КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Электромагнитные волны
Деление единого электромагнитного поля на электрическое и магнитное условно. Электромагнитное поле лишь различным образом проявляет себя в различных системах отсчета. Пример: свяжем систему k с зарядом q. Заряд q движется относительно системы k¢ (рис. 5.34). В системе k¢ существует только электростатическое поле, а в системе k существует и электрическое, и магнитное поле. Еще более тесную связь между электрической и магнитной составляющей единого электромагнитного поля установил Максвелл. Он показал, что всякое изменение во времени магнитного поля порождает поле электрическое, изменение же электрического поля, в свою очередь, возбуждает магнитное поле. За счет непрерывного взаимопревращения электромагнитное возмущение распространяется в пространстве. Этот процесс имеет волновой характер. Процесс распространения в пространстве переменного электрического поля и неразрывно связанного с ним переменного магнитного поля называется электромагнитной волной (ЭМВ). Теория Максвелла не только предсказала возможность существования электромагнитных волн, но и установила их основные свойства. 1). В электромагнитной волне (ЭМВ) вектора напряженности электрического поля и магнитной индукции совершают колебания в одинаковой фазе: ; . (5.123) В ЭМВ колебания векторов напряженности электрического поля и магнитной индукции происходят в плоскости, перпендикулярной скорости распространения волны: , . Поэтому ЭМВ - поперечная волна. Кроме того, вектора и взаимно перпендикулярны и образуют правую тройку векторов с вектором . Все сказанное можно видеть на рис. 5.35, который является "мгновенной фотографией ЭМВ".
Уравнения (5.123) являются решениями волновых уравнений ЭМВ: (5.124) При записи уравнений (5.124) использовано обозначение оператора Лапласа: . (5.125) 2) Электромагнитные волны могут распространяться и в веществе, и в вакууме. Скорость распространения ЭМВ зависит от электрических (e) и магнитных (m) свойств вещества. Максимальна скорость распространения ЭМВ в вакууме – c, она равна скорости света в вакууме и связана с электрической (e0) и магнитной (m0) постоянными соотношением . (5.126) В веществе скорость ЭМВ меньше , (5.127) где n - абсолютный показатель преломления данного вещества, зависящий от относительной диэлектрической e и относительной магнитной проницаемости m вещества: . (5.128) Учитывая (5.127), для скорости ЭМВ в веществе можно получить следующее выражение: . (5.129) 3). На границе раздела двух сред с различными абсолютными показателями преломления n 1 и n 2 происходит отражение и преломление электромагнитной волны. При этом выполняются следующие законы: а). Лучи падающий, отраженный, преломленный и перпендикуляр к границе раздела сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. б). Угол отражения b равен углу падения a (см. рис. 5.36). в). Отношение синуса угла падения a к синусу угла преломления g (рис. 5.36) равно отношению абсолютного показателя преломления второй среды n 2 к абсолютному показателю преломления первой среды n 1: , (5.130) n 21 - относительный показатель преломления второй среды относительно первой.
4). Электромагнитные волны материальны. Это означает, что, распространяясь в пространстве, они обладают массой, импульсом, производят давление на поверхность, на которую они падают. Объемную плотность энергии ЭМВ w можно найти как сумму объемной плотности энергии электрического поля w эл и объемной плотности энергии магнитного поля w м: w = w эл + w м. (5.131) Поскольку , а , и в случае ЭМВ w эл = w м, т.е. ; , (5.132) то (5.131) можно переписать в виде . (5.133) Перенос энергии электромагнитной волной характеризуется двумя величинами - потоком энергии и плотностью потока энергии. Поток энергии F численно равен энергии, переносимой электромагнитной волной через некоторую поверхность S в единицу времени (рис. 5.37)
. (5.134) Плотность потока энергии - это векторная величина, численно равная энергии, переносимой через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны, в единицу времени. , . (5.135) Вектор плотности потока энергии называют еще вектором Пойнтинга, или вектором Умова-Пойнтинга. Вектор Умова-Пойнтинга можно представить и в таком виде: или . (5.136) Массу электромагнитной волны можно определить, зная ее энергию, из формулы Эйнштейна E = mc 2. Максвелл теоретически показал, что электромагнитные волны, отражаясь или поглощаясь в телах, на которые они падают, оказывают на них давление. Это давление возникает в результате воздействия магнитного поля волны на электрические токи, возбуждаемые электрическим полем той же волны (рис. 5.38). Давление на поверхность численно равно изменению импульса единицы площади поверхности в единицу времени.
Если поверхность полностью поглощает ЭМВ, то . В вакууме V = c, поэтому P = w. (5.137) Если поверхность полностью отражает ЭМВ, то . (5.138) Если волна частично отражается, частично поглощается поверхностью, то Р = (1 + r) w, (5.139) где r - коэффициент отражения, 0 £ £ 1. Оба предыдущих выражения (5.137) и (5.138) получаются из (5.139) в предельных случаях. Давление электромагнитного излучения очень мало. Например, давление солнечного излучения на Земле имеет порядок величины 10-6 Па, что в 1010 раз меньше атмосферного давления. Несмотря на очень малое значение этой величины, экспериментальное доказательство существования давления электромагнитных волн - светового давления - было получено П.Н. Лебедевым. Результаты этих опытов оказались в согласии с электромагнитной теорией света.
Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 720; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |