Какое свойство характерно для электромагнитных волн но не является
андрей гоберкорн · 10 апреля
2,6 K
Автор вопроса считает этот ответ лучшим
Вы замахиваетесь на вопрос, ответ на который может стать новой эпохой в познании нашего мира. С одной стороны, электромагнитные волны — это решение уравнений Максвелла в виде распространяющихся в пространстве совместных синусоидальных возмущений электрического и магнитного полей. С другой стороны, это поток корпускул, имеющих массу и импульс, то есть фотонов эл.-магнитного излучения. В целом это проявление электромагнитного взаимодействия — одного из четырёх известных фундаментальных взаимодействий. А какова природа этих фундаментальных взаимодействий — это мы пока можем только догадываться.
Впрочем, такое положение вещей не мешает активно изучать свойства электромагнитных волн и успешно их использовать в практических целях.
исследование: нумерологии, астрологии, пророчеств, потоп, таблицы умножения…..
Если попроще и без Масквелла… то это просто электричество, ток разной силы… Электричество — направленное движение электронов (см. строение атома) вокруг проводника возникает эл. магнитное поле… Частота и длина волн разные а зависимости от источника. Допустим , свет — особый вид эл. магнитных волн воспринимаемых глазом человека.
Солнечный ветер — поток ионизи… Читать далее
Допустим есть океан с волнами. Это волны на воде. Допустим есть звук. Это колеблется воздух. Допустим есть свет. Это колеблется… Что?
Сусанна Казарян, США, Физик
Свет это электромагнитная волна (ЭМ), где синусоидально колеблются величины электрического (E) и магнитного (B) полей во взаимно перпендикулярных направлениях и перпендикулярно направлению движения (z) волны (см рис. внизу). Взаимные превращения электрического и магнитного полей идут одновременно и описывается уравнениями Максвелла.
Так же как и для любой волны (звук, волны в океане), связь между скоростью распространения волны (v), длиной волны (λ) и частотой (ƒ) определяется формулой v=λƒ, где для ЭМ волн скорость распространения равна скорости света в данной среде v=1/√(εε₀μμ₀), ε и μ — относительная диэлектрическая и магнитная проницаемость среды соответственно, а ε₀ и μ₀ — электрическая и магнитная постоянные. Для вакуума ε=μ=1 и скорость распространения ЭМ волн (света) равна v=c=1/√(ε₀μ₀)≈300000 км/сек.
Прочитать ещё 2 ответа
Как происходит отражение электромагнитных волн о предметы и на самом ли деле происходит отражение волны?
Библиотекарь, дачник, волонтер по работе с беспризорными животными
Полное отражение падающей волны происходит на поверхности идеального проводника. В реальных проводниках, обладающих некоторым сопротивлением, часть энергии падающей волны поглощается. Отражение электромагнитных волн на границах диэлектриков и проводников используется в различных технических устройствах (волноводах, антеннах) и измерительной технике. Явление отражения электромагнитных волн от проводящих сред лежит в основе радиолокации: отражение от металлических поверхностей самолетов, ракет и наземных предметов позволяет радиолокаторам обнаружить расположение объектов.
Я понимаю, как вырабатывается электричество. Но откуда берется электричество? Что такое ток, его природа?
Эксперт TQ по темам: IT, телеком, телефония, базы данных, интеграционные…
Этот вопрос, как капуста, его раскрываешь-раскрываешь, а до «фундаментальной» кочерыжки всё ещё далеко. Хоть вопрос, видимо, касается этой самой кочерыжки, придётся всё же попробовать одолеть всю капусту.
На самый поверхностный взгляд природа тока кажется простой: ток — это когда заряженные частицы движутся. (Если частица не движется, то тока нет, есть только электрическое поле.) Пытаясь постичь природу тока, и не зная из чего состоит ток, выбрали для тока направление, соответствующее направлению движения положительных частиц. Позже оказалось, что неотличимый, точно такой же по действию ток получается при движении отрицательных частиц в противоположном направлении. Эта симметрия является примечательной деталью природы тока.
