Undele mecanice se propagă numai în medii elastice: gaze, lichide sau solide. Există totuși valuri care nu au nevoie de substanțe pentru propagarea lor. Acestea sunt undele electromagnetice. Acestea includ, în special, unde radio și lumină. Câmpul electromagnetic poate exista într-un vid, adică într-un spațiu care nu conține atomi. În ciuda diferenței esențiale dintre undele electromagnetice și undele mecanice, undele electromagnetice se comportă ca valuri mecanice în timpul propagării.
Ce este un val electromagnetic
Propagarea interacțiunilor electromagnetice. Legile fundamentale ale naturii, inclusiv legile electromagnetismului descoperite de Maxwell, sunt remarcabile prin faptul că ele pot da mult mai mult decât se află în faptele pe baza cărora au fost obținute.
Printre nenumăratele, foarte interesante și importante consecințe ale legilor Maxwellian ale electromagnetismului merită o atenție deosebită. Aceasta este concluzia că interacțiunea electromagnetică se propagă la o rată finită.
Conform teoriei acțiunii pe distanțe lungi, forța Coulomb care acționează asupra încărcăturii electrice se va schimba imediat dacă încărcătura vecină este mutată din locul ei. Acțiunea, conform acestei teorii, este transmisă instantaneu. Din punctul de vedere al acestei ipoteze, nu poate fi altfel: o sarcină "simte" direct prezența celuilalt direct prin gol.
Conform ideii acțiunii pe termen scurt, totul se întâmplă nu numai complet diferit, ci și mult mai complicat. Transferul de sarcină modifică câmpul electric în apropierea acestuia. Acest câmp electric alternativ generează un câmp magnetic alternativ în regiunile învecinate ale spațiului. Câmpul magnetic alternativ, la rândul său, generează un câmp electric alternativ și așa mai departe.
Transferul de sarcină provoacă astfel o "perturbare" a câmpului electromagnetic, care, răspândind, acoperă zone mai mari și mai mari ale spațiului din jur, schimbând câmpul care exista înainte de schimbarea sarcinii. În cele din urmă, această "perturbație" ajunge la o altă sarcină, ceea ce duce la o schimbare a forței care acționează asupra ei. Dar acest lucru nu se va întâmpla în momentul în care prima taxă s-a schimbat. Procesul de propagare a perturbațiilor electromagnetice, mecanismul căruia a fost descoperit de Maxwell, are loc cu o viteză finită, deși foarte mare. Aceasta este proprietatea fundamentală a domeniului, care nu lasă nici o îndoială cu privire la realitatea sa.
Maxwell a demonstrat matematic că viteza de propagare a acestui proces ("perturbarea" câmpului electromagnetic) este egală cu viteza luminii în vid.
Undă electromagnetică. Imaginați-vă că încărcătura electrică nu sa mișcat pur și simplu de la un punct la altul, ci a fost adusă în oscilații rapide de-a lungul unei linii drepte. Acumulatorul se mișcă ca un corp suspendat pe un arc, dar numai oscilațiile sale apar la o frecvență mult mai mare. Apoi, câmpul electric în imediata apropiere a încărcăturii se va schimba periodic. Perioada acestor modificări va fi, în mod evident, egală cu perioada de oscilații a sarcinii. Un câmp electric alternativ va produce un câmp magnetic în schimbare periodică, iar acest lucru va determina, la rândul său, apariția unui câmp electric alternativ la o distanță mai mare față de încărcare și așa mai departe.
În spațiul care înconjoară încărcarea, capturarea regiunilor mai mari și mai mari, apare un sistem de câmpuri electrice și magnetice care se schimbă periodic și se schimbă periodic. Figura 7.1 prezintă o "instantanee instantanee" a unui astfel de sistem de câmpuri la o distanță mare față de încărcătura oscilantă.
Această figură prezintă vectorii din diferite puncte ale spațiului. Direcția lui Z este una dintre direcțiile de propagare a perturbațiilor electromagnetice.
Se formează așa-numita undă electromagnetică. Rulează în toate direcțiile de la încărcarea oscilantă.
În fiecare punct al spațiului, câmpurile electrice și magnetice variază periodic în funcție de timp. Mai departe, punctul din încărcătură este localizat, ulterior va fi oscilația vectorilor și. În consecință, la distanțe diferite față de sarcină, oscilațiile fiecăruia dintre acești vectori apar în diferite faze.
Vibrațiile vectorilor și în orice moment coincid în fază. Cea mai scurtă distanță dintre cele două puncte cele mai apropiate în care oscilațiile apar în aceleași faze este lungimea de undă λ. La un moment dat, vectorii variază în spațiu de-a lungul axei Z în conformitate cu legea sinecă cu perioada λ.
Direcțiile acestor două vectori oscilanți - forța câmpului electric și inducția câmpului magnetic - sunt perpendiculare pe direcția propagării undelor. Unda electromagnetică este transversală.
Astfel, vectorii u din undă electromagnetică sunt perpendiculari unul pe celălalt și perpendicular pe direcția de propagare a undelor. Dacă rotiți o gaură cu o tăietură dreaptă de la vector la vector, mișcarea de translație a burghiului va coincide cu direcția vectorului vitezei undei (a se vedea figura 7.1).
Radiația undelor electromagnetice. Undele electromagnetice sunt radiate prin încărcări oscilante. Este esențial ca viteza acestor încărcări să varieze în funcție de timp, adică să se miște cu accelerație. Prezența accelerării în sarcini mobile este condiția principală pentru emiterea undelor electromagnetice.
Câmpul electromagnetic este emis în mod vizibil nu numai cu oscilațiile de încărcare, ci și pentru orice schimbare suficient de rapidă a vitezei sale. Intensitatea undelor emise este cea mai mare, cu atât este mai mare accelerația cu care se mișcă sarcina.
Aceasta poate fi vizualizată după cum urmează. Atunci când o particulă încărcată se mișcă cu o viteză constantă, câmpurile electrice și magnetice create de ea, ca un tren fluturat, însoțesc particula. Când particulele se accelerează, se detectează o inerție inerentă câmpului electromagnetic. Câmpul "se detașează" de particulă și începe o existență independentă sub forma undelor electromagnetice.
Energia câmpului electromagnetic al undei la orice moment fix de timp variază periodic în spațiu, împreună cu schimbarea vectorilor u. Valul călătoriei poartă cu ea energie în mișcare cu viteza de-a lungul direcției de propagare a undelor. Ca rezultat, energia transferată de undele electromagnetice în orice punct al spațiului se schimbă periodic cu timpul.
Maxwell a fost profund convins de realitatea undelor electromagnetice. Dar nu a trăit pentru a le vedea experimental. La numai 10 ani de la moartea sa, undele electromagnetice au fost obținute experimental de H. Hertz.
Undele electromagnetice apar datorită faptului că un câmp electric alternativ generează un câmp magnetic alternativ. Acest câmp magnetic alternativ, la rândul său, generează un câmp electric alternativ. Unda electromagnetică transportă energie.
Întrebări la paragraf
1. Cum sunt vectorii orientați și relativ unul în altul într-un val electromagnetic?
2. Cum ar trebui să se deplaseze particulele astfel încât să emită unde electromagnetice?
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: