Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Электромагнитное поле и волны. Свойство электромагнитных волн.

Механические волновые явления имеют огромное зна­чение для повседневной жизни. К этим явлениям относится распространение звуковых колебаний, обусловленное упру­гостью окружающего нас воздуха. Благодаря упругим вол­нам мы можем слышать на расстоянии. Круги, разбегаю­щиеся на поверхности воды от брошенного камня, мелкая рябь на поверхности озера и огромные океанские волны — это тоже механические волны, хотя и иного типа. Здесь связь смежных участков поверхности воды обусловлена не силой упругости, а силой тяжести или же силами поверхностного натяжения. В воздухе могут распространяться не только звуковые волны, но и разрушительные взрывные волны от разрывов снарядов и бомб. Сейсмические станции записы­вают колебания почвы, вызванные землетрясениями, про­исходящими за тысячи километров. Это возможно только потому, что от места землетрясения распространяются сейсмические волны — колебания в земной коре.

Огромную роль играют и волновые явления совершенно иной природы, а именно электромагнитные волны. Эти волны представляют собой передачу из одних мест пространства в другие колебаний электриче­ского и магнитного полей, создаваемых электрическими зарядами и токами. Связь между соседни­ми участками электромагнитного поля обусловлена тем, что всякое изменение электрического поля вызывает появ­ление магнитного поля, и обратно, всякое изменение маг­нитного поля создает электрическое поле. Твердая, жидкая или газообразная среда может сильно влиять на распространение электромагнитных волн, но наличие та­кой среды для этих волн не необходимо. Электромагнитные волны могут распространяться всюду, где может существо­вать электромагнитное поле, а значит, и в вакууме, т. е. в пространстве, не содержащем атомов.

К явлениям, обусловленным электромагнитными вол­нами, относится, например, свет. Подобно тому, как опре­деленный диапазон частот механических колебаний вос­принимается нашим ухом и дает нам ощущение звука, так определенный (очень узкий) диапазон частот электромагнитных колебаний воспринимается нашим глазом и дает нам ощущение света.

Наблюдая распространение света, можно непосредствен­но убедиться, что электромагнитные волны могут распро­страняться в вакууме. Поставив под стеклянный колокол воздушного насоса электрический или заводной звонок и откачивая воздух, мы обнаруживаем, что звук по мере от­качки постепенно замирает и, наконец, прекращается. Видимая же глазом картина всего, что находится под коло­колом и позади него, не испытывает никаких изменений. Трудно переоценить это свойство электромагнитных волн. Механические волны не выходят за пределы земной атмо­сферы; волны же электромагнитные открывают нам широ­чайшие просторы Вселенной. Световые волны позволяют нам видеть Солнце, звезды и другие небесные тела, отделен­ные от нас огромными «пустыми» пространствами; с по­мощью электромагнитных волн весьма разнообразной дли­ны, которые доходят до нас от этих отдаленных тел, мы можем делать важнейшие заключения об устройстве Все­ленной.

В 1895 г. русский физик и изобретатель Александр Степанович Попов (1859—1906) открыл новое необозри­мое поле применения электромагнитных волн. Он изобрел аппаратуру, позволяющую использовать эти волны для передачи сигналов — телеграфирования без проводов. Так родилась беспроволочная связь, или радио, благодаря которой получил исключительное практическое и науч­ное значение обширный диапазон электромагнитных волн, значительно более длинных, чем световые.

Нынешнее развитие этого величайшего изобретения та­ково, что можно с полным основанием говорить о радио как об одном из чудес современной техники. В наши дни радио дает возможность не только осуществлять беспрово­лочную телеграфную и телефонную связь между любыми пунктами на земном шаре, но и передавать изображения (телевидение и фототелеграфия), управлять на расстоянии машинами и снарядами (телеуправление), обнаруживать и даже видеть удаленные объекты, которые сами по себе не излучают радиоволн (радиолокация), водить по заданному курсу корабли и самолеты (радионавигация), наблюдать радиоизлучение небесных тел (радиоастрономия) и т. д.

Даже простое (и далеко не полное) перечисление при­менений электромагнитных волн немало говорит об исключительном значении этих волн.

Несмотря на различную природу механических и элект­ромагнитных волн, существует много общих закономерно­стей, свойственных любым волновым явлениям. Одна из основных закономерностей такого рода состоит в том, что всякая волна распространяется из одной точки в другую не мгновенно, а с определенной скоростью.

Электромагнитные волны. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме составляет 300 000 км/с. Электромагнитные волны возникают вследствие связи между изменениями элект­рического и магнитного полей. Всякое изменение напряженности электрического поля в какой-нибудь точке пространства вызывает в смежных точках появление переменного магнитного поля, изменение которого в свою очередь порождает меняющееся электрическое поле. Именно поэтому происходит передача колебаний электри­ческого и магнитного полей из одной точки пространства в соседние, т. е. происходит распространение электромаг­нитной волны.

Мы знаем, что электрическое поле создается электриче­ски заряженными телами, а магнитное поле окружает проводники, по которым течет электрический ток (т. е. происходит перемещение электрических зарядов). Если электрические заряды неподвижны, то и создаваемое ими электрическое поле остается все время одним и тем же, не меняется. Если заряды движутся (например, в металли­ческой проволоке) равномерно, то мы имеем постоянный ток, создающий постоянное же, не изменяющееся магнит­ное поле. Таким образом, в обоих случаях электрическое и магнитное поля неизменны, а значит, и электромагнитная волна возникнуть не может.

Но при неравномерном движении электри­ческих зарядов, в частности при всяком их колеба­нии, а значит, и при всяком переменном токе электрическое и магнитное поля будут меняться с течением времени; эти изменения передаются от точки к точке и, следо­вательно, распространяются во все стороны, образуя элек­тромагнитную волну.

Казалось бы, что получить электромагнитную волну весьма просто. Можно, например, заставить заряженное тело совершать колебательное движение или пропустить городской переменный ток через проволочную катушку. Так как в первом случае будет меняться электрическое поле, а во втором — магнитное, то, согласно сказанному, должна будет возникнуть электромагнитная волна. Однако практически при такой постановке опыта мы не получим доступных наблюдению волновых явлений.

В чем же причина этого неуспеха?

Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо более внимательно рассмотреть, как возникают электромаг­нитные волны, и выяснить, при каких условиях они хорошо излучаются.