Природа электромагнитных волн
Практически всё, что мы знаем о космосе (и микромире), известно нам благодаря электромагнитному излучению, то есть колебаниям электрического и магнитного полей, которые распространяются в вакууме со скоростью света. Собственно, свет — это и есть особый вид электромагнитных волн, воспринимаемый человеческим глазом.
Точное описание электромагнитных волн и их распространения дают уравнения Максвелла. Однако качественно этот процесс можно объяснить без всякой математики. Возьмем покоящийся электрон — почти точечный отрицательный электрический заряд. Вокруг себя он создает электростатическое поле, которое влияет на другие заряды. На отрицательные заряды действует сила отталкивания, на положительные — сила притяжения, причем все эти силы направлены строго по радиусам, идущим от нашего электрона. С расстоянием влияние электрона на другие заряды ослабевает, но никогда не падает до нуля. Иначе говоря, во всем бесконечном пространстве вокруг себя электрон создает радиальное силовое поле (это верно лишь для электрона, который вечно покоится в одной точке).
Допустим, некая сила (не будем уточнять ее природу) неожиданно нарушила покой электрона и заставила его сдвинуться немного в сторону. Теперь силовые линии должны расходиться из нового центра, куда переместился электрон. Но электрическое поле, окружающее заряд, мгновенно перестроиться не может. На достаточно большом расстоянии силовые линии еще долго будут указывать на первоначальное местоположение заряда. Так будет до тех пор, пока не подойдет волна перестройки электрического поля, которая распространяется со скоростью света. Это и есть электромагнитная волна, а ее скорость есть фундаментальное свойство пространства в нашей Вселенной. Конечно, это описание крайне упрощено, а кое-что в нем даже просто неверно, но оно дает первое впечатление о том, как распространяются электромагнитные волны.
Неверно же в этом описании вот что. Описанный процесс на самом деле не является волной, то есть распространяющимся периодическим колебательным процессом. Распространение у нас есть, а вот колебаний нет. Но этот недостаток очень легко поправить. Заставим ту же силу, которая вывела электрон из первоначального положения, сразу же вернуть его на место. Тогда за первой перестройкой радиального электрического поля сразу последует вторая, восстанавливающая исходное положение дел. Пусть теперь электрон периодически повторяет это движение, и тогда по радиальным силовым линиям электрического поля во все стороны побегут настоящие волны. Эта картина уже много лучше первой. Впрочем, она тоже не вполне верна — волны получаются чисто электрическими, а не электромагнитными.
Тут самое время вспомнить о законе электромагнитной индукции: изменяющееся электрическое поле порождает магнитное, а изменяющееся магнитное — электрическое. Эти два поля как бы сцеплены друг с другом. Как только мы создаем волнообразное изменение электрического поля, так сразу же к нему добавляется и магнитная волна. Разделить эту пару волн невозможно — это единое электромагнитное явление.
Можно и дальше уточнять описание, постепенно избавляясь от неточностей и грубых приближений. Если довести это дело до конца, мы как раз и получим уже упомянутые уравнения Максвелла. Но давайте остановимся на полпути, потому что для нас пока важно лишь качественное понимание вопроса, а все основные моменты уже ясны из нашей модели. Главный из них — независимость распространения электромагнитной волны от ее источника.
В самом деле, волны электрического и магнитного полей, хотя и возникли благодаря колебаниям заряда, но вдали от него распространяются совершенно самостоятельно. Что бы ни случилось с зарядом-источником, сигнал об этом не догонит уходящую электромагнитную волну — ведь он будет распространяться не быстрее света. Это позволяет нам рассматривать электромагнитные волны как самостоятельные физические явления наряду с зарядами, которые их порождают.
Источник
X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018
Электромагнитное поле создается зарядами. Электромагнитное поле – особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами.
Основными величинами, определяющими электромагнитное поле, являются вектор электрической напряженности поля Е и вектор магнитной напряженности поля Н. Эти векторы являются функциями времени и координат в пространстве, описываемых радиус-вектором r [1, с. 252].
Особенностью электромагнитных волн является наличие трёх взаимно перпендикулярных векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля E и вектора напряжённости магнитного поля H.
По определению, электромагнитное поле – это совокупность электрических и магнитных полей, которые могут переходить друг в друга. Физические причины существования электромагнитного поля связаны с тем, что изменяющееся во времени электрическое поле порождает магнитное поле, а изменяющееся магнитное – вихревое электрическое поле. Электромагнитное поле неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами. При ускоренном движении заряженных частиц, электромагнитное поле «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн, не исчезая с устранением источника.
Электромагнитные волны – это распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.
Среди электромагнитных полей, порождённых электрическими зарядами и их движением, принято относить к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников – движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.
Электромагнитные волны характеризуются длиной волны. Источник, генерирующий излучение характеризуются понятием частота. Классификация электромагнитных волн по частотам приведена в табл. 1 [1, с. 253].
Таблица 1 – Классификация электромагнитных волн по частотам [4, с. 262]
Наименование частотного диапазона
Наименование волнового диапазона
Источник
здравствуйте. объясните, пожалуйста природу электромагнитных волн.
Это просто свет невидимого цвета, с длиной волны значительно больше, чем у обычного света: красный — инфракрасный — радиоволны.
А «не пересекаются» разные радио- и телестанции, потому что работают на разных цветах из диапазона радиоволн. В приемниках стоят своего рода светофильтры — колебательные контуры. Там очень точная селекция по цвету. Хотя обычно говорят не о цвете радиоволн, а о длине волны и частоте колебаний, но это одно и то же.
А как передается звук и изображение — это называется модуляцией, обычно используется один из двух видов: изменение яркости источника или небольшое отклонение цвета от базового для данного радиопередатчика.
Электромагнитная волна — это процесс взаимных превращений электрических и магнитных полей, распространяющихся от одной точки пространства к другой. Поскольку всем известно, что переменное электрическое поле порождает переменное магнитное и наоборот, этот циклический процесс имеет место.
В электромагнитной волне происходят колебания вектора напряжённости электрического поля Е и магнитного поля Н в перпендикулярных плоскостях. Всё это описывается системой уравнений Максвелла.
Волна обладает частотой и длиной, и улавливается антенной.
Вот. ))
Бен Цви-Ари Мудрец (14086) Волны модулируют, ну на пальцах это как регулировать яркость лампочки плавным регулятором-только быстро. На приемном конце-демодуляция дает эффект превращения в исходный звук или картинку. Не пересекаются потому что отделяются в приемных узлах. Они узкоканальны. Хотя всякие пересечения по всяким зеркальным каналам-жутко широкая тема для диссертации.
Если гуманитарий — то никак.. .
Ну или так можно. Представьте себе тонкую равномерно натянутую плёнку. Если теперь на эту плёнку упадёт камешек, то плёнка в месте падения прогнётся, причём этот прогиб начнёт передаваться по плёнке во все стороны, так что она в итоге прогнётся ВЕЗДЕ, хотя сильнее всего — в месте падения камня. Важно то, что передача этого прогиба происходит не мгновенно — у неё есть своя скорость.
Если теперь вместо камня просто взяться за эту точку плёнки и начать дергать её вверх-вниз — то вот эти колебания ТОЖЕ начнут распространяться от точки приложения возмущения во все стороны. Опять же — осладевая с расстоянием, и опять же — с определённой скоростью. От этой точки по плёнке начнёт распространяться волна.
Вот с электромагнитной волной примерно то же самое, просто для неё не нужна никакая особая среда (хотя раньше полагали, что таки да, нужна, — так появился «эфир»). Возмущением тут будет не отклонение плёнки от равновесного положения, а изменение напряжённости электрического поля. Ну сути это не меняет — всё равно любое изменение напряжённости вызывает волну, распространяющую это изменение в пространстве.
Ну а радио- и телесигналы — это совсем просто. Любая волна характеризуется как минимум двумя параметрами — частотой (сколь быстро мы дёргаем плёнку туда-сюда) и амплитудой (сколь сильно мы её дёргаем — т. е. на сколько она отклоняется в максимуме колебаний) . И вот если мы будет изменять частоту или амплитуду, то это и будет модуляцией несущих колебаний — частотной или амплитудной. Соответственно приёмник колебаний может выделять такие изменения характеристик несущей и по ним восстанавливать информацию, которую на неё навесил передатчик.
И вся сложность теперь — суметь преобразовать звук или картинку в электрический сигнал, чтоб промодулировать колебания несущего сигнала. Но это уже совсем другая история.
Как технарь-гуманитарию: В это надо просто верить!
Как я верю в эмпириокритицизм Канта, ни разу не открыв его произведения. Верю и все.
Рассмотрим процесс образования электромагнитной волны на примере покоящегося электрона. Вокруг себя он создает электростатическое поле, которое влияет на другие заряды. На отрицательные заряды действует сила отталкивания, на положительные — сила притяжения, причем все эти силы направлены строго по радиусам от электрона. С расстоянием влияние электрона на другие заряды ослабевает, но никогда не падает до нуля, и поэтому во всем бесконечном пространстве вокруг себя электрон создает радиальное силовое поле.
Если электрон сдвинуться немного в сторону, то силовые линии будут расходиться из нового центра, куда переместился электрон. Но электрическое поле, окружающее электрон, мгновенно перестроиться не может. На достаточно большом расстоянии силовые линии еще долго будут указывать на первоначальное местоположение заряда. Так будет до тех пор, пока не подойдет волна перестройки электрического поля, которая распространяется со скоростью света.
Источник