Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Л-4.2 (2) Електромагнітні хвилі.docx
Скачиваний:
3
Добавлен:
08.04.2020
Размер:
2.58 Mб
Скачать

ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ

Електромагнітною хвилею називають процес поширення електромагнітних коливань у просторі

В 60-х роках ХІХ століття видатний англійський фізик Джеймс Кларк Максвелл (1831-1879 рр.) узагальнив основні експериментальні закони по електромагнетизму і розробив теорію електромагнітного поля, яке створюється довільною системою зарядів і струмів. Основу теорії становлять 4-ри рівняння Максвела наведені нижче в інтегральній і диференціальній формі.

Основні передумови. Струм зміщення

Причиною виник­нення магнітного поля є рух електричних зарядів, тобто, - електричний струм у провіднику, - назвемо його «струмом провідності». А що ж відбувається у випадку, коли частина провідника відсутня, зокрема при наявності конденсатора (наявність конденсатора оз­начає по суті розрив електричного кола)? Як пояснити наявність змінного струму в такому колі?

Фізичне пояснення цього явища дав Д.К.Максвелл. Це пояснення базується на по­нятті струмів зміщення, які є свого роду продовженням звичайних струмів провідності. Максвелл припустив, що магнітне поле може збуджуватись не тільки електричним струмом, а й змінним електричним полем.

Знайдем вираз для сили струму зміщення. Для цього розглянемо проходження змінного струму по колу, в яке увімкнений конденсатор (див. рисунок). Конденсатор не пе­решкоджає протіканню змінного струму і можна вважати, що звичайний струм провідност   замикається в конден­саторі струмом зміщення  

Заряд на обкладках плоского конденсатора

Тоді сила струму зміщення в конденсаторі

а густина струму зміщення :

,

або, враховуючи зв'язок між векторами напруженості   й індукції електричного поля

Отжегустина струму зміщення дорівнює швидкості зміни з часом індукції електричного поля.

Врахуємо, що у діелектрику вектор індукції елек­тричного поля пов'язаний з векторами напруженості    і поляризації  співвідношенням*

.

Тоді густина струму зміщення у діелектрику складається з двох доданків:

.

Другий доданок характеризує зміщення електричних зарядів у діелектрику, тоді як перший доданок має місце і у вакуумі.

Найголовніша властивість струму зміщення полягає в тому, що він, як і струм провідності, створює вихрове маг­нітне поле.

Струм зміщення виникає завжди, коли змінюється з часом електричне поле. Він може бути і в провідниках, і в діелектриках, і в вакуумі. Густина повного струму дорівнює сумі густин струмів провідності і зміщення:

* http://physics-lectures.ru/elektrostatika/14-1-polyarizaciya-dielektrikov/

Вихрове електричне поле

Джерелами електричного поля можуть бути або електричні заряди, або змінні в часі магнітні поля. У першому випадку поле електричних зарядів описується законом Кулона. Це поле є потенціальним, й інтеграл по довільному замкненому контуру L дорівнює нулеві . Силові лінії електричних полів є незамкненими: вони виходять з позитивних зарядів і входять у негативні або простягаються в нескінченність. З цієї причини електростатичне поле не може забезпечити неперервний рух електричних зарядів уздовж замкнених провідників, тобто створити електричний струм.

Щоб виник й існував тривалий час електричний струм у замкненому електричному колі, потрібна наявність сторонніх сил. Тоді , електричне поле напруженістю Е, яке при цьому виникає в провіднику і зумовлює постійне напрямлене переміщення електричних зарядів уздовж замкненого електричного кола, докорінно відрізняється від електростатичного поля. Лінії напруженості Е цього поля є замкненими вздовж провідного контуру, тому циркуляція вектора Е не дорівнює нулеві. Такі поля називають вихровими.

Вихрові електричні поля зумовлюють неперервний рух елек­тричних зарядів уздовж замкнених провідників, вміщених у це поле, тобто можуть спричиняти виникнення індукційних струмів, що вперше і спостерігалося в дослідах Фарадея.

За уявленнями Дж. Максвела, всяке змінне в часі магнітне поле збуджує в оточуючому просторі вихрове електричне поле. Існує істотна відмінність тлумачення електромагнітної індукції М. Фара­деєм і Дж. Максвелом. Якщо М. Фарадей уявляв електромагнітну індукцію як збудження електричного струму в замкненому провідни­ку під дією змінного магнітного поля, то, на думку Дж. Максвела, суть явища електромагнітної індукції зводиться до виникнення вих­рового електричного поля скрізь, де є змінне магнітне поле, і, отже, для прояву явища електромагнітної індукції наявність провідників є не обов'язковою. Виникнення індукційного струму в замкненому провідному контурі — це лише один із проявів виникнення вихрово­го електричного поля під дією змінного в часі магнітного поля.

З теорії Максвелла випливає, що вихрові електричне та магнітне поля, підтримуючи одне одне, здатні розповсюджуватись у просторі з швидкістю світла у вакуумі – 300 000 км/с (див. рисунок).