. среднюю энергию, прихОдящуюся эа единицу времени на единицу площади, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны 10,47 Вт/мт1 Глава 21 Элементы геометрической и электронной оптики (165.1) нас 229 9 165. Основные законы оптики.
Полное отражение Еше до установления природы света были известны следуюшне основные законы оптики: закон прямолинейного распространення света в оптически однородной среде; закон независимости световых пучков (справедлнв только в линейной оптнке); закон отражения света; закон преломлення света. Закон прямолннейногп распространенна света: свет в оптнческн однородной среде распространяется прямолинейно. Доказательством этого закона является наличие тени с резкими границами от непрозрачных предметов прн освешеннн нх точечными нсточннкамн света (нсточники, размеры которых значнтельно меньше освещаемого предмета н расстояния до него). Тщательные эксперименты паказалн, однако, что этот закон нарушается, если свет проходит сквозь очень малые отверстия, причем отклонение от прямолинейности распространения тем больше, чем меньше атверстня.
Закон незавнснмостн световых пучков: эффект, пронзводнмый отдельным пучком, не завнснт от того, действуют лн одновременно остальные пучки нлн онн устранены. Разбивая световой поток на отдельные световые пучки (напрнмер, с помощью диафрагм), можно показать, что действие выделенных световых пучков независимо. Если свет падает на границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ), то падаюшнй луч 1 (рнс.
229) разделяется на Оптика. Квантовая природа излучения два — отраженный П н преломленный !П, направления которых задаются законами отражения н преломления. Закон отражения: отраженный луч лежнт в одной плоскости с падаюшнм лучом н перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения; угол 4 отражения равен углу й падения: Закон преломлення: луч падавший, луч преломленный н перпенднкуляр, проведенный к границе раздела в точке падення, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падення к синусу угла преломленнн есть величина постоянная для данных сред: сбп 1~/з!и гх — — лм, где км — отяосвтельный показатель преломлення второй среды относнтельно первой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
