12. Гіпотеза Дж.Максвелла

З принципів виникнення електромагнітних коливань випливає, що в котушці змінне маг­нітне поле породжує змінне електричне. Мож­на припустити, що змінне електричне поле в конденсаторі утворює змінне магнітне, що і зробив Максвелл.

У коливальному контурі в кожній ділянці кола протікає струм. Він протікає і в конден­саторі - це струм зміщення - змінне елект­ричне поле. Так як струм утворює магнітне

поле, то струм зміщення теж утворює магнітне поле. Максвелл прийшов до висновку, що в природі існує особлива форма матерії - електромагнітне поле, яке складається із нерозривно пов'язаних (зцеплених) між собою вихрових, змінних, взаємоперпендикулярних електричного і магнітного полів. Ця особлива форма матерії - електромагнітне поле - проявляє себе по-різному в різних системах відліку. Основні його властивості: поширюється в просторі із часом, переносить енергію.

В 1865 р. Максвелл створив теорію електромагнітного поля. Вона підтвер­джена через 10 років після його смерті ученим фізиком Герцом (у 1888 р.), який одержав електромагнітні хвилі.

• 13. Досліди Г.Герца

Закритий коливальний контур не випромінює електромагнітних хвиль, у ньому змінне магнітне поле знаходиться в котушці, а змінне електричне - між

обкладками кон­денсатора. Щоб коливальний кон­ тур випромінював електромагнітні хвилі, його потрібно відкрити - обкладки конденсатора розвести, а котуш­ку розтягнути. Шматок дроту - це і буде відкритий коливальний контур. Для того, щоб його зарядити, дріт розрізають там, де струм максимальний (по середині), і одержують вібратор Герца. В цьому коливальному контурі об'єднуються змінне магнітне поле дротин із їхнім електричним полем.

Якщо до цих двох шматків дроту прикласти високу напругу, то між ними проскочить іскра - це електромагнітні коливання, а в просторі буде поширюватись електромагнітна хвиля.

Приймав Герц електромагнітні хвилі на такий же вібратор, використав­ши явище резонансу. Коли проскакувала іскра в першому вібраторі, то про­скакувала вона і в другому, потужність іскри залежала від ряду факторів.

Нехай - зміна напруженості електричного поля в деякій

точці, то в іншій точці коливання запізняться на , тому

- називаються рівнянням плоскої електромагнітної хвилі.

14. Швидкість поширення, довжина і частота електромагнітної хвилі

Густина енергії змінного електричного поля в будь-який момент дорів­нює густині енергії змінного магнітного поля, що випливає із симетрії елек­тромагнітного поля.

Тобто швидкість поширення електромагнітних хвиль у будь-якому середовищі визначається за формулою Для вакууму

Цей результат довів експериментально Герц. Він визначив довжину хвиль, які випромінював вібратор, за допомогою стоячих хвиль, а за геометричними розмірами вібратора знайшов частоту хвиль і одержав

Досліди Герца підтвердили теорію Максвелла і довели матеріальність електромагнітного поля.

Довжина електромагнітної хвилі - це відстань між двома сусідніми максимумами напруженості вихрового електричного поля або індукції магнітного.

Поширення електромагнітних хвиль характеризується:

1. потоком випромінювання (потужністю випромінювання). Це фізична величина, яка дорівнює відношенню енергії, що випромінюється або погли­нається тілом за час і, до величини цього часу,

2. густиною потоку випромінювання (І) - це фізична величина, яка дорівнює відношенню енергії електромагнітної хвилі (А\¥), що проходить через площину Б за час Д£ до величини площі і часу,

Густину потоку випромінювання можна виразити через швидкість по­ширення електромагнітних хвиль - густина потоку випромінювання через густину енергії електромагнітної хвилі і швидкість її поширення.

Для сферичної хвилі - площа поверхні, через яку проходить

електромагнітна хвиля. - густина потоку випромінювання в

залежності від відстані до джерела;

3) густиною енергії, - густина енергії електромагнітної хвилі дорівнює сумі густини енергії змінного електричного поля і густини енергії змінного магнітного поля.

Так як густина потоку випромінювання пропорційна густині енергії елек­тромагнітної хвилі, яка в свою чергу пропорційна квадрату напруженості електричного поля, а напруженість пропорційна прискоренню руху заряду, яке пропорційне квадрату циклічної частоти, тому густина потоку випро­мінювання пропорційна циклічній частоті коливань заряду, взятій у чет­вертій степені.