Print this chapterPrint this chapter

ФІЗИКА. Вчимося розв'язувати задачі. "КОЛИВАННЯ ТА ХВИЛІ". Компенсаційний курс

Розділ 15. Хвилі

Теоретичні відомості. Електромагнітні хвилі

Іншим розповсюдженим типом хвиль є електромагнітні хвилі. Їх виникнення обумовлене здатністю електричних і магнітних полів до взаємних перетворень. Властивості цих полів визначають характерні властивості електромагнітних хвиль: поперечність, гранично велику швидкість поширення і здатність переносити енергію на дуже великі відстані.

Перенесення енергії характеризується інтенсивністю хвилі.

 

Змінне магнітне поле породжує вихрове електричне поле, а змінне електричне поле, у свою чергу, породжує магнітне поле. Як наслідок, змінне електромагнітне поле здатне "самовідтворюватися", тобто існувати незалежно від тих зарядів, що його створили. При цьому коливання електричних і магнітних полів у відкритому просторі відбуваються не в тому самому місці, як, наприклад, у коливальному контурі, а поширюються з кінцевою швидкістю, утворючи хвилю.

Зауваження. Вихровим поле називають тому, що його силові лінії замкнуті. Вихрове електричне поле може виконувати роботу при переміщенні заряду уздовж замкнутої траєкторії і створювати електричний струм у замкнутому провідному контурі.

Електромагнітна хвиля – це поширення в просторі коливань електромагнітного поля.

 

 

Коливання напруженості електричного \(\vec{E}\) і індукції магнітного \(\vec{B}\) полів відбуваються в напрямках, перпендикулярних напрямку поширення хвилі, тобто

електромагнітні хвилі є поперечними.

Крім того, коливання полів відбуваються в однаковій фазі і у взаємно перпендикулярних напрямках так, що вектори \(\vec{E}\) і \(\vec{B}\) утворюють з вектором швидкості хвилі \(\vec{v}\) праву трійку, як показано на рис.15.4.

З рис. 15.4 видно, напрямки векторів у послідовності \(\vec{E}\), \(\vec{B}\), \(\vec{v}\), або \(\vec{B}\), \(\vec{v}\), \(\vec{E}\), або \(\vec{v}\), \(\vec{B}\), \(\vec{E}\), пов'язані правилом правого гвинта.

 

Швидкість поширення електромагнітних хвиль у вакуумі є універсальною фізичною сталою, яка майже точно дорівнює

\(c=3\cdot{10^{8}}\) м/с.

(Точне значення \(c=(299792458\pm{1,2})\) м/с)

Швидкість поширення електромагнітних хвиль у речовині залежить від діелектричної \(\varepsilon\) і магнітної \(\mu\) проникностей речовини:

 

\(v=\frac{c}{\sqrt{\varepsilon\mu}}\).

(15.10)

Практично всі речовини, в яких можуть поширюватися електромагнітні хвилі, є слабо магнітними (у них \(|\mu-1|\lt{0,0001}\)). Для них можна вважати \(\mu=1\) і

 

\(v=\frac{c}{\sqrt{\varepsilon}}\).

(15.10а)

Швидкість електромагнітних хвиль співпадає зі швидкістю поширення світла, що свідчить про електромагнітну природу світла. Тому електродинаміка є теоретичною базою хвильової оптики.

 

Електромагнітна хвиля переносить енергію, що випромінюється джерелом, в різні точки простору. Основною енергетичною характеристикою хвилі є інтенсивність.

Інтенсивність I чисельно дорівнює енергії, що переноситься хвилею за одиницю часу крізь одиничну площину, перпендикулярну до напрямку поширення хвилі:

 

\(I=\frac{\Delta{W}}{\Delta{t}\Delta{S}_{\bot}}\).

(15.11)

де \(\Delta{W}\) – енергія, що переноситься протягом часу \(\Delta{t}\) через площину \(\Delta{S}_{\bot}\).

Одиниця інтенсивності – 1 Вт/м2.