В зависимости от того, где движутся частицы природа тока тоже различна. Отличается сам текущий материал:
- В металлах есть свободные электроны;
- В металлических и керамических сверхпроводниках — тоже электроны;
- В жидкостях — ионы, которые образуются при протекании химических реакций или при воздействии приложенного электрического поля;
- В газах — снова ионы, а также электроны;
- А вот в полупроводниках электроны несвободны и могут двигаться «эстафетно». Т.е. двигаться может не электрон, а как бы место, где его нет — «дырка». Такая проводимость называется дырочной. На спайках разных полупроводников природа такого тока рождает эффекты, делающие возможной всю нашу радиоэлектронику.
У тока две меры: сила тока и плотность тока. Между током зарядов и током, например, воды в шланге больше различий, чем сходства. Но такой взгляд на ток вполне продуктивен, для понимания природы последнего. Ток в проводнике это векторное поле скоростей частиц (если это частицы с одинаковым зарядом). Но мы обычно для описания тока не учитываем эти детали. Мы усредняем этот ток.
Если мы возьмём одну только частицу (естественно заряженную и движущуюся), то ток равный произведению заряда и мгновенной скорости в конкретный момент времени существует ровно там, где находится эта частица. Помните, как было в песне дуэта Иваси «Пора по пиву»: «…если климат тяжёл и враждебен астрал, если поезд ушёл и все рельсы ЗА-БРАЛ…» 🙂
И вот мы пришли к той кочерыжке, которую упоминали вначале. Почему частица имеет заряд (с движением вроде всё ясно, а что же такое заряд)? Наиболее фундаментальные частицы (вот теперь уж точно 🙂 вроде бы неделимые) несущие заряд — это электроны, позитроны (антиэлектроны) и кварки. Отдельно взятый кварк вытащить и исследовать невозможно из-за конфайнмента, с электроном вроде проще, но тоже пока не очень-то ясно. На данный момент видно, что ток квантуется: не наблюдается зарядов меньше заряда электрона (кварки наблюдаются только в виде адронов с совокупным зарядом таким же или нулевым). Электрическое поле отдельно от заряженной частицы может существовать только в связке с магнитным полем, как электромагнитная волна, квантом которой является фотон. Возможно, какие-то интерпретации природы электрического заряда лежат в сфере квантовой физики. Например, предсказанное ею и обнаруженное сравнительно недавно поле Хиггса (есть бозон — есть и поле) объясняет массу ряда частиц, а масса — это мера того, как частица откликается на гравитационное поле. Может быть и с зарядом, как с мерой отклика на электрическое поле, обнаружится какая-то похожая история. Почему есть масса и почему есть заряд — это в чём-то родственные вопросы.
Многое известно о природе электрического тока, но самое главное пока нет.
Прочитать ещё 31 ответ
Что из себя представляют радиоволны?
Игры, путешествия и немного всего остального — так интереснее жить.
Радиоволны представляют из себя электромагнитные колебания, которые распространяются в пространстве со световой скоростью, распологаются в диапазоне от 3 килогерц до 300 гигагерц и используются в радиотехнике. Они сами по себе являются формой электромагнитного излучения.
Прочитать ещё 1 ответ
А4. Какие изменения отмечает человек в звуке при увеличении частоты колебаний в звуковой волне?
1) Повышение высоты тона
2) Понижение высоты тона
3) Увеличение громкости
4) Уменьшение громкости
А5. Расстояния от двух когерентных источников волн до точки М равны а и b. Разность фаз колебаний источников равна нулю, длина волны равна l. Если излучает только один источник волн, то амплитуда колебаний частиц среды в точке М равна А1, если только второй, то – А2. Если разность хода волн a – b =3l/2 , то в точке М амплитуда суммарного колебания частиц среды
1) равна нулю 2) равна | А1 – А2| 3) равна | А1 + А2|
4) меняется со временем периодически
А6. Выберите правильное утверждение.
А. Опираясь на эксперименты Фарадея по исследованию электромагнитной индукции, Максвелл теоретически предсказал существование электромагнитных волн.
В. Опираясь на теоретические предсказания Максвелла, Герц обнаружил электромагнитные волны экспериментально.
С. Опираясь на эксперименты Герца по исследованию электромагнитных волн, Максвелл создал теорию их распространения в вакууме.
