2.8 Основные положения теории электромагнитного поля Максвелла:

•   Электромагнитное поле реально и существует независимо от того, имеются или нет проводники и магнитные полюса, обнаруживающие его. Максвелл определял это поле следующим образом:

«...электромагнитное поле - это та часть пространства, которая содержит в себе и окружает тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии».

•   Изменение электрического поля ведет к появлению магнитного поля и наоборот.

   Векторы напряженности электрического и магнитного полей перпендикулярны. Это положение объясняло, почему электро­магнитная волна исключительно поперечна.

•   Передача энергии происходит с конечной скоростью. Таким образом обосновывался принцип близкодействия.

 •   Скорость передачи электромагнитных колебаний равна ско­рости света (с). Из этого следовала принципиальная тождественность электромагнитных и оптических явлений. Оказалось, что различия между ними только в частоте колебаний электромагнитного поля.

Возникновение электромагнитной картины мира характеризует качественно новый этап эволюции науки.

Из уравнений Максвелла следует, что источниками электрического поля могут быть либо электрические заряды, либо изменяющиеся во времени магнитные поля, а магнитные поля могут возбуждаться или движущимися электрическими зарядами (электрическими токами), или переменными электрическими полями.

Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им  электрическим полем, а переменное электрическое поле - с порождаемым им магнитным,  т.е. электрическое и магнитное поля неразрывно взаимосвязаны и образуют единое электромагнитное поле.

Электромагнитные волны возникают при ускоренном движении электрических зарядов. Электромагнитные волны – это взаимосвязанное распространение в пространстве изменяющихся электрического и магнитного полей. Совокупность этих полей, неразрывно связанных друг с другом, называется электромагнитным полем.

Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме не зависит от длины волны и равна: С = 2,997925 • 108 м/с.

Электромагнитная волна, распространяясь в неограниченном пространстве со скоростью света, создает переменное электромагнитное поле, которое способно воздействовать на заряженные частицы и токи, в результате чего происходит превращение энергии поля в другие виды энергии.

В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн (и, соответственно, по частотам) на шесть основных диапазонов: радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, γ-излучение.

3. Колебания. Волны. Волновая оптика.

3.1. Механические колебания. Смещение, амплитуда, период, частота, фаза и циклическая частота колебаний. Гармонические колебания. Уравнение гармонических колебаний. Скорость и ускорение движения при гармонических колебаниях. Связь ускорения со смещением. Механическими колебаниями называют движения тел, повторяющиеся точно (или приблизительно) через одинаковые промежутки времени.

ЧАСТОТА КОЛЕБАНИЙ, число колебаний в 1 с.  измеряется в герцах (Гц).

ПЕРИОД колебаний, наименьший промежуток времени, через который совершающая колебания система возвращается в то же состояние, в котором она находилась в начальный момент, выбранный произвольно.

 АМПЛИТУДА наибольшее отклонение от равновесного значения величины, колеблющейся по определенному закону.

S(t)=A sin(ωt+φ₀) , где ω=2π/T=2πν=const – циклическая частота гармонических колебаний. φ – постоянная величина.

A = S_max=const>0 – максимальное значение колеблющейся величины S, называемое амплитудой колебаний.

Значение S в произвольный момент времени t определятся значением фазы колебаний Ф(t) = (ωt+φ₀). Величина φ₀ представляет собой начальную фазу колебаний.

Пусть материальная точка осуществляет прямолинейные гармонические колебания вдоль оси координат х вокруг положения равновесия, которое принято за начало координат. Тогда зависимость координаты х от времени t определяется уравнением:   (1)  Продифференцировав (1) получим, что скорость ν и ускорение а колеблющейся точки равны соответственно     (2) 

V=Aω₀ – амплитуда скорости. A=Aω² =Vω- амплитуда ускорения. Сила F=ma, которая действует на колеблющуюся материальную точку массой m, с учетом (1) и (2) будет равна    Значит, сила прямо пропорциональна смещению материальной точки из положения равновесия и направлена в противоположную сторону (т.е. к положению равновесия).