- Электромагнитное поле
- Электромагнитная волна
- Колебание и его свойства
Первым явление электромагнитного поля описал ученый Фарадей. Его определение было основано на таких основных суждениях:
- электростатическое поле окружает заряд;
- магнитное поле окружает перемещающийся заряд;
- переменным магнитным полем порождается вихревое электрическое поле.
Максвелл предположил, что переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле. На данной гипотезе основана идея существования единого магнитного поля.
Определение 1
Электромагнитное поле, как фундаментальное физическое понятие, являет собой особое состояние материи, комплекс магнитного и электрического полей, что воздействуют на электрические заряды частиц и тел.
Электромагнитное поле проявляется как при влиянии на движущиеся заряды, так и на недвижимые. Электромагнитное поле распространяется с большой, но конечной, скоростью.
Действие электромагнитного поля наиболее точно в своих уравнениях описал Максвелл. Рассмотрим их:
\(÷\overrightarrow{E} = {ρ \over ε_0} ; \)
\(rot\overrightarrow{E} = - {∂vecB \over ∂t} ;\)
\(÷\overrightarrow{B} = 0; \)
\(rot\overrightarrow{E} = ({j \over ε_0 c^2})+({1 \over c^2 })({∂B \over ∂t}) ,\)
где \(÷\) – дифференциальный оператор, указывающий на поток поля через какую-то поверхность;
\(\overrightarrow{E} \) – вектор электрического поля;
\(ρ\) – суммарный заряд ограниченной замкнутой поверхности;
\(rot\overrightarrow{E}\) – ротор (интеграл через замкнутую поверхность) электрического поля;
\(\overrightarrow{В} \)– вектор магнитной индукции;
\(j\) – плотность электрического тока.
![banner]()
Сложно разобраться самому?
Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям
Данные уравнения в физическом смысле говорят о следующем:
- электрическое поле создает электрический заряд;
- вихревое электрическое поле формируется под действием меняющегося магнитного поля;
- поток магнитного поля через замкнутую поверхность приравнивается нулю, то есть при этом нет магнитных зарядов;
- смещение электрического поля в совокупности с электрическим током формируют вихревое магнитное поле.
Состояние электромагнитного поля меняется волнообразно. Такие изменения называют возмущением поля. Когда заряд ускоренно движется в поле, он излучает электромагнитную волну, перемещающуюся в пространстве с какой-то конечной скоростью. К примеру, скорость распространения электромагнитной волны в вакууме приравнивается к скорости света, около 300 километров за секунду.
Волны исходят от источника возмущения. Что касается электромагнитных волн, то источниками их возмущения являются перемещающиеся электрические и магнитные поля.
Основным естественным источником распространения электромагнитных волн на Земле является Солнце. Человеческий глаз воспринимает их определенный диапазон, а именно цвет. Еще одним примером являются радиоволны, частота которых около 6∙1012 Гц, а длина более 500 мкм.
Длину электромагнитной волны рассчитывают так:
\(λ= {300\over f},\)
где \(λ\) – длина волны;
\(f\) – частота волны.
Простыми словами, колебанием является определенное движение, повторяющееся с определенным периодом времени. Различают механические и электромагнитные колебания. Их природа разнообразна, но при этом подход к их изучению похож, так как они обладают схожими характеристиками.
В основном электромагнитные колебания являются свободными или собственными. Собственные колебания осуществляются системой самостоятельно, но после воздействия на нее определенного толчка (придания им энергии извне).
Гармонические колебания заслуживают особого внимания в данной теме. Их отличительной чертой является действие по закону синуса (косинуса). Гармонические колебания окружают нас повсюду, некоторые из них есть проявлением наложения гармонических колебаний.
![banner]()
Не нашли то, что искали?
Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям
Рассмотрим уравнение, которое описывает гармонические колебания величины \(s\):
\(x = Acos(ω_0 t+w),\)
где \(ω_0\) – циклическая частота;
\(A\) – амплитуда колебаний (максимальное значение искомой величины).
В данном уравнении аргумент косинуса \((ω_0 t+w),\), который меняется с определенным периодом, называется фазой колебания. Она обозначает отклонение величины \(s\) от точки равновесия в момент времени \(t\).
Определение 2
Значение \(w\) является начальной фазой. Начальная фаза указывает на отклонение величины от равновесия в момент начала колебания. То есть, величина \(w\) зависит от выбранной точки начала отсчета времени.
Поскольку значение косинуса колеблется в пределах от -1 до 1, значение величины s может меняться от –A до A.
Система колебаний через определенный промежуток времени возвращается в начальное положение. Данный временной промежуток именуют периодом колебания. С протеканием одного такого периода колебательная система приобретает приращение размером \(2π\):
\(ω_0 (t+T)=(ω_0 t+w)+2π.\)
Преобразовав данное уравнение, получим:
\(T= {2π\over ω_0}.\)
Еще одно понятие, применяющееся для описания колебательного процесса, – это частота колебаний. Данная величина обратна величине периода колебаний:
\(ν= {1 \over T}.\)
Частота обозначает число полных колебаний за единицу времени. Единицей измерения частоты колебаний в системе СИ есть герц (Гц). 1Гц равен частоте колебания, при которой осуществляется один полный цикл колебания за 1 секунду.
Для описания процесса гармонических колебаний существует дифференциальное уравнение следующего вида:
\( {d^2 s \over dt^2}+(ω_0)^2 s=0.\)
Решив данное уравнение, получим вышеуказанное уравнение для величины s:
\(s=Acos(ω_0 t+w).\)
Мы ВКонтакте 
Трейлер о сайте 
