Электромагнитное поле. Электромагнитные волны Основные положения электромагнитной теории Максвелла.

В колебательном контуре электрическая энергия конденсатора переходит в энергию магнитного поля катушки. Максвелл обобщил это явление электромагнитной индукции и развил теорию электромагнитного поля. Мы рассмотрим основные положения её.

1)

И зменение напряженности магнитного поля в какой-либо точке пространства вызывает появление в смежных точках вихревого электрического поля, силовые линии которого охватывают линии магнитного поля и расположены в перпендикулярных линиям плоскостях:

градиент напряженности характеризует конфигурацию поля в пространстве

Чтобы определить направление линий напряженности электрического поля, вводят характеристику электрического поля . Он расположен в центре поля, перпендикулярно плоскости его силовых линий. Применяя правило буравчика, определяют направление линий .

.

Знак “-” означает, что он направлен в сторону, обратную причине его вызвавшей (если скорость изменения напряженности возрас-тает, то против линий , если скорость убывает - сонаправлен с линиями ).

2) Изменение напряженности электрического поля в какой-либо точке пространства вызывает появление в смежных точках вихре-вого магнитного поля, силовые линии которого охватывают линии

электрического поля и расположены в перпендикулярных линиям плоскос-тях:

.

Вихревое магнитное поле характеризуется вектором

.

Если , то направлен вдоль линий , если , направлен против линий .

Если в электрическом колебательном контуре магнитное поле образовывалось электрическим током, то в пространстве магнитное поле образуется за счет изменения электрического поля и наоборот электрическое поле – за счет изменения магнитного поля.

Уравнение электромагнитной волны.

Система уравнений

описывает электромагнитное поле и называется уравнениями максвелла для электромагнитной волны.

Решением этой системы уравнений является система уравнений:

уравнение электромагнитной волны.

мгновенные значения напряженностей,

амплитудные значения,

круговая частота колебаний,

расстояние от источника волны до точки, в которой исследуется электромагнитная волна,

скорость распространения волны вдоль направления .

Энергия электромагнитной волны

Полная энергия волны складывается из суммы электрической и магнитной энергий:

.

Удобнее представлять энергию через объёмную плотность энергии волны:

Согласно закону сохранения энергии , т.к. векторы и колеблются в одной фазе. Поэтому можно записать

.

Плотность потока энергии электромагнитной волны определяется как

.

Здесь ; скорость света в вакууме, поэтому

.

Подставив значения векторов и , получим

,

а так выражается векторное произведение двух векторов, следовательно, является вектором:

вектор Умова-Пойнтинга, направлен в сторону распространения волны

Шкала электромагнитных волн.

Длина электромагнитной волны связана с периодом (и частотой ) формулой

.

Из теории Максвелла следует, что различные электромагнитные волны имеют одинаковую природу и могут быть представлены в виде единой шкалы электромагнитных волн. Волны разных диапазонов возбуждаются различными физическими процессами, но имеют одинаковые свойства:

1. низкие частоты – возбуждаются электрическими токами:

2. радиоволны – создаются в колебательных контурах;

3. ИК – волны, возбуждаются процессами, происходящими при вращательном, колебательном движении молекул и атомов;

4. видимое излучение – возбуждаются возбуждением электронов в атомах;

5. УФ – излучение ;

6. Рентгеновское излучение;

7. - излучение.

Деление это не всегда строгое, т.к. некоторые диапазоны перекрываются, хотя источники их различны.

В медицине несколько иная шкала электромагнитных волн:

1) низкие частоты (НЧ	до 20 Гц
2) звуковые частоты (ЗЧ)	от 20 кГц до 20 кГц
3) ультразвуковые частоты (УЗЧ)	от 20 кГц до 200 кГц
4) высокие (ВЧ)	от 200 кГц до 30 МГц
5) ультравысокие частоты (УВЧ)	от 30 МГц до 300 МГц
6) сверхвысокие частоты (СВЧ)	свыше 300 МГц