Конспект урока по теме: “электромагнитное поле. электромагнитные волны”

План-конспект урока по физике (9 класс) на тему: конспект урока «Электромагнитное поле.Электромагнитные волны»

Урок №48                                                                                                                             С.р -14

Тема урока :Электромагнитное поле.   Электромагнитные  волны.                      

Цели урока :

• Ввести понятие электромагнитного поля , его источник., скорость распространения в пространстве ; познакомить с историей изучения электромагнитных полей
• Продолжить развитие умений работать с текстом учебника и презентацией, выделять и формулировать главное

                                                                Ход урока

Орг.момент

Проверка дом.задания :

        -Рассказать о назначении трансформаторов

Изучение нового материала

«…Научная деятельность… единственное,

что переживает тебя и что на сотни

и тысячи лет врезается в историю человечества».

Абрама Федоровича Иоффе

В данной теме речь пойдёт об электромагнитном поле. А также узнаем, что такое электромагнитные волны, и с какой скоростью они распространяются в пространстве.

Известно, что явление электромагнитной индукции было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году.

В том же году в Англии родился Джеймс Клерк Максвелл, ставший впоследствии ученым и сделавший важнейшее научное открытие, которое позволило глубже понять сущность электромагнитной индукции.

  Согласно явлению электромагнитной индукции при изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает индукционный ток.

Но, как мы знаем, ток может возникнуть только при наличии электрического поля.

      Предположение о возникновении электрического поля в результате изменения магнитного сразу вызвало у ученых ряд вопросов.

Например, отличается ли оно от поля, созданного неподвижными электрическими зарядами? Возникает ли это поле только в проводнике или существует и в пространстве вокруг него? Играет ли какую-либо роль в возникновении этого поля замкнутый проводник, по которому протекает ток?

Ответы на эти и другие вопросы были получены в 1865 году, когда Максвелл высказал мысль о возможном равноправии полей. Он теоретически доказал свое предположение, создав теорию электромагнитного поля на основе двух постулатов:

      Первый постулат: переменное магнитное поле создает в окружающем его пространстве вихревое электрическое поле, линии напряженности которого представляют собой замкнутые линии, охватывающие линии индукции магнитного поля.

       Второй постулат: переменное электрическое поле создает в окружающем его пространстве вихревое магнитное поле, линии индукции которого охватывают линии напряженности переменного электрического поля.

Переменное электрическое поле называется вихревым, поскольку его силовые линии замкнуты подобно линиям индукции магнитного поля. Это отличает его от поля электростатического (т. е.

постоянного, не меняющегося во времени), которое существует вокруг неподвижных заряженных тел.

Напомним, что силовые линии электростатического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.

Вихревое электрическое и магнитное поля “сцеплены” друг с другом, существуют одновременно и взаимно порождают друг друга. Нельзя создать переменное магнитное поле без того, чтобы в пространстве не возникло переменное вихревое электрическое поле.

Не менее важно, то обстоятельство, что электрическое поле без магнитного, и наоборот, могут существовать лишь по отношению к определенным системам отсчета. Так, покоящийся заряд создает только электростатическое поле. Но ведь заряд покоится лишь относительно определенной системы отсчета, а относительно другой он будет двигаться и, следовательно, создавать магнитное поле.

Совокупность неразрывно связанных друг с другом изменяющихся электрического и магнитного полей представляет собой электромагнитное поле.

Открытие электромагнитного поля позволило более детально описать механизм возникновения индукционного тока.

Во всех опытах по получению индукционного тока, тем или иным образом изменялся магнитный поток, пронизывающий контур замкнутого проводника.

При этом, согласно теории Максвелла, возникало вихревое электрическое поле, под действием которого свободные заряды, всегда имеющиеся в проводнике, приходили в направленное движение.

Созданная Максвеллом теория, позволившая предсказать существование электромагнитного поля за 22 года до того, как оно было обнаружено экспериментально, считается величайшим из научных открытий, роль которого в развитии науки и техники трудно переоценить.

Из созданной Максвеллом теории вытекал вывод о том, что по своей природе электромагнитное поле не остается локализованным в месте зарождения, а распространяется в пространстве.

Распространяющееся в пространстве периодически изменяющееся электромагнитное поле представляет собой электромагнитную волну.

Этот процесс распространяется в пространстве по всем направлениям. Причем эти волны могут существовать не только в веществе, но и в вакууме.

Из теории Максвелла вытекает, что электромагнитные волны распространяются от источника электромагнитных колебаний во все стороны с определенной скоростью.

Он чисто математически показал, что скорость распространения электромагнитного поля в вакууме равна скорости света, а в среде эта скорость меньше и зависит от свойств среды согласно формуле:

где  — это диэлектрическая проницаемость среды, а  — магнитная проницаемость.

Известно, что в механических волнах, например в звуковых, энергия передается от одних частиц среды к другим. При этом частицы приходят в колебательное движение, т. е. их смещение от положения равновесия периодически меняется. Для передачи звука обязательно нужна вещественная среда.

В связи с тем, что электромагнитные волны распространяются не только в веществе, но и в вакууме, возникает вопрос: что совершает колебания в электромагнитной волне, иными словами, какие физические величины периодически меняются в ней?

Известно, что количественной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции.

Основной же количественной характеристикой электрического поля служит векторная величина, называемая напряженностью электрического поля, которая обозначается буквой Е.

Напряженность — это физическая векторная величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на неподвижный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда.

Таким образом, когда говорим, что магнитное и электрическое поля меняются, то это означает, что меняются соответственно вектор индукции магнитного поля и вектор напряженности электрического поля.

На рисунке изображены вектор напряженности электрического поля и вектор индукции магнитного поля электромагнитной волны в один и тот же момент времени. Это как бы «моментальный снимок» волны, распространяющейся в направлении оси Oz.

Плоскость, проведенная через векторы индукции и напряженности в любой точке, перпендикулярна направлению распространения волны, что говорит о поперечности волны. Таким образом, электромагнитная волна — это поперечная волна, так как вектора напряженности и индукции перпендикулярны вектору скорости.

Для электромагнитных волн справедливы те же соотношения между длиной волны, ее скоростью, периодом и частотой колебаний, что и для механических волн.

Колебания векторов напряженности электрического поляи индукции магнитного поляв каждой точке электромагнитной волны происходят в одинаковых фазах и по двум взаимноперпендикулярным направлениям.

Векторы напряженности электрического поля и индукции магнитного поля образуют с вектором скорости распространения правовинтовую систему: если головку правого винта расположить в плоскости векторов Е и B и поворачивать ее в направлении от Е к B по кратчайшему пути, то поступательное движение острия винта укажет направление вектора скорости в данный момент времени.

Электромагнитная волна, как и упругая, является носителем энергии, причем перенос энергии совершается в направлении распространения волны.

    Электромагнитные волны распространяются прямолинейно в однородной среде, испытывают преломление при переходе из одной среды в другую, отражаются от преград.

Однако долгое время экспериментально никто не мог подтвердить существование электромагнитного поля и, как следствие, электромагнитных волн. Только в 1888 г. немецкому ученому Генриху Герцу удалось получить и зарегистрировать электромагнитные волны.

Он разработал удачную конструкцию генератора электромагнитных колебаний (вибратор Герца) и метод их обнаружения способом резонанса.

Вибратор состоял из двух линейных проводников, на концах которых имелись металлические шарики, образующие искровой промежуток. При подаче от индукционной катушки высокого напряжения в промежутке проскакивала искра, она закорачивала промежуток.

За время ее горения, в контуре совершалось большое количество колебаний. Приемник (резонатор) состоял из проволоки с искровым промежутком.

Наличие резонанса выражалось в возникновении искр в искровом промежутке резонатора в ответ на искру, возникающую в вибраторе.

В результате опытов Герца были также обнаружены все свойства электромагнитных волн, теоретически предсказанные Максвеллом.

Сейчас известно, что всё пространство вокруг нас буквально пронизано электромагнитными волнами различных частот. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн (и, соответственно, по частотам) на шесть основных диапазонов.

Границы диапазонов весьма условны, поэтому как в большинстве случаев соседние диапазоны несколько перекрывают друг друга.

Электромагнитные волны разных частот отличаются друг от друга проникающей способностью, скоростью распространения в веществе, видимостью, цветностью и некоторыми другими свойствами.

                                           Основные выводы:

– Напряженность — это физическая векторная величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силыдействующей на неподвижный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда.

– Электромагнитное поле — это совокупность неразрывно связанных друг с другом изменяющихся электрического и магнитного полей.

– Электромагнитная волна — это распространяющееся в пространстве периодически изменяющееся электромагнитное поле.

– Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме равна скорости света, а в среде эта скорость меньше и зависит от свойств среды.

Самостоятельная работа ( с.р -14 А.Марон )

Дома :  §

Итог урока :

-Какое явление изучали на уроке ?

-В чем особенность ?

– Какие ученые причастны к его изучению ?

Урок по физике “Электромагнитное поле. Электромагнитные волны”

Тема: “Электромагнитные волны “

Цель урока: познакомить учащихся с понятием электромагнитной волны.

Тип урока: изучение нового материала.
Структура урока:1.Организационный момент.2. Проверка домашнего задания, повторение – Кем и когда была создана теория электромагнитного поля и в чем зак­лючается ее суть? – Что служит источником электромагнитного поля? – Чем отличаются силовые линии вихревого электрического поля от си­ловых линий электростатического поля? – Опишите механизм возникновения индукционного тока, опираясь на знание о существовании электромагнитного поля?

3. Новый материал «Электромагнитные волны и их свойства»

Гипотеза Максвелла.На основе представлений Майкла Фарадея об электрических и магнитных полях английский физик Джеймс Клерк Максвелл соз­дал теорию электромагнетизма.

По представлениям Фара­дея, любые изменения магнитного поля порождают вихре­вое электрическое поле.

Например, при движении магни­та по направлению чёрной стрелки вокруг изменяющегося магнитного поля, обозначенного незамкнутыми силовыми линиями, возникает вихревое электричес­кое поле, обозначенное замкнутой силовой линией.

Максвелл в 1864 г. предположил, что и любое измене­ние электрического поля сопровождается возникновением вихревого магнитного поля. Силовые линии этого поля замкнуты, они расположены вокруг силовых линий пере­менного электрического поля точно так же, как вокруг проводников с электрическим током.

Это значит, что при прохождении переменного тока между пластинами плос­кого конденсатора вокруг изменяющегося электрического поля должно возникать вихревое магнитное поле.

 

Согласно гипотезе Максвелла процесс взаимного по­рождения изменяющимся электрическим полем магнитно­го поля и изменяющимся магнитным полем электричес­кого поля может неограниченно распространяться, захва­тывая всё новые и новые области пространства.

Распространяющиеся в пространстве переменные электрическое и магнитное поля, порождающие взаимно друг друга, называются электромагнитной волной.

Скорость распространения электромагнитных волн.

Максвелл на основе своей теории математически доказал, что в вакууме скорость сэлектромагнитной волны долж­на быть равна:

с =299 792 458 м/с ~ 300 000 км/с.

Для подтверждения гипотезы Максвелла о существова­нии электромагнитного поля необходимо было экспери­ментальное открытие электромагнитных волн.

Открытие электромагнитных волн.Электромагнит­ные волны были открыты немецким физиком Генри­хом Герцем в 1887 г.

В своих опытах Герц использо­вал два металлических стержня с шарами на концах, в ко­торых при электрическом разряде возникали такие электромагнитные колебания, как в электрическом конту­ре.

Герц обнаружил, что при подаче высокого напряжения между шарами 1 происходил электрический разряд и од­новременно на некотором расстоянии от них возникала искра между шарами 2 на концах проволочной рамки.

Это доказывало, что при электрических коле­баниях в электрическом контуре в пространстве возника­ет вихревое переменное электромагнитное поле. Это поле создаёт электрический ток в витке проволоки.

Генрих ГерцИзмерив частоту ν гармонических колебаний в конту­ре и длину λ электромагнитной волны, Герц определил скорость электромагнитной волны:

v = λ·ν

Значение скорости электромагнитной волны, получен­ной в эксперименте Герца, совпало со значением скорос­ти электромагнитной волны по гипотезе Максвелла. Так представления Фарадея о существовании электрических и магнитных полей как физической реальности получили экспериментальное подтверждение.

Силовые линии электрического и магнитного полей в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению рас­пространения волны.

Свет — электромагнитная волна.Вычисленная на основании гипотезы Максвелла скорость электромагнитной волны совпала с наблюдаемой в опытах скоростью света.

Это совпадение позволило предположить, что свет является одним из видов электромагнитных волн.

4. Вопросы для закрепления.

1. Какую гипотезу высказал Макс­велл при создании теории элект­ромагнетизма?2. Какой эксперимент послужил до­казательством правильности тео­рии близкодействия?3. Как Герц измерил скорость электромагнитной волны?4. Какой факт является доказатель­ством того, что свет — электро­магнитная волна?5. Что такое электромагнитная волна? Что в ней происходит, т.е. какова при­рода этого физического объекта?

5. Выводы.

Электромагнитная волна представляет собой распространение в про­странстве с течением времени переменных (вихревых) электрических и маг­нитных полей.

