1. Электромагнитное поле
2. Электромагнитная волна
3. Колебание и его свойства

Электромагнитное поле

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.

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.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Решение задач Контрольные работы Эссе

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.

Электромагнитная волна

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.

Колебание и его свойства

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.

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Нужна помощь

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 \(t\).

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:

\(s=Acos(ω_0 t+w).\)