Разделы презентаций


Электромагнитные волны презентация, доклад

Содержание

Тема 6 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ (ЭМВ) 6.1 Генерация ЭМВСегодня: *6.2 Дифференциальное уравнение ЭМВ6.3 Экспериментальное исследование ЭМВ6.4 Энергия и импульс ЭМП

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1


Кузнецов Сергей Иванович

доцент кафедры
ОФ ЕНМФ ТПУ
*
Колебания и волны.
Геометрическая и волновая

оптика
Кузнецов Сергей Иванович        доцент кафедры ОФ ЕНМФ ТПУ* Колебания и

Слайд 2Тема 6 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ (ЭМВ)
6.1 Генерация ЭМВ
Сегодня: *
6.2 Дифференциальное

уравнение ЭМВ
6.3 Экспериментальное исследование ЭМВ
6.4 Энергия и импульс ЭМП

Тема 6 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ (ЭМВ) 6.1 Генерация ЭМВСегодня: *6.2 Дифференциальное уравнение ЭМВ6.3 Экспериментальное исследование ЭМВ6.4 Энергия и

Слайд 3 Возможность существования электромагнитных волн предсказывал еще Майкл Фарадей в 1832

г., обобщая известные к тому времени данные по изучению электричества

и магнетизма.
Теоретически обосновал это предположение Дж. Максвелл. С этим обоснованием мы познакомились в четвертой части курса.

6.1 Генерация ЭМВ

Возможность существования электромагнитных волн предсказывал еще Майкл Фарадей в 1832 г., обобщая известные к тому времени данные

Слайд 4 Самым большим научным достижением Максвелла является созданная им в 1860

– 1865 теория электромагнитного поля, которую он сформулировал в виде

системы нескольких уравнений (уравнения Максвелла), выражающих все основные закономерности электромагнитных явлений..

Максвелл Джеймс Клерк (1831 – 1879) – английский физик, член Эдинбургского (1855) и Лондонского (1861) королевских обществ с 1871 г.

Работы посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптике, механике, теории упругости.

Самым большим научным достижением Максвелла является созданная им в 1860 – 1865 теория электромагнитного поля, которую он

Слайд 5 Полная система уравнений Максвелла в дифференциальной

и интегральной формах имеет вид:


- обобщенный закон Био-Савара-Лапласа


- закон Фарадея

- теорема Гаусса

- отсутствие магн. зарядов












Полная система уравнений Максвелла в дифференциальной и интегральной формах имеет вид:

Слайд 7Герц Генрих Рудольф (1857 – 1894) – немецкий физик. Окончил

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

В 1885 – 89 гг. – профессор Высшей технической школы в Карлсруэ.
Основные работы относятся к электродинамике, одним из основоположников которой он является, и механике.


В 1888г. экспериментально доказал существование электромагнитных волн, распространяющихся в свободном пространстве, предсказанных теорией Максвелла. Экспериментируя с электромагнитными волнами, наблюдал их отражение, преломление, интерференцию, поляризацию. Установил, что скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света. В 1887 наблюдал внешний фотоэффект. Исследования Герца посвящены также катодным лучам, теории удара упругих тел и т. п.

Герц Генрих Рудольф (1857 – 1894) – немецкий физик. Окончил Берлинский университет (1880 г.) и был ассистентом

Слайд 8 В колебательном контуре, образованном конденсатором С и катушкой L электрическое

поле сосредоточено в зазоре между обкладками, а магнитное – внутри

катушки.

Рисунок 1

В окружающем конденсатор и катушку пространстве поля практически равны нулю.

В колебательном контуре, образованном конденсатором С и катушкой L электрическое поле сосредоточено в зазоре между обкладками, а

Слайд 9а)

б)

в)
«вибратор Герца»
а)            б)

Слайд 10 Вибратор Герца имел несколько модификаций.

Вибратор Герца имел несколько модификаций.

Слайд 12 Вибратор Герца имел несколько модификаций.

Вибратор Герца имел несколько модификаций.

Слайд 13Рисунок 2
Вибратор
Резонатор
Вибратор Герца

и приемник.

Рисунок 2 ВибраторРезонатор  Вибратор Герца     и приемник.

Слайд 14 ЭМВ распространяются в пространстве, удаляясь от вибратора во все стороны

ЭМВ распространяются в пространстве, удаляясь от вибратора во все стороны

Слайд 15 1. В любой точке векторы напряженности электрического и

магнитного полей взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению распространения

, т.е.
образуют правовинтовую систему:




2. Поля изменяют свое направление в пространстве: в одних точках вектор направлен к плоскости страницы , в других – от нее; аналогично ведет себя и вектор

3. Электрическое и магнитное поля находятся в фазе, т.е. они достигают максимума и обращаются в нуль в одних и тех же точках.

1. В любой точке векторы напряженности электрического и магнитного полей взаимно перпендикулярны и перпендикулярны направлению

Слайд 16 ЭМВ представляют собой поперечные волны и аналогичны

другим типам волн.
Однако в ЭМВ происходят

колебания полей, а не вещества, как в случае волн на воде или в натянутом шнуре.

Движущийся с ускорением электрический заряд испускает электромагнитные волны.

ЭМВ представляют собой поперечные волны и аналогичны другим типам волн.    Однако

Слайд 176.2 Дифференциальное уравнение ЭМВ
Векторы напряженности
и
поля удовлетворяют волновым

уравнениям типа:
электромагнитного

(6.2.1)

(6.2.2)

Оператор Лапласа -
Решение уравнений:
ω – круговая частота
–волновое

число;

φ – начальная фаза колебаний;

6.2 Дифференциальное уравнение ЭМВ Векторы напряженности и поля удовлетворяют волновым уравнениям типа:электромагнитного(6.2.1)(6.2.2)Оператор Лапласа - Решение уравнений:ω –

Слайд 18Фазовая скорость ЭМВ:

(6.2.3)

где
– скорость света в вакууме


находим

В

веществе скорость распространения электромагнитных волн меньше в

раз.



Фазовая скорость ЭМВ:(6.2.3)где – скорость света в вакууме находим 	В веществе скорость распространения электромагнитных волн меньше в

Слайд 19 Скорость распространения электромагнитных волн в среде

зависит от ее электрической и магнитной проницаемостей.
- абсолютный показатель

преломления.


и

(6.2.4)

Следовательно, показатель преломления есть физическая величина, равная отношению скорости электромагнитных волн в вакууме к их скорости в среде.

Скорость распространения электромагнитных волн в среде зависит от ее электрической и магнитной проницаемостей.

Слайд 20Заключение:
• векторы
взаимно перпендикулярны, т. к.

и

направлены одинаково;

электромагнитная волна является поперечной;
• электрическая и

магнитная составляющие распространяются в одном направлении;

в ЭМВ происходят колебания полей, а не вещества

• векторы

колеблются в одинаковых фазах;

Заключение: • векторы взаимно перпендикулярны, т. к. инаправлены одинаково; • электромагнитная волна является поперечной; • электрическая

Слайд 216.3 Экспериментальное исследование ЭМВ
В ходе своих исследований Герц

обнаружил, что если расстояние между вибратором и приемником (резонатором) меньше

одного метра, то поле вибратора в этой области соответствует излучению поля диполем и убывает обратно пропорционально кубу расстояния (эту зону назвали ближней зоной, здесь
6.3 Экспериментальное исследование ЭМВ  В ходе своих исследований Герц обнаружил, что если расстояние между вибратором и

Слайд 22

Однако на расстояниях более трех метров поле убывает

значительно медленнее (это волновая зона ) и

неодинаково в различных направлениях.
В направлении оси вибратора поле практически исчезает на расстоянии четырех метров, а в направлении, перпендикулярном к оси вибратора, достигает расстояния двенадцати метров и более.
Однако на расстояниях более трех метров поле убывает значительно медленнее (это волновая зона

Слайд 23 В своих опытах Герц установил полную аналогию

электромаг-нитных и световых волн
Было показано, что

для электромагнитных волн справедлив закон отражения и преломления
В своих опытах Герц установил полную аналогию электромаг-нитных и световых волн   Было

Слайд 24 С помощью излучающего вибратора, помещенного в фокусе вогнутого

зеркала и плоского зеркала Герц получил стоячую волну.








Измерив расстояние

между узлами и пучностями волны, Герц нашел длину волны λ.
Произведение λ на частоту колебаний вибратора ν дало скорость ЭМВ, которая оказалась близкой к с.


Суперпозиция падающей и отраженной волн:

Стоячая электромагнитная волна состоит из двух стоячих волн – электрической и магнитной
Фазовый сдвиг на


λ ν = υ = с

С помощью излучающего вибратора, помещенного в фокусе вогнутого зеркала и плоского зеркала Герц получил стоячую

Слайд 25 Кроме того, опыты Герца подтвердили соотношение

следующее из теории Максвелла.

Располагая на

пути волн решетку из параллельных друг другу медных проволок, Герц обнаружил, что при вращении решетки вокруг луча интенсивность волн, прошедших сквозь решетку, сильно изменяется.
Таким образом, была подтверждена поперечность ЭМВ.
Кроме того, опыты Герца подтвердили соотношение	        следующее из теории

Слайд 26 Нейтральный электроскоп, соединенный с металлической пластинкой.
При

освещении пластинки светом из нее выбиваются фотоэлектроны, и листочки заряжаются

положительно

Герц сделал еще одно важнейшее открытие − фотоэлектрический эффект (вырывание электрических зарядов с поверхности металлов под действием света).

Нейтральный электроскоп, соединенный с металлической пластинкой.   		При освещении пластинки светом из нее выбиваются фотоэлектроны,

Слайд 27 Опыты Герца были продолжены П. Н. Лебедевым, который в

1894 г. получил ЭМВ длиной 4 – 6 мм

и исследовал прохождение их в кристаллах. При этом было обнаружено двойное преломление волн.
Дальнейшее развитие методики эксперимента продолжено в 1923 г. А.А. Глаголева-Аркадьева сконструировала массовый излучатель, в котором короткие ЭМВ, возбужденные колебаниями электрических зарядов в атомах и молекулах, генерировались с помощью искр, между металлическими опилками, взвешенными в масле. Так были получены волны длиной λ от 50 мм до 80 мкм.
Опыты Герца были продолжены П. Н. Лебедевым, который в  1894 г. получил ЭМВ длиной 4

Слайд 28 Усовершенствовав вибратор Герца и применив свой приемник, профессор Петербургского электротехнического

института А.С. Попов 1896 г. впервые в мире наладил опытную

радиотелеграфную связь и осуществил с помощью электромагнитных волн передачу сообщения на расстояние около 250 м (были переданы слова «Генрих Герц»).
Тем самым было положено основание радиотехнике.
В 1899 г. Попов довел расстояние беспроволочной передачи сигналов до 50 км.
Усовершенствовав вибратор Герца и применив свой приемник, профессор Петербургского электротехнического института А.С. Попов 1896 г. впервые в

Слайд 29 В 1901 г. была осуществлена
радиотелеграфная связь через Атлантический
океан.

Изобретение электронных ламп
(1904 − 1907) и применение их для


генерирования незатухающих
колебаний (1913 г.) сделали
возможным развитие радиотелеграфии
и радиовещания.
В 20 − 30-ых гг. весь мир
покрылся сетью мощных
радиопередающих станций.
Человечество вступило в
новую эру коммуникационных
отношений.
В 1901 г. была осуществлена радиотелеграфная связь через Атлантический океан.	 Изобретение электронных ламп (1904 − 1907) и

Слайд 33Электромагнитные излучения
радиоволны
Инфракрасное
излучение
Видимый свет
Ультрафиолетовое
излучение
Рентгеновское
излучение
Гамма - излучение

Электромагнитные излучениярадиоволныИнфракрасное излучениеВидимый светУльтрафиолетовоеизлучениеРентгеновское излучениеГамма - излучение

Слайд 34Шкала электромагнитных излучений.
Шкала электромагнитных волн простирается от длинных
радиоволн до

гамма – лучей.
Электромагнитные волны различной длины условно делят на

диапазоны по различным признакам
( способу получения, способу регистрации, характеру взаимодействия с веществом).
Шкала электромагнитных излучений.	Шкала электромагнитных волн простирается от длинных радиоволн до гамма – лучей. 	Электромагнитные волны различной длины

Слайд 35Все виды излучений имеют, по существу, одну и ту же

физическую природу. Луи де Бройль

Все виды излучений имеют, по существу, одну и ту же физическую природу.  Луи де Бройль

Слайд 39 Световое давление было впервые обнаружено и измерено в 1899 г.

в Москве русским ученым П.Н. Лебедевым (1866−1912).
Давление света можно

рассчитать по формуле:
J – интенсивность света,
K –коэффициент отражения.


Давление света

При наклонном падении волны:

Световое давление было впервые обнаружено и измерено в 1899 г. в Москве русским ученым П.Н. Лебедевым (1866−1912).

Слайд 41 Давление света и электромагнитный импульс настолько малы, что непосредственное их

измерение затруднительно.
Так, зеркало, расположенное на расстоянии 1 м от

источника света в миллион свечей (кандел), испытывает давление
10−7 Н/м2.
Давление излучения Солнца на поверхность Земли равно 4,3⋅10−6 Н/м2
Общее давление излучения Солнца на Землю равно 6⋅108 Н, что в 1013 раз меньше силы притяжения Солнца.
Давление света и электромагнитный импульс настолько малы, что непосредственное их измерение затруднительно. 	Так, зеркало, расположенное на расстоянии

Слайд 42Радиометр

Радиометр

Слайд 456.4 Энергия и импульс ЭМП
Распространение электромагнитных волн связано с переносом

энергии (подобно тому, как распространение упругих волн в веществе связано

с переносом механической энергии). Сама возможность обнаружения ЭМВ указывает на то, что они переносят энергию.
6.4 Энергия и импульс ЭМП	Распространение электромагнитных волн связано с переносом энергии (подобно тому, как распространение упругих волн

Слайд 46 Для характеристики переносимой волной энергии русским ученым Н.А Умовым были

введены понятия о скорости и направлении движения энергии, о потоке

энергии. Спустя десять лет после этого, в 1884 г. английский ученый Джон Пойнтинг описал процесс переноса энергии с помощью вектора плотности потока энергии.
Для характеристики переносимой волной энергии русским ученым Н.А Умовым были введены понятия о скорости и направлении движения

Слайд 47
Поток энергии через единичную площадку, перпендикулярную направлению распростране-ния волны в

единицу времени:
Объемная плотность энергии w электромагнитной волны

(6.4.1)
Вектор плотности

потока электромагнитной энергии называется вектором Умова - Пойнтинга:


Поток энергии через единичную площадку, перпендикулярную направлению распростране-ния волны в единицу времени: 	Объемная плотность энергии w электромагнитной

Слайд 48
Поток энергии через площадку dS:
Теорема Умова - Пойнтинга:
- уменьшение полной

энергии внутри объема V за единицу времени должно быть равно

энергии, выходящей через поверхность S за единицу времени наружу – закон сохранения э/м энергии.
Поток энергии через площадку dS:Теорема Умова - Пойнтинга:- уменьшение полной энергии внутри объема V за единицу времени

Слайд 49Вектор

электромагнитной волны, а его модуль равен энергии, переносимой электромагнитной

волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения

волны.

направлен в сторону распространения

Вектор электромагнитной волны, а его модуль равен энергии, переносимой электромагнитной волной за единицу времени через единичную площадку,

Слайд 50 В сферической электромагнитной волне, излучаемой ускоренно двигающимися зарядами, векторы
направлены

по параллелям, векторы
− по меридианам, а поток энергии

по нормали
В сферической электромагнитной волне, излучаемой ускоренно двигающимися зарядами, векторы направлены по параллелям, векторы − по меридианам, а

Слайд 51 Модуль среднего значения вектора Умова-Пойнтинга называется интенсивностью

Интенсивность пропорциональна квадрату

амплитуды:

Зависимость интенсивности излучения от направления называют диаграммой направленности.

Модуль среднего значения вектора Умова-Пойнтинга называется интенсивностью 	Интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды: 	Зависимость интенсивности излучения от направления называют

Слайд 52Электромагнитная масса и импульс
Существование давления ЭМВ приводит к выводу

о том, что электромагнитному полю присущ электромагнитный импульс и масса.






Электромагнитная масса и импульс 	Существование давления ЭМВ приводит к выводу о том, что электромагнитному полю присущ электромагнитный

Слайд 53
Для электромагнитного импульса получается релятивистски инвариантная формула:

.
е –

заряд движ. частици
а – её радиус
Электромагнитная масса

Для электромагнитного импульса получается релятивистски инвариантная формула:	. е – заряд движ. частици а – её радиус Электромагнитная

Слайд 54Лекция окончена!

Лекция окончена!

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое TheSlide.ru?

Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно  хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика