- •Основы кинематики.
- •1.2. Основы динамики.
- •1.3. Законы сохранения в механике.
- •1.4. Механика твердого тела.
- •1.5. Релятивистская динамика.
- •2. Замедление времени. ,
- •1.6. Механические колебания
- •Свободные гармонические незатухающие колебания.
- •2. Свободные затухающие колебания
- •3. Вынужденные колебания. Резонанс.
- •Механические волны.
- •1.8. Основы молекулярно-кинетической теории вещества
- •1.9. Функции распределения максвелла и больцмана.
- •1.10. Основы термодинамики
- •2.1. Электрическое поле в вакууме
- •2.2. Электрическое поле в веществе.
- •Электрический ток.
- •2.4. Магнитное поле в вакууме.
- •Магнитное поле в веществе
- •2.6. Основы теории электромагнитного поля.
- •Ток смещения
- •2. Всякое изменяющееся во времени электрическое поле порождает вихревое магнитное поле.
- •Электромагнитные колебания
- •2.8. Электромагнитные волны.
- •Интерференция и дифракция света .
- •3.2. Поляризация и дисперсия света.
- •3.3. Тепловое излучение.
- •3.4. Фотоэффект. Эффект комптона. Давление света.
- •3.5. Основные положения квантовой механики.
- •3.6. Квантовая теория атома.
- •3.7. Элементы физики твердого тела.
- •3.8. Ядро атома.
- •3.9. Элементарные частицы.
2.8. Электромагнитные волны.
Если электрические и магнитные поля изменяются во времени, то по отдельности их рассматривать уже нельзя: взаимное превращение электрических и магнитных полей приводит к появлению электромагнитной волны.
Для среды – однородного и изотропного диэлектрика, не обладающего сегнетоэлектрическими или ферромагнитными свойствами, из уравнений Максвелла можно получить, что векторы напряженностей переменного электромагнитного поля удовлетворяют уравнениям: и , где - оператор Лапласа. Но это уравнения, описывающие волновой процесс, в которых скорость распространения волны определяется коэффициентом, стоящим перед второй производной по времени: Решением этих уравнений является т.н. плоская монохроматическая гармоническая волна: , , где - волновой вектор, указывающий направление распространения волны. Т.о., переменное электромагнитное поле действительно распространяется в пространстве в виде волн. Если волна распространяется в вакууме ( ), то . Этот результат в точности совпадает с измеренным значением скорости света с, что послужило основой для создания электромагнитной теории света.
Свойства электромагнитных волн
– Электромагнитные волны – поперечные волны; векторы и лежат в плоскости, перпендикулярной к скорости волны в данной точке поля.
– Векторы и взаимноперпендикулярны и образуют с направлением распространения волны, т.е. скоростью , правовинтовую систему (рис.).
– Взаимно перпендикулярные векторы и колеблются в одной фазе, причем мгновенные значения E и H связаны соотношением: , т.е. они д остигают максимума и обращаются в нуль в одних и тех же точках в одни и те же моменты времени.
– В вакууме скорость электромагнитной волны равна с и не зависит от частоты.
– Объемная плотность энергии электромагнитного поля складывается из объемных плотностей энергии электрического и магнитного полей: . С учетом соотношения, связывающего E и H, получим: .
– Направление распространения электромагнитной волны и энергию, переносимую волной в единицу времени через перпендикулярно ориентированную площадку единичной площади, определяет вектор Умова—Пойнтинга, аналогичный вектору Умова, введенному для механической волны,: . Среднее значение модуля этого вектора представляет интенсивность волны.
– Поскольку различные электромагнитные волны имеют общую природу, их можно представить в виде единой шкалы.
Вся шкала условно подразделена на 6 диапазонов в порядке уменьшения длины волны (возрастания частоты ) :
радиоволны (длинные, средние и короткие) (от нескольких км до 1 мм);
инфракрасное излучение (от 0, 1 мм до 0,74 мкм);
видимое излучение (от 0,74 до 0,38 мкм);
ультрафиолетовое излучение ( от 0,38 мкм до 1нм (10 - 9м ));
рентгеновское излучение ( от 1 нм=10 Å до 0,1 Å (1Å=10 -10м ));
гамма-излучение ( короче, чем 0,1Å).
Радиоволны обусловлены переменными токами в проводниках и электронными потоками. В инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях излучают атомы, молекулы и быстрые заряженные частицы. Рентгеновское излучение возникает при внутриатомных процессах, γ-излучение имеет ядерное происхождение. Частично диапазоны перекрываются, т.к. волны одной и той же длины могут излучаться в разных процессах.
ФИЗИКА. Часть 3.