Электромагнитные волны изучаются колеблющимися зарядами, при этом существенно, что скорость движения таких зарядов меняется со временим, т.е. они движутся с ускорением.

Электромагнитное поле излучается заметным образом не только при колебании заряда, но и при любом быстром изме­нении его скорости. Причем интенсивность излучения волны тем больше, чем больше ускорение, с которым движется заряд.

Векторы Е и В в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волны. Электромагнитная волна является поперечной. Максвелл был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн, но не дожил до их экспери­ментального обнаружения.

Лишь через 10 лет после его смерти электромаг­нитные волны экспериментально получены Герцем. ЭМВ, таким образом, возникают при ускоренном движении заряженных частиц. v = λ·ν

6. Новый материал «Свойства электромагнитных волн»

Виды и свойства электромагнитных излучений
Радиоволны.Электромагнитные волны с длиной волны примерно от одного миллиметра до нескольких километров называются радиоволнами.Радиоволны излучаются антеннами радио- и телепередатчиков, радиолокаторов, мобильными телефонами, грозовыми разрядами, звёздами и веществом в межзвёздном прост­ранстве.
Инфракрасное излучение.Электромагнитные волны с длиной волны пример­но от 1 мм до 0,8 мкм называются инфракрасным излучением.Любые тела при нагревании вследствие теплового движения заряженных частиц внутри их испус­кают электромагнитное излучение. При температуре от —263 до -3000 °С основ­ная часть электромагнитного излучения относится к области инфракрасного из­лучения.Органы чувств человека воспринимают инфракрасное излучение как тепло, идущее от горячих предметов. Инфракрасное излучение применяется в технике для прогревания и сушки материалов и изделий.

Видимый свет.При температуре от -3000 до -10000 °С, какую имеют пове­рхности Солнца и звёзд, в составе излучений любых тел имеются электромагнит­ные волны с длиной волны примерно от 0,8 до 0,4 мкм. Это излучение видит глаз человека, поэтому его называют видимым светом.

Ультрафиолетовое излучение.При температуре вещества выше -10 000 °С значительная часть излучения приходится на ультрафиолетовое излучение.Ульт­рафиолетовым излучением называются электромагнитные волны с длиной волны от 0,4 до 0,01 мкм. Оно обладает большой биологической активностью. Под действием ультрафиолетового излучения погибают болезнетворные бактерии и ви­русы. Это его свойство используется в медицине для обработки инструментов и материалов.Из-за биологической активности ультрафиолетовое излучение может быть опасным для человека. Поэтому излишнее солнечное облучение кожи вредно для здоровья человека из-за наличия ультрафиолетового излучения в составе солнеч­ного света.

Рентгеновские лучи.Электромагнитные излучения с длиной волны менее 0,01 мкм называютрентгеновским излучением или рентгеновскими лучами.Это излучение возникает при торможении быстрых электронов в веществе или при переходах электронов внутри атомов с одной орбиты на другую.

Рентгеновские лучи при прохождении через вещество обладают большой про­никающей способностью. Это их свойство используется в медицине для получе­ния снимков костного скелета человека (рис. 28.6).

Гамма-излучение.

Электромагнитные излучения с длиной вол­ны менее 0,01 мкм, испускаемые атомными ядрами или элемен­тарными частицами при их превращениях, называют гамма-излу­чением или гамма-лучами.Рентгеновское и гамма-излучения об­ладают сильным биологическим действием и при больших дозах могут принести серьёзный вред живому организму.

Их угнетающее действие на живые клетки используется в медицине для подавле­ния развития злокачественных опухолей.

Свойства электромагнитных волн.Исследования показали, что электромагнитные волны отражаются от любых проводящих тел. Переменное электрическое поле падающей электромагнитной волны возбуждает вынужденные колебания свободных зарядов в проводнике, колебания электрических зарядов порождают отра­женную волну.

Свойство отраженияэлектромагнитных волн используется на практике для определения местоположения кораблей и самолётов, ракет и космических кораблей.
Устройства, посылающие радиоволны в заданном направлении и принимающие отражённый сигнал, называются радиолокатора­ми.С помощью радиолокатора расстояние / до самолёта определяют путем измерения интервала времени t между момен­тами отправления электромагнитной волны и возвраще­ния отражённой волны. Искомое расстояние l равно: 

l = с/t, где с —скорость распространения радиоволн. 

При переходе электромагнитной волны из одного ди­электрика в другой может изменяться направление её распространения. Это явление называется преломлением волн.Преломление происходит из-за изменения скорости распространения волн при переходе из одного диэлектри­ка в другой.

У края препятствия электромагнитные волны могут отклоняться от прямолинейного пути распространения. Это явление называется дифракцией волн.
Если на пути электромагнитной волны находится эк­ран с двумя отверстиями, то в различных точках за экра­ном в результате сложения колебаний от двух источников амплитуда колебаний может иметь различное значение в зависимости от разности расстояний до двух источ­ников. Это явление называется интерференцией волн.

7. Практическая работа «Исследование свойств электромагнитных волн»

Оборудование:два мобильных телефона, пластмассовая или стеклянная коробка с крышкой, металлическая фольга.

Исследуйте способность электромагнитных волн проникать сквозь преградыиздиэлектрика и металла.

Порядок выполнения задания

1. Проверьте способность мобильного телефона принимать электромагнитные волны от станции мобильной связи. Для этого позвоните на первый телефон со вто­рого телефона.

2. Положите первый телефон впластмассовую коробку с крышкой и снова позво­ните на него со второго телефона. Сделайте вывод: способны ли электромагнитные волны проникать сквозь преграды из диэлектрика?

3. Заверните первый телефон в два слоя металлической фольги и снова позвоните на него со второго телефона. Сделайте вывод: способны ли электромагнитные волны проникать сквозь преграды из металла?

   8. Обобщение и закрепление.

   Сейчас мы знаем, что все пространство вокруг нас буквально пронизано электромагнитными волнами разных частот.

   В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн (и, соответственно, по частотам) на шесть основных диапазонов. Элект­ромагнитные волны разных частот отличаются друг от друга.

   Какое ЭМ излучение имеет наибольшую длину волны, частоту? Наименьшую длину волны, частоту?

   Получаются с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.Свойства: радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами, проявляют свойства диф­ракции и интерференции.

   Применение:Радиосвязь, телевидение, радиолокация.

   Инфракрасное излучение (тепловое)

   Излучается атомами или молекулами вещества. Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре.

   Свойства:проходит через некоторые непрозрачные тела, а также сквозь дождь, дымку, снег, туман;производит химическое действие (фотопластинки);поглощаясь веществом, нагревает его;невидимо;способно к явлениям интерференции и дифракции;регистрируется тепловыми методами.

Применение: Прибор ночного видения, криминалистика, физиотерапия, II промышленности для сушки изделий, древесины, фруктов.

Видимое излучение

Красный	Оранжевый	Желтый	Зеленый	Голубой	Синий	Фиолетовый
760 – 620 нм	620 – 590 нм	590 – 560 нм	560 – 500 нм	500 – 480 нм	480 – 450 нм	450 – 380 нм

Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом. Свойства: отражение, преломление, воздействует на глаз, способно к яв­лению дисперсии, интерференции, дифракции.

Ультрафиолетовое излучение

Свойства: Высокая химическая активность, невидимо, большая проника­ющая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благоприятно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное воздействие, изменяет развитие клеток, обмен веществ.Применение: в медицине, в промышленности.

Рентеновские лучи

Излучаются при больших ускорениях электронов.

В 1895 г.

немецкий физик Вильгельм Рентген открыл излучение, обладающее большой энергией и проникающей способностью, известное сегодня как рентгеновские лучи, которые возникают, когда катодные лучи (электроны), испускаемые отрицательным электродом (катодом) электронно-вакуумной лампы, ударяют в другую часть лампы во время высоковольтного разряда

(свойства: интерференция, дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке, большая проникающая способность. Облучение в больших количествах вызывает лучевую болезнь.Применение: в медицине с целью диагностики заболеваний внутренних органов; в промышленности для контроля внутренней структуры различных изделий.Гамма-излучениеИсточники: атомное ядро(ядерные реакции)Свойства: имеют огромную проникающую способность, оказывают сильное биологическое воздействие.

9. Решение задач

1. На какой частоте работает радиостанция, передавая программу на волне 250 м? (1,2 МГц)2. На какой частоте суда передают сигнал бедствия (СОС) если по международному соглашению длина радиоволны этого сигнала должна быть равной 600 м? (500 кГц)3. Чему равна длина волн, посылаемых радиостанцией, работающей на частоте 1400 кГц? (214 м)4. Чему равен период колебаний в ЭМВ, распространяющейся в воздухе с длиной волны 3 м? (0,01 мкс)

10. Домашнее задание §52; упражнение 42.

Презентация к уроку физики на тему «Электромагнитное поле и электромагнитные волны»

Электромагнитное поле Электромагнитные волны

9 класс

Майкл Фарадей 1791-1867 В 1831 г. открыл явление электромагнитной индукции – возникновение электрического тока в проводнике при изменении магнитного потока через контур проводника.

Какие силы заставляют заряды в витке двигаться? Само магнитное поле, пронизывающее катушку, этого сделать не может, т.к. магнитное поле действует исключительно на движущиеся заряды, а проводник с находящимися в нем электронами неподвижен.

Джеймс Клерк Максвелл 1831-1879 Самым большим научным достижением в 1865году является созданная им теория электромагнитного поля, которую от сформулировал в виде системы нескольких уравнений, выражающих все основные закономерности электромагнитных явлений.

Фундаментальное свойство поля: Всякое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению переменного электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает переменное магнитное поле.

Источником единого электромагнитного поля служат ускоренно движущиеся электрические заряды

Механизм возникновения индукционного тока

Возникающее вихревое электрическое поле, под действием которого свободные заряды, всегда имеющиеся в проводнике, приходят в направленное движение. Гальванометр играет роль индикатора , обнаруживая электрическое поле в пространстве (электрический ток).

Из теории Максвелла вытекает вывод: Быстропеременное электромагнитное поле распространяется в пространстве в виде поперечных волн.

Джеймс Максвелл опираясь на теорию:

• Волны распространяются не только в веществе, но и в вакууме. Скорость распространения волны в вакууме 300 000 км/с.
• Волны распространяются не только в веществе, но и в вакууме.
• Скорость распространения волны в вакууме 300 000 км/с.

• Электромагнитная волна представляет собой систему порождающих друг друга и распространяющихся в пространстве электрического и магнитного полей
• Электромагнитная волна представляет собой систему порождающих друг друга и распространяющихся в пространстве электрического и магнитного полей

Характеристика электрического поля – напряженность ()

Напряженность электрического поля в какой-либо его точке равна отношению силы , с которой поле действует на точечный положительный заряд, помещенный в эту точку, к значению этого заряда q.

Характеристика магнитного поля – вектор магнитной индукции (

Для электромагнитных волн справедливы те же соотношения между длиной волны ее скоростью

с = 3•10 8 м/с, периодом Т и частотой ν, что и для механических волн. λ= = с Т

Генрих Рудольф Герц 1857-1894 В 1888 г. Экспериментально доказал существование электромагнитных волн, предсказанных максвеллом. Установил, что скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света

Шкала электромагнитных волн

Электромагнитное поле. Электромагнитные волны – Класс!ная физика

Электромагнитное поле – это порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля.
Теория электромагнитного поля создана Джеймсом Максвеллом в 1865 г.

Он теоретически доказал, что: любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле.

Если электрические заряды движутся с ускорением, то создаваемое ими электрическое поле периодически меняется и само создает в пространстве переменное магнитное поле и т.д. Источниками электромагнитного поля могут быть: – движущийся магнит;

– электрический заряд, движущийся с ускорением или колеблющийся ( в отличие от заряда движущегося с постоянной скоростью, например, в случае постоянного тока в проводнике, здесь создается постоянное магнитное поле).

Электрическое поле существует всегда вокруг электрического заряда, в любой системе отсчета, магнитное – в той, относительно которой электрические заряды движутся.
Электромагнитное поле существует в системе отсчета, относительно которой электрические заряды движутся с ускорением.

ПОПРОБУЙ РЕШИ

Кусок янтаря потёрли о ткань, и он зарядился статическим электричеством. Какое поле можно обнаружить вокруг неподвижного янтаря? Вокруг движущегося?

___

Заряженное тело покоится относительно поверхности земли. Автомобиль равномерно и прямолинейно движется относительно поверхности земли. Можно ли обнаружить постоянное магнитное поле в системе отсчета, связанной с автомобилем?

Какое поле возникает вокруг электрона, если он: покоится; движется с постоянной скоростью; движется с ускорением?

___ В кинескопе создаётся поток равномерно движущихся электронов. Можно ли обнаружить магнитное поле в системе отсчёта, связанной с одним из движущихся электронов?

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

Электромагнитные волы – это электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды.

Свойства электромагнитных волн: -распространяются не только в веществе, но и в вакууме; – распространяются в вакууме со скоростью света ( С = 300 000 км/c); – это поперечные волны;

– это бегущие волны (переносят энергию).

ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Все окружающее нас пространство пронизано электромагнитным излучением. Солнце, окружающие нас тела, антенны передатчиков испускают электромагнитные волны, которые в зависимости от их частоты колебаний носят разные названия.

Метры

Радиоволны—это электромагнитные волны (c длиной волны от более чем 10000м до 0,005м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

Радиоволны различной длины распространяются по-разному.

___

Электромагнитные излучения с длиной волны, меньшей чем 0,005м, но большей чем 770 нм, т. е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением (ИК).
Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела.

Источниками инфракрасного излучения служат печи, батареи водяного отопления, электрические лампы накаливания. С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

Инфракрасное излучение применяется для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины.

___

К видимому свету относят излучения с длинной волны примерно от 770нм до 380нм, от красного до фиолетового света.

Значения этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.

Свет является обязательным условием для развития зеленых растений и, следовательно, необходимым условием для существования жизни Земле.

___

Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиннной волны меньше, чем у фиолетового света, называют ультрафиолетовым излучением (УФ).. Ультрафиолетовые излучение способно убивать белезнетворных бактерий, поэтому его широко применяют а медицине.

Ультрафиолетовое излучение в составе солнечного света вызывает биологические процессы, приводящие к потемнению кожи человека – загару. В качестве источников ультрафиолетового излучения в медицине используются оразрядные лампы.

Трубки таких ламп изготовляют из кварца, прозрачного для ультрафиолетовых лучей; поэтому эти лампы называют кварцевыми лампами.

___

Рентгеновские лучи (Ри) невидимы азом. Они проходят без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света.

Обнаруживают рентгеновские лучи по их способности вызывать определенное свечение некоторых кристаллов и действовать на фотопленку.

Способность рентгеновских лучей проникать через толстые слои веществ используется для диагностики заболеваний внутренних органов человека.

В технике рентгеновские лучи применяются для контроля внутренней структуры различных изделий, сварных швов. Рентгеновское излучение обладает сильным биологическим действием и применяется для лечения некоторых заболеваний.

___

Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

Следующая страница «Радиоактивность»

Электромагнитное поле – Класс!ная физика

Магнитное поле — Определение направления линий магнитного поля — Обнаружение магнитного поля по его действию на проводник с током — Магнитная индукция. Магнитный поток — Явление электромагнитной индукции — Электромагнитное поле. Электромагнитные волны

Электромагнитное поле

На се­го­дняш­ний день тер­мин элек­тро­маг­нит­ное поле часто на слуху. Мы можем слы­шать о нем, когда речь идет об из­лу­че­нии мно­же­ства бы­то­вых при­бо­ров.

На­при­мер: те­ле­ви­зор, мо­биль­ный те­ле­фон, ком­пью­тер или дру­гие устрой­ства (рис. 1).

Рис. 1. Га­д­же­ты

Кроме этого в сред­ствах мас­со­вой ин­фор­ма­ции зву­чат при­зы­вы об ис­поль­зо­ва­нии по­лез­ных свойств этого поля или, на­о­бо­рот, предо­сте­ре­же­ния о его па­губ­ном вли­я­нии на ор­га­низм че­ло­ве­ка. Но мы долж­ны осо­зна­вать, что че­ло­ве­че­ский ор­га­низм на­хо­дит­ся под воз­дей­стви­ем элек­тро­маг­нит­но­го поля прак­ти­че­ски в любой точке зем­но­го шара.

 Электромагнитная индукция

Вспом­ним такое фи­зи­че­ское яв­ле­ние, как элек­тро­маг­нит­ная ин­дук­ция. Из­ме­не­ние маг­нит­но­го поля при­во­дит к воз­ник­но­ве­нию тока ин­дук­ции в за­мкну­том про­вод­ни­ке.

Од­на­ко вспом­ним из курса 8 клас­са, что усло­ви­ем воз­ник­но­ве­ния элек­три­че­ско­го тока яв­ля­ет­ся на­ли­чие элек­три­че­ско­го поля.

Таким об­ра­зом, по­лу­ча­ет­ся, что из­ме­не­ние маг­нит­но­го поля долж­но при­во­дить к воз­ник­но­ве­нию элек­три­че­ско­го поля, след­стви­ем чего будет яв­лять­ся воз­ник­но­ве­ние тока ин­дук­ции.

Вопросы о свойствах электрического поля

Во­про­сы о свой­ствах элек­три­че­ско­го поля:

От­ли­ча­ет­ся ли элек­три­че­ское поле, об­ра­зо­ван­ное вслед­ствие из­ме­не­ния маг­нит­но­го, от поля, со­здан­но­го непо­движ­ны­ми элек­три­че­ски­ми за­ря­да­ми?

Воз­ни­ка­ет ли элек­три­че­ское поле толь­ко в про­вод­ни­ке или су­ще­ству­ет и в про­стран­стве около него?

Может ли су­ще­ство­вать такое элек­три­че­ское поле в про­стран­стве вне за­ви­си­мо­сти от на­ли­чия про­вод­ни­ка?

От­ве­ты уда­лось по­лу­чить ан­глий­ско­му уче­но­му Джейм­су Клер­ку Макс­вел­лу, ко­то­рый в 1865 году со­здал тео­рию элек­тро­маг­нит­но­го поля.

 Основные положения теории Максвелла

Вся­кое из­ме­не­ние маг­нит­но­го поля по­рож­да­ет пе­ре­мен­ное элек­три­че­ское, а вся­кое из­ме­не­ние элек­три­че­ско­го поля по­рож­да­ет пе­ре­мен­ное маг­нит­ное.

Таким об­ра­зом, по­рож­да­ю­щие друг друга пе­ре­мен­ные маг­нит­ное и элек­три­че­ское поля об­ра­зу­ют еди­ное элек­тро­маг­нит­ное поле.

Ин­те­ре­сен тот факт, что пе­ре­мен­ное элек­три­че­ское поле по сво­е­му изоб­ра­же­нию не по­хо­же на элек­тро­ста­ти­че­ское поле непо­движ­ных за­ря­дов. Пе­ре­мен­ное элек­три­че­ское поле на­зва­ли вих­ре­вым элек­три­че­ским полем.

 Свойства вихревого электрического поля

Такое на­зва­ние свя­зан­но с тем, что си­ло­вые линии этого поля за­мкну­ты, как и маг­нит­ные, что де­ла­ет их по­хо­жи­ми на вихрь (рис. 2).

Рис. 2. Вих­ре­вое элек­три­че­ское поле

Вспом­ним, что си­ло­вые линии элек­три­че­ско­го поля на­чи­на­ют­ся на по­ло­жи­тель­ном за­ря­де и за­кан­чи­ва­ют­ся на от­ри­ца­тель­ном. Также они могли ухо­дить и вхо­дить на бес­ко­неч­ность (рис. 3).

Рис. 3. Элек­тро­ста­ти­че­ское поле

Со­глас­но тео­рии Макс­вел­ла, вих­ре­вое элек­три­че­ское поле воз­ни­ка­ет в про­стран­стве при из­ме­не­нии маг­нит­но­го поля вне за­ви­си­мо­сти от на­ли­чия про­вод­ни­ка (рис. 4).

Рис. 4. Воз­ник­но­ве­ние вих­ре­во­го поля

По сути дела воз­ник­но­ве­ние пе­ре­мен­но­го элек­три­че­ско­го поля яв­ля­ет­ся пер­вич­ным ре­зуль­та­том из­ме­не­ния маг­нит­но­го поля. А уже на­блю­де­ние тока ин­дук­ции яв­ля­ет­ся след­стви­ем этих про­цес­сов.

Таким об­ра­зом, можно от­ме­тить, что про­вод­ник с под­клю­чен­ной лам­поч­кой и галь­ва­но­мет­ром яв­ля­ют­ся ин­ди­ка­то­ра­ми яв­ле­ния элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции.

Свой­ства вих­ре­во­го элек­тро­ста­ти­че­ско­го поля:

гра­фи­че­ское изоб­ра­же­ние вих­ре­во­го элек­три­че­ско­го поля вы­гля­дит как за­мкну­тые си­ло­вые линии, когда линии элек­тро­ста­ти­че­ско­го поля не за­мкну­ты;

элек­три­че­ское поле су­ще­ству­ет вне за­ви­си­мо­сти от на­ли­чия про­вод­ни­ка;

при из­ме­не­нии элек­три­че­ско­го поля в окру­жа­ю­щем про­стран­стве воз­ни­ка­ет маг­нит­ное поле.

 Заключение

Мы вы­яс­ни­ли ре­зуль­та­ты тео­рии элек­тро­маг­нит­но­го поля, по­лу­чен­ные Макс­вел­лом, и разо­бра­ли про­цесс об­ра­зо­ва­ния вих­ре­во­го элек­три­че­ско­го поля.

 Влияние электромагнитного поля на организм человека

На се­го­дняш­ний день про­бле­ма вли­я­ния элек­тро­маг­нит­ных полей на живые ор­га­низ­мы (и на че­ло­ве­ка в част­но­сти) стоит очень остро. Су­ще­ству­ет до­ста­точ­ное ко­ли­че­ство ста­тей, в ко­то­рых элек­тро­маг­нит­ные волны то от­кро­вен­но ру­га­ют, то го­во­рят об их по­лез­ных свой­ствах, то го­во­рят, что они во­об­ще никак не вли­я­ют на че­ло­ве­ка.

Од­на­ко уже до­ка­за­но, что есть элек­тро­маг­нит­ные поля, па­ра­мет­ры ко­то­рых вре­до­нос­ны для ор­га­низ­ма че­ло­ве­ка. С дру­гой сто­ро­ны также су­ще­ству­ют элек­тро­маг­нит­ные поля, па­ра­мет­ры ко­то­рых ис­поль­зу­ют­ся во благо че­ло­ве­ка. На­при­мер, ме­то­ды элек­тро­маг­нит­но­го ис­сле­до­ва­ния и неко­то­рые ме­то­ды ле­че­ния.

Ис­точ­ни­ки элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния:

элек­тро­транс­порт (трам­вай или трол­лей­бус);

линии элек­тро­пе­ре­дач, элек­тро­про­вод­ка;

мо­биль­ные те­ле­фо­ны, ком­пью­те­ры и про­чие бы­то­вые элек­тро­при­бо­ры.

 Влияние электромагнитного поля на электроприборы

Кроме того, что все элек­тро­при­бо­ры яв­ля­ют­ся из­лу­ча­те­ля­ми элек­тро­маг­нит­но­го поля, внеш­нее элек­тро­маг­нит­ное поле может по­вли­ять на ста­биль­ность их ра­бо­ты.

На­при­мер: вспыш­ки на Солн­це, ко­то­рые могут при­ве­сти к маг­нит­ным бурям на по­верх­но­сти Земли (рис. 5).

Рис. 5. Вспыш­ки на Солн­це

Ре­зуль­та­том про­те­ка­ния ядер­ных ре­ак­ций на нашем све­ти­ле яв­ля­ет­ся из­лу­че­ние мощ­но­го элек­тро­маг­нит­но­го поля.

На неко­то­рых эта­пах про­те­ка­ния таких ре­ак­ций про­ис­хо­дят ко­лос­саль­ные вы­де­ле­ния энер­гии, ко­то­рые со­про­вож­да­ют­ся сол­неч­ны­ми вспыш­ка­ми (мощ­ней­шим элек­тро­маг­нит­ным из­лу­че­ни­ем).

Наша Земля за­щи­ще­на маг­нит­ным полем от па­губ­но­го воз­дей­ствия по­то­ка вы­со­ко­энер­ге­ти­че­ских за­ря­жен­ных ча­стиц, вы­бра­сы­ва­е­мых Солн­цем во время вспы­шек. Од­на­ко в слу­ча­ях ин­тен­сив­но­го из­лу­че­ния оно не спо­соб­но пол­но­стью изо­ли­ро­вать нас от него.

Как ока­за­лось, на элек­тро­при­бо­ры, элек­три­че­ские сети и т. д. элек­тро­маг­нит­ное поле также может ока­зы­вать па­губ­ное воз­дей­ствие. В ре­зуль­та­те они могут вы­хо­дить из строя либо неста­биль­но ра­бо­тать. Обыч­но ре­ко­мен­ду­ют огра­ни­чить экс­плу­а­та­цию при­бо­ров во­вре­мя сол­неч­ной ак­тив­но­сти.

По­след­стви­ем по­то­ка за­ря­жен­ных ча­стиц, вы­бра­сы­ва­е­мых Солн­цем в про­стран­ство, яв­ля­ют­ся кра­си­вей­шие ат­мо­сфер­ные яв­ле­ния в по­ляр­ных угол­ках нашей пла­не­ты, се­вер­ное си­я­ние (рис. 6).

Рис. 6. Се­вер­ное си­я­ние

Связь про­яв­ле­ния элек­тро­маг­нит­но­го поля с рас­смат­ри­ва­е­мой си­сте­мой от­сче­та

Если за­ду­мать­ся об усло­вии воз­ник­но­ве­ния элек­тро­маг­нит­но­го поля, ко­то­рое гла­сит, что оно воз­ни­ка­ет около дви­жу­щих­ся за­ря­дов, воз­ни­ка­ет во­прос.

Дело в том, что ско­рость дви­же­ния и само дви­же­ние в целом яв­ля­ют­ся по­ня­ти­я­ми от­но­си­тель­ны­ми. Сле­до­ва­тель­но:

для од­но­го на­блю­да­те­ля, от­но­си­тель­но ко­то­ро­го заряд дви­жет­ся с неко­то­рой ско­ро­стью, будет на­блю­дать­ся воз­ник­но­ве­ние маг­нит­но­го и элек­три­че­ско­го полей (рис. 7).

Рис. 7. Ил­лю­стра­ция к при­ме­ру 1

для дру­го­го же на­блю­да­те­ля, ко­то­рый дви­жет­ся вме­сте с за­ря­дом (т. е. по­ко­ит­ся от­но­си­тель­но него), маг­нит­ное поле на­блю­дать­ся не будет. Зато будет воз­ни­кать элек­тро­ста­ти­че­ское поле (рис. 8).

Рис. 8. Ил­лю­стра­ция к при­ме­ру 2

На дан­ный мо­мент клас­си­че­ская и кван­то­вая элек­тро­ди­на­ми­ка ни­ка­ких про­ти­во­ре­чий в этом не видит.

Вве­дем клас­си­фи­ка­цию об­ра­зо­ва­ния полей в за­ви­си­мо­сти от того, как дви­жет­ся заряд от­но­си­тель­но на­блю­да­те­ля:

заряд не дви­жет­ся (по­ко­ит­ся) –> по­рож­да­ет­ся элек­тро­ста­ти­че­ское поле;

заряд дви­жет­ся рав­но­мер­но пря­мо­ли­ней­но –> воз­ник­но­ве­ние элек­три­че­ско­го и маг­нит­но­го полей;

заряд дви­жет­ся с уско­ре­ни­ем –> об­ра­зу­ет­ся элек­тро­маг­нит­ное поле.

Электромагнитное поле

Поурочные разработки к учебнику Г. Я. Мякишева, Б. Б. Буховцева

Колебания и волны

Глава 7. Электромагнитные волны

Урок 51. Электромагнитное поле

Цель: сформулировать понятие «электромагнитное поле».

I. Организационный момент

II. Повторение

– Какие взаимодействия называют электромагнитными?

– Что такое электрический заряд?

– Перечислите свойства электрического заряда.

– В чем сходство и отличие электрического заряда и гравитационной массы?

– Как называется единица электрического заряда?

– Чему равно значение элементарного заряда?

– Сформулируйте закон сохранения электрического заряда.

III. Анализ эксперимента

Возьмите маленький рыхлый кусочек ваты массой 3-5 мг. Хорошо наэлектроризуйте полиэтиленовую расческу о чистые волосы или эбонитовую палку и опустите на нее ватку. Она притянется и наэлектроризуется. Рывком палки в сторону оторвите ватку и быстро поднесите палку под ватку, а далее можно управлять ее движением. Почему она плавает в воздухе?

IV. Изучение нового материала

Покоящийся заряд создает только электрическое поле. Заряд покоится лишь относительно определенной системы отсчета. Относительно других систем отсчета он будет двигаться и, следовательно, создавать магнитное поле.

Магнит, лежащий на столе, создает магнитное поле. По движению относительно его наблюдатель обнаруживает и электрическое поле. Итак, электрические и магнитные поля – проявления единого целого электромагнитного поля.

В каждой точке пространства и в каждый момент времени состояние электромагнитного поля характеризуется двумя векторами – вектором электрического поля  и вектором магнитного поля :

 – электрическая напряженность;

 – магнитная индукция.

 и  – силовые характеристики электромагнитного поля.

Единица электрической напряженности:

Единица магнитной индукции:

 [Тл] (Тесла).

Как же передается электрическое взаимодействие?

Если поместить два заряженных тела на небольшое расстояние друг от друга, а затем один из них привести в движение, то действие передается мгновенно на другое.

Перемещение заряда меняет электрическое поле вблизи него. Это переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле в соседних областях пространства. Переменное магнитное поле, в свою очередь, порождает переменное электрическое поле и т. д.

Перемещение заряда вызывает «всплеск» электрического поля, который распространяется, охватывая все большие и большие области окружающего пространства. Наконец, этот «всплеск» достигает второго заряда. Скорость распространения этого процесса равна скорости света в пустоте – 300 000 км/с.

V. Вопросы для закрепления

– Что называют электромагнитным полем?

– Могут ли электрические и магнитные поля существовать обособленно друг от друга?

– Что характеризует вектор ? В каких единицах он измеряется?

– Что характеризует вектор ? В каких единицах он измеряется?

– Почему утверждение, что в данной точке пространства существует только электрическое или только магнитное поле не является вполне определенным?

VI. Подведение итогов урока

Домашнее задание

п. 17.

Электромагнитное поле. Электромагнитные волны

2014-05-22

В 60 — х годах XIX в. Дж. Максвелл разработал теорию электромагнитного поля, по которой переменное электрическое поле порождает переменное магнитное. Эти поля имеют вихревой характер: силовые линии поля, которое порождает, концентрически охвачены силовыми линиями поля, порождаемого.

Вследствие этого образуется система «переплетенных» между собой электрических и магнитных полей. Некоторое представление о характере переменного электромагнитного поля может дать рис. 124, который является как бы мгновенным снимком этого поля.

Прямая линия Е0 отражает первичное переменное электрическое поле, круга В в горизонтальной плоскости — это вторичные переменные магнитные поля, а круги Е в вертикальной плоскости — вторичные переменные электрические поля. Магнитное поле возникает вокруг проводников, по которым проходят токи.

Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты, отсюда следует, что электрические токи, которые порождают магнитное поле, также должны быть замкнутыми

Чтобы убедиться в этом, рассмотрим случай, когда в электрическую цепь включен конденсатор. Между обкладками конденсатора заряды перемещаться не могут.

Это приводит к тому, что линии тока обрываются у поверхности обкладок конденсатора, ток проводимости, который проходит по проводнику, соединяющий обкладки конденсатора, разъединяется. Если напряжение источника тока переменная, то при замыкании ключа К (рис.

125) конденсатор попеременно заряжается и разряжается, в кругу проходит ток, лампочка, включена в этот круг, светится. Это свидетельствует о том, что линии тока замкнуты.

Между обкладками конденсатора переменный электрический заряд создает переменное электрическое поле, которое Максвелл назвал током смещения.

Ток смещения — переменное электрическое поле, как и ток проводимости, порождает магнитное поле, силовые линии которого всегда замкнуты. Итак, электрическое и магнитное поля взаимосвязаны.

Изменение одного из них порождает второе. Эти поля — проявление единого электромагнитного поля.

