2.10 Енергія електромагнітних хвиль. Вектор Умова-Пойнтінга

_{Електромагнітна хвиля переносить енергію, яка складається із енергії електричного і магнітного полів. Густина енергії (див.Ч.1, (7.45), (9.48) з врахуванням (2.44) і (2.41)}

_.

_{Знайдемо густину потоку енергії, тобто енергію, яку переносить хвиля за одиницю часу через одиничну площадку, перпендикулярну до напрямку поширення хвилі - це потік потужності.}

_{З а час dt через площадку dσ ,буде перенесена енергія, яка зосереджена в циліндрі довжиною V∙dt і площею основи dσ (рис.2.13)}

_{. Одержуємо}

_.

_{Враховуючи напрямки векторів, останнє співвідношення запишеться у векторній формі . (2.45)}

_{Вектор називається вектором Умова-Пойнтінга., який означає потік потужності електромагнітної хвилі.}

Коливальний контур. Виникнення електромагнітних хвиль у коливальному контурі. Гармонічні електромагнітні коливання. Частота власних коливань контуру.

1. Найпростіший коливальний контур

Як ви вже знаєте, електричний струм може бути постійним або змінним. Найбільшого поширення у світі дістав змінний струм частотою 50—60 Гц, створюваний індукційними генераторами.

Однак для роботи багатьох пристроїв (комп’ютери, приймачі, телефони й ін.) необхідні змінні струми високих частот, вимірюваних кілогерцами (кГц) і мегагерцами (МГц). Для їх генерування застосовують спеціальні електричні кола — коливальні контури.

Будь-який коливальний контур складається з конденсатора й котушки індуктивності. Розглянемо його роботу на досліді.

Для цього зберемо коло за схемою (рис. а).

Спочатку конденсатор одержує енергію від джерела постійного струму. При цьому верхня пластина заряджається позитивно, а нижня негативно — на ній накопичується надлишок електронів. Перемкнімо конденсатор на котушку індуктивності (рис. б). Надлишок електронів з нижньої пластини конденсатора перекинеться через котушку до верхньої пластини, і в колі виникне наростаючий електричний струм. У результаті цього котушка стає електромагнітом і створює навколо себе магнітне поле.

Через явище самоіндукції після розряджання конденсатора струм не припиниться миттєво, а буде продовжувати текти ще якийсь час у тому самому напрямку, знову заряджаючи пластини конденсатора. Після цього весь процес повториться в протилежному напрямку, і коливальний контур повернеться у вихідний стан.

Описаний процес перезарядження конденсатора через котушку повторюється через рівні проміжки часу. При цьому періодично змінюються значення електричного заряду конденсатора, напруги на ньому й сили струму в контурі.

Періодичні зміни електричного заряду, сили струму й напруги в колі називають електромагнітними коливаннями.

За відсутності втрат енергії в контурі електромагнітні коливання будуть гармонічними, тобто значення електричного заряду, сили струму й напруги в колі змінюватимуться за законом синуса або косинуса.

Англійський фізик Томсон вивів формулу для періоду електромагнітних коливань у контурі: .

Використовуючи формулу Томсона, можна визначити власну частоту коливань коливального контуру: .