Рефераты по ФОЗИ / электромагнитные волны (билет 10)
Электромагнитная волна представляет собой процесс распространения в пространстве изменяющихся электрического и магнитного полей.
Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано Максвеллом. Экспериментально электромагнитные волны были открыты и изучены Герцем.
Основными свойствами электромагнитных волн являются:
- поглощение;
- рассеяние;
- преломление;
- отражение;
- интерференция;
- дифракция;
- поляризация;
Электромагнитные волны и их характеристика. Электромагнитная волна представляет собой процесс распространения в пространстве изменяющихся электрического и магнитного полей. Существование электромагнитных волн было предсказано английским физиком Майклом Фарадеем. В 1831 году Фарадей открыл явление электромагнитной индукции — возбуждение электрического тока в замкнутом проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле. Он является основоложником учения об электромагнитных явлениях, в котором электрические и магнитные явления рассматриваются с единой точки зрения. С помощью многочисленных опытов Фарадей доказал, что действие электрических зарядов и токов не зависит от способа их получения. 
Взаимопревращения электрического и магнитного полей Согласно теории Максвелла, в каждой точке пространства изменение электрического поля создает переменное вихревое магнитное поле, вектора В магнитной индукции которого лежат в плоскости, перпендикулярной к вектору Е напряженности электрического поля. Механическое уравнение, выражающее эту закономерность, называется первым уравнением Максвелла. Изменение во времени индукции магнитного поля создает переменное вихревое электрическое поле, векторы Е напряженности которого лежат в плоскости, перпендикулярной к вектору В. Математическое уравнение, описывающее эту закономерность, называется вторым уравнением Максвелла. Из уравнения Максвелла следует, что возникшее в какой-либо точке изменение во времени магнитного (или электрического) поля будет перемещаться от одноц точки к другой, при этом будут происходить взаимные превращения этих полей, т.е. будет происходить распространение электромагнитных взаимодействий в пространстве. В 1865 году Дж. Максвелл теоретически доказал, что электромагнитные колебания распространяются в вакууме с конечной скоростью, равной скорости света: с = 3 * 10^8 м/с. В 1888 году электромагнитные волны были впервые экспериментально обнаружены немецким физиком Генрихом Герцем (1857-1894), что сыграло решающую роль для утверждения максвелловской теории электромагнитных волн. Таким образом, электромагнитные волны — это электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью. Длина электромагнитной волны — расстояние между двумя ближайшими точками, в которых колебания происходят в одинаковых фазах. 
где — длина волны; с — скорость света в вакууме; Т — период колебаний; v — частота колебаний. Скорость света в вакууме с= 3 * 10^8 м/с. При распространении электромагнитных волн в какой-либо другой среде скорость волны изменяется и длина волны 
, где u — скорость волны в среде. В атмосфере скорость практически можно принять равной скорости света в вакууме. Скорость u электромагнитной волны в среде определяется из формулы Максвелла: 
где е — относительная диэлектрическая проницаемость среды, — относительная магнитная проницаемость среды. Скорость распространения электромагнитных волн в данной среде совпадает со скоростью света в этой среде, что является одним из обоснований электромагнитной природы света. Основная характеристика электромагнитных волн — это частота их колебаний v (или период Т). Длина волны л меняется при переходе из одной среды в другую, в то время как частота остается неизменной. Электромагнитные волны являются поперечными волнами. Распространение электромагнитных волн связано с переносом энергии электромагнитного поля волны, которая переносится в направлении распространения волны, т.е. в направлении вектора v. Наряду с энергией электромагнитная волна обладает импульсом. Если волна поглощается, то ее импульс передается тому объекту, который ее поглощает. Отсюда следует, что при поглощении электромагнитная волна оказывает давление на преграду. Плотностью потока электромагнитного излучения I (интенсивностью электромагнитной волны) называют отношение электромагнитной энергии W, проходящей за время t через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади S на время t: 
где W — электромагнитная энергия, прошедшая за время t через поверхность площадью S. Единицей измерения интенсивности электромагнитного излучения I является ватт на м [вт/м ]. Плотность потока излучения (интенсивность электромагнитной волны) равна произведению плотности электромагнитной энергии на скорость её распространения: 
где — магнитная постоянная в СИ. Интенсивность электромагнитной волны пропорциональна среднему значению произведения модулей векторов Е и В электромагнитного поля, т.е. пропорциональны квадрату напряженности Е: 
Источник
Свойства электромагнитных волн
Электромагнитные волны широко используются в Природе и технике. Природа использует электромагнитные волны светового диапазона, в технике используются волны гораздо более широкого диапазона – от сверхдлинных радиоволн до волн терагерцового диапазона и короче. Рассмотрим основные свойства электромагнитных волн.
Электромагнитная волна
Заряды, движущиеся с ускорением, распространяют вокруг себя изменение электрического поля, которое порождает изменяющееся вихревое магнитное поле. В свою очередь, изменяющееся магнитное поле порождает вихревое электрическое поле, а это электрическое поле – вновь порождает вихревое магнитное.
Такая распространяющаяся в пространстве структура взаимоподдерживающихся вихревых электрического и магнитного полей называется электромагнитной волной.
Интенсивность поля, порождаемого самим зарядом, очень быстро убывает по мере удаления (пропорционально квадрату расстояния). А мощность электромагнитной волны, за счет своей структуры убывает гораздо медленнее (прямо пропорционально расстоянию). В результате на больших расстояниях от движущихся зарядов можно зафиксировать только порожденную ими электромагнитную волну.
Общие свойства электромагнитных волн
Электромагнитная волна, как и любой другой волновой процесс, демонстрирует все свойства волнового процесса – поглощение, отражение, преломление, интерференцию.
Для изучения этих свойств электромагнитных волн используются радиоволны с длиной волны порядка нескольких сантиметров и две рупорные антенны. Одна из них генерирует радиоволну, вторая – принимает. По пути распространения ставятся различные препятствия, по-разному влияющие на передачу радиоволны. Например, простое перекрытие пути волны различными ширмами ослабляет принятый сигнал, поглощая энергию радиоволн.
Металлическая ширма практически полностью блокирует радиоволны, отражая их, поэтому ее и рупоры можно расположить так, чтобы сигнал выходил из одного рупора, отражался от ширмы и попадал в другой рупор. Удаление такой ширмы приводит к пропаданию сигнала.
Большая призма из диэлектрика (например, парафина) преломляет ход волн, это также можно отметить в данном эксперименте, расположив рупоры под углом.
Наконец, если рупоры перекрывать сеткой из вертикальных или горизонтальных стержней – можно убедиться в поперечности электромагнитных волн – передача будет возможна лишь только тогда, когда сетки на приемном и передающем рупоре расположены одинаково.
Шкала электромагнитных волн
Свойства электромагнитных волн заметно меняются с изменением длины электромагнитной волны. Поэтому весь диапазон электромагнитных волн условно разбит на ряд поддиапазонов, каждый из которых обладает некоторыми индивидуальными особенностями, обуславливающие его применение в технике.
Что мы узнали?
Электромагнитная волна представляет собой структуру распространяющихся вихревых электрического и магнитного полей. Как волновой процесс, электромагнитная волна обладает всеми свойствами волны – она способна поглощаться, отражаться, преломляться, интерферировать. Также весь диапазон электромагнитных волн условно разделен на несколько поддиапазонов с различающимися индивидуальными свойствами.
Источник