Электромагнитные волны. Гипотеза Максвелла

основании изучения экспериментальных работ Фарадея по электричеству и магнетизму в

1864 г. высказал гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространяться в вакууме. Эти волны Максвелл назвал электромагнитными волнами.

Джеймс Клерк (1831 – 1879) – английский физик,

член Эдинбургского (1855) и Лондонского (1861) королевских обществ, первый профессор экспериментальной физики в Кембридже. Под его руководством создана известная Кавендишская лаборатория, которую он возглавлял до конца своей жизни.
Самым большим научным достижением Максвелла является созданная им теория электромагнитного поля, которую он сформулировал в виде системы нескольких уравнений (уравнения Максвелла), выражающих все основные закономерности электромагнитных явлений. В своей теории Максвелл дал определение электромагнитного поля и предсказал новый важный эффект: существование в свободном пространстве электромагнитных волн и их распространение в пространстве со скоростью света. Последнее дало ему основание считать свет одним из видов электромагнитного излучения.

– 1894) в 1887г. В его опытах ускоренное движение электрических

зарядов возбуждалось в двух металлических стержнях с шарами на концах. При сообщении шарам достаточно больших разноименных зарядов между ними происходил разряд. В результате шары перезаряжались, между ними вновь проскакивала искра. Процесс повторялся многократно, и возникали электрические колебания.

Берлинский университет (1880 г.) и был ассистентом у Г. Гельмгольца.

В 1885 – 89 гг. – профессор Высшей технической школы в Карлсруэ.

В 1887 г. в работе «Об очень быстрых электрических колебаниях» предложил удачную конструкцию генератора электромагнитных колебаний (вибратор Герца) и метод их обнаружения с помощью резонанса (резонатор Герца). Экспериментально доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве, предсказанных теорией Максвелла. Экспериментируя с электромагнитными волнами, наблюдал их отражение, преломление, интерференцию, поляризацию. Развивая теорию Максвелла, он придал уравнениям электродинамики форму, которая хорошо обнаруживала полную взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями.

поле сосредоточено в зазоре между обкладками, а магнитное – внутри

катушки.

В окружающем конденсатор и катушку пространстве поля практически равны нулю…

с ускорением электрический заряд испускает электромагнитные волны.

год )
Вибратор Герца
Резонатор Герца

в пространстве переменных электрического и магнитных полей.
Так как и электрические

и магнитные поля могут существовать в вакууме, должно быть возможно распространение электромагнитных волн в вакууме.

В любой точке векторы напряженности электрического

и магнитного

полей взаимно
перпендикулярны

и перпендикулярны направлению распространения

Н направлен к плоскости страницы, в других – от нее;

аналогично ведет себя и вектор Е. Электрическое и магнитное поля находятся в фазе, т.е. они достигают максимума и обращаются в нуль в одних и тех же точках.

другим типам волн. Однако в ЭМВ происходят колебания полей, а

не вещества, как в случае распространения волн на воде или в натянутом шнуре.

волны
Частота колебаний

и измеренному значению длины электромагнитной волны Герц определил скорость распространения

электромагнитной волны: она равна произведению частоты колебаний на длину волны.
До этого Максвелл рассчитал что скорость распространения волны в вакууме должна быть равной примерно 300 000 км/с.
Число, полученное Герцем, оказалось примерно равным 300 000 км/с, как и предсказывал Максвелл.
Таким образом, опыты Герца явились экспериментальным подтверждением гипотезы Максвелла о существовании электромагнитных волн.

длиной волны λ, её скоростью с, периодом Т и частотой

v колебаний:
λ = с Т= –

с

v

механических волн.
На границе раздела двух сред электромагнитные волны частично отражаются,

частично проходят во вторую среду.
От поверхности диэлектрика волны отражаются слабо, от поверхности металлов отражаются почти без потерь.

энергию.
Энергетические характеристики излучения играют важную

роль, так как определяют воздействия источников излучения на его приемники.
Одной из главных характеристик излучения является плотность потока электромагнитного излучения.

Лучи указывают распространение эл/м волн.

Они перпендикулярны поверхностям, во всех точках которых колебания происходят в одинаковых фазах, эти поверхности называются волновыми.

происходят в одинаковых фазах.
Плотность потока электромагнитного излучения I- отношение электромагнитной

энергии ΔW, проходящей за время Δt через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади на время.

излучения

энергия в единицу времени, проходящего через единицу площади поверхности.

В системе СИ плотность потока выражают ВТ/м2.

Иногда эту величину называют – интенсивность волны.

скорость ее рапространения, если:
- плотность

эл/м энергии

Энергия, которую несут с собой эл/м волны, с течением

времени распределяется по все большей и большей поверхности (сфере).
Поэтому плотность потока излучения уменьшается по мере удаления от источника.

расстояния до источника.
Точечный источник- источник, размеры которого много меньше расстояния,

на котором оценивают его действие.

R

Зависимость плотности потока излучения
от расстояния до источника

~
~
~
~
Плотность потока излучения пропорциональна четвертой степени

частоты

на шесть основных диапазонов.

на шесть основных диапазонов.

скоростью распространения в веществе, видимостью, цветностью и некоторыми другими свойствами.