6.5.7. Излучение электромагнитных волн

Впервые электромагнитные волны получены Герцем в 1888 г. Он использовал вибратор, состоящий из двух стержней, разделенных искровым промежутком. Под действием высокого напряжения в искровом промежутке вибратора проскакивала искра и возникали колебания.

За время существования искры происходило большое число колебаний, порождающих цуг (группу) электромагнитных волн с длиной волны от 0,1 м до 10 м. Он же обнаружил отражение, преломление и взаимную перпендикулярность иэлектромагнитных волн.

Опыты Герца были продолжены Лебедевым, Поповым, Марккони и др.

Простейшим излучателем электромагнитных волн является электрический диполь, у которого электрический дипольный момент изменяется по закону

, (6.27)

где р₀ = q; плечо диполя; q  абсолютная величина заряда диполя.

Если размеры диполя малы по сравнению с длиной волны (<<), то такой диполь называют элементарным.

Картина возникшего электромагнитного поля вблизи диполя довольно сложна, но на расстоянии r >>  (волновая зона диполя) она значительно упрощается.

Если волна распространяется в однородной изотропной среде, то волновой фронт в волновой зоне является сферическим.

Векторы ив каждой точке пространства взаимно перпендикулярны и перпендикулярны лучу, т. е. радиус-вектору, проведенному в данную точку из центра диполя.

Амплитуды ₀ и ₀ зависят от расстояния r до излучателя и от угла   между осью диполя и направлением радиус-вектора, т. е. в вакууме

Е₀  Н₀ .

Среднее значение плотности потока электромагнитной энергии (вектор Пойнтинга) пропорционально произведению Е₀Н₀.

Следовательно, интенсивность электромагнитной волны

J  < П > .

Максимальное излучение диполя происходит в направлении, перпендикулярном оси диполя ( = 90⁰), рис. 6.8, где показана диаграмма направленности излучения диполя.

Рис. 6.8

Вторая производная электрического дипольного момента,

,

где а  ускорение движения заряда.

Тогда средняя мощность

< N >  q²а².

Последнее выражение определяет мощность излучения не только при колебаниях заряда, но и при произвольном его ускоренном движении, т. к. любой заряд при ускоренном движении излучает электромагнитные волны.

Заряд, совершающий гармонические колебания, излучает монохроматическую волну с частотой, равной частоте колебания заряда.

Электрон же, движущийся с постоянной скоростью, не излучает электромагнитные волны.

Это справедливо лишь в случае, если скорость электрона не превосходит скорости света в веществе, в которой движется электрон.

Поэтому при v > v_св в веществе наблюдается излучение ВавиловаЧеренкова.

6.5.8. Стоячие электромагнитные волны

Пусть распространяются две плоские одинаковые монохроматические электромагнитные волны навстречу друг другу вдоль оси У.

Векторы напряженности этих волн лежат в одной плоскости и совершают колебания по гармоническому закону:

E₁ = E₀ sin (t – kу), (6.28)

E₂ = E₀ sin (t + kу). (6.29)

После сложения результирующий вектор напряженности электрического поля по модулю электромагнитной волны принимает вид:

E_рез = 2E₀ сos kуsin t, (6.30)

Результирующий вектор индукции магнитного поля по модулю электромагнитной волны принимает вид:

Рис. 6.9

В_рез = –2E₀/c sin kуcos t. (6.31)

Из анализа полученных уравнений следует: