Электромагнитное поле. Электромагнитная волна

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ поле . Электромагнитные ВОЛНЫ 11 класс.

Девиз:

«Превратить магнетизм в электричество»!!!

1831 г.

Открыл явление электромагнитной индукции

~ магнитное поле ~ электрический ток

История открытия электромагнитных волн

• Майкл Фарадей (1791-1867) английский физик

• В замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного поля возникает индукционный ток, что свидетельствует о действии в контуре сторонних сил (или о возникно­вении ЭДС индукции).

• 1831г: Любое изменение магнитного поля в окружающем пространстве вызывает появление индукционного электрического поля ⟶

Вихревое электрическое поле

• Это поле, силовые линии которого нигде не начинаются и не заканчиваются, а представляют собой замкнутые линии, подобно линиям индукции магнитного поля.
• Чем быстрее меняется магнитное поле, тем больше напряженность 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.

Разберись в различиях

Электростатическое поле

Источник поля

Вихревое электрическое поле

Неподвижный заряд

Силовые линии

Переменное магнитное поле

Незамкнуты (начало на «+», окончание

Индикатор поля

Замкнуты

Работа поля по перемещению заряда по замкнутой траектории

на «-»)

Действие на электрические заряды

Действие на электрические заряды

Равна 0

Не равна 0

История открытия электромагнитных волн

• Джеймс Максвелл (1831-1879)

английский физик

• Закон ЭДС индукции в трактовке Максвелла:

«Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты»

История открытия электромагнитных волн

• Джеймс Максвелл (1831-1879)

английский физик

• Гипотеза Максвелла:

«Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле»

Нельзя создать переменное магнитное поле без того, чтобы одновременно в пространстве не возникло и электрическое поле. И наоборот, переменное электрическое поле не может существовать без магнитного.

Электрические и магнитные поля – проявление единого целого: электромагнитного поля.

1885 г.,

англ. ученый Д.К. Максвелл

создал теорию

электромагнитного поля.

9

Создал теорию электромагнитного поля (1865 г.)

• ~ магнитное поле

~ электрическое поле

• ~ электрическое поле

~ магнитное поле

• Vв = с = сonst = 3∙10 8 м/с

9

История открытия электромагнитных волн

• Однажды начавшийся в некоторой точке процесс изменения электромагнитного поля будет далее непрерывно захватывать все новые и новые области окружающего пространства. Распространяющееся переменное электромагнитное поле и есть электромагнитная волна

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

Электромагнитная волна - это процесс распространения переменного электромагнитного поля в пространстве с течением времени.

Электромагнитная волна –возмущение переменного электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве

Излучение электромагнитных волн возникает при ускоренном движении электрических зарядов/ Электромагнитная волна поперечная. Е,В,с взаимно перпендикулярны.

Характеристики волны

Длина волны

Частота или период колебаний

Амплитуда

Характеристики электромагнитных волн

λ - длина волны

[ λ ]=м

ν - частота

[ ν ] = 1/с = Гц

с - скорость

[ с ]=м/с

T - период

[ T ]=с

в вакууме

Разновидность волн

Волны

Механические

Электромагнитные

В любой среде и в вакууме

В твердой среде

В жидкой среде

В газообразной среде

Экспериментально обнаружил существование электромагнитных волн (1888 г.)

• Изучил свойства электромагнитных волн
• Определил скорость электромагнитной волны
• Доказал, что свет – частный случай электромагнитной волны

17

Экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волн

• Закрытый колебательный контур

Экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волн

• Генрих Герц (1857— 1894) немецкий физик

• Значит, чтобы легче зафиксировать волну, необходимо, чтобы она была высокой частоты, следовательно нужно уменьшить емкость и индуктивность, а значит уменьшить количество витков в катушке и увеличить расстояние меду пластинами конденсатора .

• Энергия электромагнитной волны прямо пропорциональна четвертой степени частоты : W эм ~ν 4 .

Экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волн

• Генрих Герц (1857— 1894) немецкий физик

• Вибратор- излучатель электромагнитных волн

Открытый колебательный контур

К открытому контуру можно перейти от закрытого, если постепенно раздвигать пластины конденсатора, уменьшая их площадь и одновременно уменьшая число витков в катушке. В конце получится просто прямой провод.

В открытом контуре заряды не сосредоточены на концах , а распределены по всему проводнику.

Экспериментальное подтверждение существования электромагнитных волн

• Генрих Герц (1857— 1894) немецкий физик

• В определенный момент напряжение между шарами было больше напряжения пробоя и в искровом промежутке вибратора возникала электрическая искра , происходило излучение электромагнитных волн.
• Если частоты вибратора и приемника совпадали, происходил резонанс и в приемнике также появлялась искра

• Вибратор

• Приемник

Электромагнитная волна

Электромагнитная волна – непрерывная система переменных и магнитных полей распространяющихся в вакууме со скоростью света.

Свойства эл. волн

1. колебания Е и В в любой точке совпадают по фазе.

2. расстояние между двумя ближайшими точками в которых колебания происходят в одинаковой фазе называется длинной волны.

3. наличие ускорения – главное условие излучения эл. волны.