Взаимосвязь электрического и магнитного полей обусловливает распространение электромагнитного поля в пространстве. Представим себе, что по проводнику течет переменный электрический ток. Тогда вокруг этого проводника существует переменное магнитное поле В (рис. 126).

Это поле, в свою очередь, создает переменное электрическое поле Е в соседних участках пространства. Затем переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, которое снова вызывает появление переменного электрического поля и т.д..

Итак, распространяясь на все новые участки пространства, электромагнитное поле перемещается из областей, где оно только существовало. Скорость распространения электромагнитного поля равна примерно 300 000 км / с.

Таким образом, электромагнитное поле может существовать самостоятельно, не будучи связанным с зарядами и токами. А это является убедительным доказательством материальности электромагнитного поля. В материальности электромагнитного поля убеждает и тот факт, что оно имеет определенную энергию.

Распространение в пространстве электромагнитного поля, в котором напряженность электрического и индукция магнитного полей изменяются периодически, называется электромагнитной волной.

Векторы напряженности Е и магнитной индукции В в электромагнитной волне в любой точке пространства всегда взаимно перпендикулярны, так как линии напряженности электрического поля охватывают линии индукции магнитного поля.

Кроме того, они перпендикулярны и направлению распространения волн. Итак, электромагнитные волны — поперечные.

Гармоничная электромагнитная волна графически изображается в виде двух синусоид, которые лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 127).

Одна синусоида отражает колебания вектора напряженности Е электрического поля, а вторая — вектора индукции магнитного поля (оба вектора колеблются в одинаковой фазе).

Как уже отмечалось ранее, источником электромагнитных волн может быть любой электрический колебательный контур или проводник, по которому течет переменный электрический ток, поскольку для образования электромагнитных волн необходимо создать в пространстве переменное электрическое поле (ток смещения), или в соответствии переменное магнитное поле. Излучающая способность источника электромагнитных волн определяется его формой, размерами и частотой колебаний. Чтобы излучение было заметным, необходимо увеличить объем пространства, в котором создается переменное электромагнитное поле. Поэтому для получения электромагнитных волн непригодны закрытые колебательные контуры, так как в них электрическое поле сосредоточено между обкладками конденсатора, а магнитное — внутри катушки индуктивности.

Г. Герц в своих опытах, уменьшая число витков катушки и площадь пластин конденсатора, а также раздвигая их (рис.

128, а, б), совершил переход от закрытого колебательного контура к открытому колебательному контуру (вибратор Герца), который состоит из двух стержней, разделенных искровым промежутком (рис. 128, в).

Если в закрытом колебательном контуре переменное электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора (рис. 128, а), то в открытом оно заполняет окружающее пространство (рис. 128, в), что существенно повышает интенсивность электромагнитного излучения.

Учитель Герца, великий физик Гельмгольц, сделал много ценных исследований в области науки о звуке. Знакомство с этими трудами помогло Герцу решить и вторую часть задания.

Звук, как и свет, отражается от поверхности, на которую он падает. Этим объясняется, например, такое явление, как эхо.

Герц знал также, что несколько звуковых или световых волн, распространяясь в одном и том же направлении, взаимодействуют между собой. От составления нескольких волн можно получить одну волну. Это явление наложения волн называется интерференцией. Если в двух волн совпадают их гребни, то как результат наложения получается волна, еще выше первой.

В том случае, когда в одном направлении распространяются две волны — одна движется вперед, а вторая, отраженная, движется назад, — могут возникнуть особого рода стоячие волны.

Такие волны легко получить, если взять длинную веревку, прикрепить ее за один конец, а с другой отправить толчок. Волна возникнет на веревке, побежит до упора и отразится от него.

Если посылать по веревке такие толчки один за другим, то в результате взаимодействия прямых волн, идущих до упора, и встречных, отраженных волн, возникнут стоячие волны.

В так называемых узлах взаимодействующие волны будто уничтожают друг друга. Напротив, в других местах, которые называются видугамы оказывается наибольший результат взаимодействия прямой и отраженной волн.

Вспомним еще одно явление. Если взять два одинаковых камертона и заставить один из них звучать, то и второй камертон, находится рядом, также начнет звучать, будто откликаясь. Это явление называется резонансом.

Исходя из этих явлений, Герц рассчитывал, что приемником — резонатором для электрических лучей — может быть кусок проволоки, изогнутой по кругу диаметром в 70 см. 8 одном месте это проводное кольцо должно быть перерезано — для образования искрового промежутка (рис. 131).

На расстоянии 13 м от излучателя волн Герц установил вертикальную металлическую стенку для отражения электромагнитных волн. Затем он включил источник тока и начал исследовать пространство между местом колеблющегося разряда и металлической стенкой.

Почему именно так сделал Герц?

Он хотел обнаружить электромагнитную волну длиной 5 м, которая образуется колеблющимся разрядом от больших шаров. На взятом промежутке этого вполне можно было достичь.

Кроме того, Герц пытался доказать, что электромагнитные волны, как и звуковые, при отражении взаимодействуют между собой (прямая с отраженной) и при этом возникают стоячие волны с узлами и видугамы.

И действительно, когда Герц перемещал свой резонатор вдоль упомянутого направления распространения волны, то искры возникали только в строго определенных местах резонатора. При перемещении резонатора справа и слева искр уже не было заметно.

У вибратора Герца размещали резонатор, представляющий собой проводник, изогнутый в виде круга или прямоугольника, концы которого тоже образовывали искровой промежуток. Сначала суть опытов Герца состояла в том, что он наблюдал влияние искры, возникавшая в вибраторе, на резонатор. При этом он заметил, что при появлении искры в вибраторе в резонаторе также возникает искра.

Сначала Герц думал, что он наблюдает случай электромагнитной индукции, когда при изменении силы тока в вибраторе создается ток в резонаторе.

Но продолжая опыты, Герц заметил, что в комнате, где он работал, есть места, находясь в которых резонатор не реагирует на искру вибратора. Тогда ученый приходит к выводу, что наблюдаемое явление нельзя объяснить электромагнитной индукцией.

В комнате возникали стоячие электромагнитные волны — в одних местах были узлы, а в других — пучности.

Герц, увлечен своим открытием, писал: «Я думаю, что волновая природа звука в пустом пространстве наблюдается не так ясно, как волновая природа этого электродинамического процесса».

Этими чрезвычайными опытами Герц доказал существование стоячих электромагнитных волн. Дальнейшие эксперименты Герца показали сходство свойств световых лучей и так называемых электрических лучей (так сначала Герц назвал электромагнитные волны). Свои опыты над электрическими лучами он выполнял на оборудовании, подобном тому, на котором демонстрировали свойства световых лучей.

категория: Физика