15)Вынужденные электромагнитные колебания. Электрический резонанс.

Для осуществления вынужденных колебаний в электрическом колебательном контуре в него нужно включить источник электрической энергии, э.д.с. которого изменяется со временем. Такие источники называют источниками напряжения.

Дифференциальное уравнение вынужденных электрических колебаний можно представить в форме, аналогичной уравнению вынужденных механических колебаний:

В контуре Резонанс возникает на определённой частоте, когда индуктивная и ёмкостная составляющие реакции системы уравновешены, что позволяет энергии циркулировать между магнитным полем индуктивного элемента и электрическим полем конденсатора. Эта частота называется резонансной циклической частотой Ω = . Она соответствует максимуму амплитуды тока.

16) Возникновение электромагнитных волн. Уравнение плоской электромагнитной волны. Энергия электромагнитной волны.

Механические волны распространяются только в упругих средах: газе, жидкости или твердом теле. Существуют, однако, волны, которые не нуждаются в каком – либо веществе для своего распространения. Это электромагнитные волны. К ним, в частности, относятся радиоволны и свет. Электромагнитное поле может существовать в вакууме, т.е. в пространстве, не содержащем атомов. Но несмотря на существенное отличие электромагнитных волн от механических, электромагнитные волны при распространении ведут себя подобно механическим.

Существование таких волн предсказал еще Максвелл, когда разрабатывал свою теорию о едином электромагнитном поле. Как же возникает такая волна? Когда мы рассматривали возникновение механических волн в какой-либо среде, то говорили, что источниками таких волн являются какие-либо колебательные системы, в которых совершаются колебания, передающие энергию в окружающую систему среду, и таким образом в ней возникает упругая деформация, называемая механической волной. В случае с электромагнитной волной, процесс выглядит примерно так же. Представим себе неподвижный заряд в электрическом поле. Заставим его совершать колебания вдоль некоторой прямой, иначе говоря, сместим его с места, приведем в движение. Тогда электрическое поле в непосредственной близости от заряда начнет периодически изменяться. Переменное электрическое поле будет порождать в свою очередь меняющееся магнитное поле, которое так же станет источником электрического и т.п. Таким образом, в окружающем колеблющийся заряд пространстве, захватывая все большие и большие области, возникнет система взаимно перпендикулярных, периодически изменяющихся электрических и магнитных полей.

Впервые экспериментально доказавший существование электромагнитных волн стал немецкий физик Генрих Герц.

Для образования интенсивных электромагнитных волн необходимо создать электромагнитные колебания достаточно высокой частоты.

Если рассматривать для этой цели обычный колебательный контур, то он, конечно, будет порождать электромагнитные волны, но у него почти все магнитное поле заключено внутри катушки индуктивности, а электрическое – внутри конденсатора. Такой контур очень слабо излучает электромагнитные волны. Для создания мощных волн Генрих Герц использовал открытый колебательный контур. Т.е. это контур, который буквально вытянут в один провод.

Электрическое поле такого контура ‘пульсирует’ между обкладками и при возникновении колебаний в нем получается мощная электромагнитная волна.

Генрих Герц также выявил, что скорость электромагнитной волны равна скорости света.

Электромагнитные волны – поперечные, векторы Е и В (или Е и Н) перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волны.

Уравнение плоской электромагнитной волны:

, где k - Волновое число – число, показывающее сколько длин волн укладывается на отрезке 2П. k = 2П/λ=ω/v.

Электромагнитная волна поляризована, обладает свойством дифракции, может отражаться и преломляться.

Электромагнитные волны, так же как и механические, переносят энергию. Объемная плотность энергии электромагнитного поля равна сумме объемных плотностей энергий электрического и магнитных полей. ( т.е. их энергия, деленная на объем).

Объемная плотность энергии электромагнитной волны: W = EH/v , где v – скорость волны в среде.

Скорость переноса энергии такой волной равен вектору Пойнтинга : П = [EH].