Графическое и математическое представление электромагнитной волны

• Уравнение электромагнитной волны имеет вид:

• Электромагнитные волны распространяются в пространстве с конечной скоростью ,

• где =8,85419*10-12Ф/м –электрическая постоянная
• =1,25664*10-6Гн/м –магнитная постоянная

Графическое и математическое представление электромагнитной волны

Рассчитаем скорость распространения электромагнитной волны в вакууме:

Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме составляет с==3*м/с

Графическое и математическое представление электромагнитной волны

Длина волны

λ=Т,

Циклическая частота

Период

Энергия электромагнитной волны W эм ~ 𝛚 4

Осуществил радиотелеграфную связь в Санкт-Петербурге (1895 г.)

Связь на расстояние

250 м

600 м

20 км

150 км (1901 г.)

Г. Маркони осуществил радиосвязь через Атлантический океан (1901 г.)

Схема радиоприемника

Радиоприемник А.С.Попова хранится в Центральном музее связи в Ленинграде

Устройство радиоприёмника

Основным элементом радиоприёмника Попова служил когерер – трубка с электродами и металлическими опилками.

Изобрёл Эдуард Бранли в 1891г.

7 мая – день РАДИО

7 мая 1895 года

на заседании Русского физико-химического

общества в Петербурге Попов продемонстрировал

действие своего

прибора, явившегося

первым в мире радиоприемником

Радиоволны

Получаются с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.

Принципы радиосвязи.

Радиотелефонная связь – передача речи или музыки с помощью электромагнитных волн.

В приемнике из модулированных колебаний высокой частоты выделяются низкочастотные колебания – детектирование

Радиолокация

Обнаружение и определение местоположения различных

объектов с помощью радиоволн.

Радиолокация-это обнаружение и точное определение местонахождения объектов с помощью радиоволн.

Передатчик излучает волны кратковременными импульсами. Длительность каждого импульса составляет миллионные доли секунды, а промежуток между импульсами примерно в 1000 раз больше. Определение расcтояния R производится путем изменения общего времени t прохождения радиоволн до цели и обратно.

Радиолокаторы

Свойства электромагнитных волн.

1.Поглощение электромагнитных волн. Помещая различные диэлектрики, замечаем уменьшение громкости следовательно диэлектрики частично поглощают электромагнитные волны.

2.Отражение электромагнитных волн.

Если диэлектрик заменить металлической пластиной, то звук перестанет быть слышимым. Волны не достигают приемника вследствие отражения.

3.Преломление электромагнитных волн.

Электромагнитные волны изменяют свое направление на границе диэлектрика. Это можно обнаружить с помощью большой треугольной призмы из парафина .

4.Электромагнитные волны поперечные

5.Интерференция т.е сложение волн

6.Дифракция т.е огибание препятствий волнами

Свойства электромагнитных волн

• Отражение: волны хорошо отражаются от металлического листа, причем угол падения равен углу отражения
• Поглощение: э-м волны частично поглощаются при переходе через диэлектрик
• Преломление: э-м волны меняют свое направление при переходе из воздуха в диэлектрик
• Интерференция -сложение волн от когерентных источников (подробнее изучим в оптике)
• Дифракция – отгибание волнами препятствий

1. Что такое электромагнитная волна?

2. Кто создал теорию электромагнитной волны?

3. Кто изучил свойства электромагнитных волн?

Обратно пропорционально

• Как зависит длина волны от частоты колебания ?

• Что произойдет с длиной волны, если период колебания частиц увеличится в 2 раза?

Увеличится в 2 раза

• Как изменится частота колебания излучения при переходе волны в более плотную среду?

Не изменится

• Что является причиной излучения электромагнитной волны?

• Где используются электромагнитные волны?

Заряженные ч-цы, движущиеся с ускорением

Решите задачу

Краснодарский телецентр передает две несущие волны: несущая волна изображения с частотой излучения 93,2 Гц и несущая волна звука 94,2 Гц. Определить длины волн, соответствующие данным частотам излучения.

Лучи - линии, перпендикулярные поверхностям (волновые), во всех точках которых колебания происходят в одинаковых фазах.

Плотность потока электромагнитного излучения I- отношение электромагнитной энергии ΔW, проходящей за время Δt через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади на время.

Мощность

Плотность потока электромагнитного излучения

Мощность электромагнитного излучения, проходящая через единицу площади

Интенсивность волны

Плотность энергии

Зависимость плотности потока излучения

от расстояния до источника

Точечный источник- источник, размеры которого много меньше расстояния, на котором оценивают его действие.

R

Плотность потока излучения от точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника.

Зависимость плотности потока излучения

от частоты

~

~

~

~

~

~

~

~

~

Плотность потока излучения пропорциональна четвертой степени частоты

Шкала электромагнитных волн

Радиоволны

Низкочастотные излучения

СВЧ излучения

Инфракрасное излучение

Видимый свет

Ультрафиолетовое излучение

Рентгеновское излучение

Гамма - излучение

Подготовить сообщения о применении волн разной частоты и их особенностях (продолжительность сообщения 5 мин.)

• Волны звуковой частоты
• Радиоволны
• СВЧ излучение
• Инфракрасное излучение
• Видимый свет
• Ультрафиолетовое излучение
• Рентгеновское излучение
• Гамма излучение