1) Только А и В 2) Только А и С 3) Только В и С 4) И А, и В, и С
А7. Какое утверждение верно?
В теории электромагнитного поля Максвелла
А – переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле
Б – переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле
1) Только А 2) Только Б 3) И А, и Б 4) Ни А, ни Б
А8. В одной научной лаборатории для ускорения заряженных частиц используется линейный ускоритель, а во второй – циклотрон, в котором частицы разгоняются, двигаясь по спиралевидной траектории. В какой из лабораторий следует учесть возможность возникновения опасных для человека электромагнитных излучений.
1) Только в первой 2) Только во второй 3) В обеих лабораториях
4) Ни в одной из лабораторий
А9. Какое утверждение правильное?
Излучение электромагнитных волн происходит при
А – движении электрона в линейном ускорителе
Б – колебательном движении электронов в антенне
1) Только А 2) Только Б 3) И А, и Б 4) Ни А, ни Б
А10. Заряженная частица не излучает электромагнитные волны в вакууме
1) равномерном прямолинейном движении
2) равномерном движении по окружности
3) колебательном движении
4) любом движении с ускорением
А11. Скорость распространения электромагнитных волн
1) имеет максимальное значение в вакууме
2) имеет максимальное значение в диэлектриках
3) имеет максимальное значение в металлах
4) одинакова в любых средах
А12. В первых экспериментах по изучению распространения электромагнитных волн в воздухе были измерены длина волны см и частота излучения МГц. На основе этих неточных экспериментов было получено значение скорости света в воздухе, равное примерно
1) 100000 км/с 2) 200000 км/с 3) 250000 км/с 4) 300000 км/с
А13. Колебания электрического поля в электромагнитной волне описываются уравнением : Е=10sin(107t). Определите частоту колебаний (в Гц).
1) 107 2) 1,6 *106 3)(107 t) 4) 10
А14. При распространении электромагнитной волны в вакууме
1) происходит только перенос энергии
2) происходит только перенос импульса
3) происходит перенос и энергии, и импульса
4) не происходит переноса ни энергии, ни импульса
А15. При прохождении электромагнитной волны в воздухе происходят колебания
1) молекул воздуха
2) плотности воздуха
3) напряжённости электрического и индукции магнитного полей
4) концентрации кислорода
А16. Явлением, доказывающим, что в электромагнитной волне вектор напряжённости электрического поля колеблется в направлении, перпендикулярном направлению распространению электромагнитной волны, является
1) интерференция 2) отражение 3) поляризация 4) дифракция
А17. Укажите сочетание тех параметров электромагнитной волны, которые изменяются при переходе волны из воздуха в стекло
1) скорость и длина волны 2) частота и скорость
3) длина волны и частота 4) амплитуда и частота
А18. Какое явление характерно для электромагнитных волн, но не является общим свойством волн любой природы?
1) интерференция 2) преломление 3) поляризация 4) дифракция
А19. На какую длину волны нужно настроить радиоприемник, чтобы слушать радиостанцию «Европа+», которая вещает на частоте 106,2 МГц?
1) 2,825 дм 2) 2,825 см 3) 2,825 км 4) 2,825 м
А20. Амплитудная модуляция высокочастотных электромагнитных колебаний в радиопередатчике используется для
1) увеличения мощности радиостанции
2) изменения амплитуды высокочастотных колебаний
3) изменения амплитуды колебаний звуковой частоты
4) задания определенной частоты излучения данной радиостанции
Естествознание, 10 класс
Урок 39. Свойства волн
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:
- Что понимают под волнами;
- Какие бывают волны;
- Где в природе наблюдаются волны;
- Что такое электромагнитные волны;
- Как проявляются в жизни ЭМВ различных диапазонов;
Глоссарий по теме:
Волна – распространение колебаний в пространстве
Длина волны – расстояние, пройденное волной за время равное периоду
Частота – число колебаний за единицу времени
Период – время одного полного колебания
Амплитуда – максимальное смещение от положения равновесия
Монохроматические волны – «Одноцветные» — волна, изменяющаяся во времени и пространстве по синусоидальному закону
Интерференция – наложение волн, за счет которого происходит взаимоусиление или взаимогашение их.
Дифракция – огибание волнами препятствий
Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):
Список литературы
- Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. – §55, С. 166-168.
- Физика. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. учреждений: базовый уровень; профильный уровень/А.В. Грачев, В.А. Погожев, А.М. Салецкий и др.- Вентана-Граф, 2011
Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Каждый человек хоть раз в жизни кидал камешки в воду, не обращая внимания на круги, которые они оставляют. Так давайте с помощью этой «забавы» понаблюдаем за волнами и попытаемся разобраться в их природе и свойствах.
Наблюдая за волной от брошенного камня, можно сделать вывод, что форма волны изменяется по мере распространения волны, на большом расстоянии волна сглаживается и пропадает. Это свойство характерно для волн любой природы.
Рассматривая на прошлом уроке шкалу электромагнитных волн, мы говорили, что видимый свет это полихроматическая волна, которая включает в себя спектр цветов от красного к фиолетовому.
Сегодня мы рассмотрим монохроматические волны. И начнем с таких их характеристик, как период, частота, амплитуда и длина волны.
Период – это время одного полного колебания. Период колебаний вычисляется по формуле
;
[T] = секунда.
Частота – число колебаний за единицу времени. Частота вычисляется по формуле
;
[ν] = Герц.
Амплитуда – максимальное смещение от положения равновесия.
Длина волны – расстояние, пройденное волной за время, равное периоду.
[λ] = метр.
А теперь, рассмотрим свойства волн: интерференцию и дифракцию.
Интерференция – это явление взаимоусиления либо взаимогашения двух или более волн. Условием интерференции является когерентность и синфазность волн. То есть, у волн должна быть одинаковая длина волны и одинаковая во времени разность фаз.
Дифракция – это явление огибания волнами препятствий, которое происходит только тогда, когда препятствие меньше или равно длине волны. Длину световой волны можно определить с помощью дифракционной решетки.
Волны и частицы обладают некоторыми общими свойствами. Волна любой природы переносит энергию и импульс через пространство.
В заключении отметим, что энергией обладают любые волны. В последнее время, например, ведутся активные работы по использованию энергии морских волн для производства электроэнергии.
Текст задания 1:
Установите последовательность по возрастанию длины волны электромагнитных волн:
Варианты ответов:
- Рентгеновское излучение
- Видимый свет
- Гамма-излучение
- Радиоволны
Правильные варианты:
- Гамма-излучение
- Рентгеновское излучение
- Видимый свет
- Радиоволны
Текст задания 2:
Вставьте пропущенные слова, выбирая из списка правильные ответы:
Волна любой природы переносит __________ и ________ через пространство
Варианты ответов:
частицы, импульс, поля, энергию.
Правильный вариант: импульс, энергию или энергию, импульс
Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано великим английским физиком Дж. Максвеллом в 1864 году. Максвелл проанализировал все известные к тому времени законы электродинамики и сделал попытку применить их к изменяющимся во времени электрическому и магнитному полям. Он обратил внимание на ассиметрию взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями. Максвелл ввел в физику понятие вихревого элеетрического поля и предложил новую трактовку закона электромагнитной индукции, открытой Фарадеем в 1831 г.:
Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты.
Максвелл высказал гипотезу о существовании и обратного процесса:
Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле.
Рис. 2.6.1 и 2.6.2 иллюстрируют взаимное превращение электрического и магнитного полей.
Рисунок 2.6.1. Закон электромагнитной индукции в трактовке Максвелла |
Рисунок 2.6.2. Гипотеза Максвелла. Изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле |
Эта гипотеза была лишь теоретическим предположением, не имеющим экспериментального подтверждения, однако на ее основе Максвеллу удалось записать непротиворечивую систему уравнений, описывающих взаимные превращения электрического и магнитного полей, т. е. систему уравнений электромагнитного поля (уравнений Максвелла). Из теории Максвелла вытекает ряд важных выводов:
1. Существуют электромагнитные волны, то есть распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы 
и 
перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны (рис. 2.6.3).
|
Рисунок 2.6.3. Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна. Векторы |
взаимно перпендикулярны2. Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью
Здесь ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε0 и μ0 – электрическая и магнитная постоянные:
ε0 = 8,85419·10–12 Ф/м,
μ0 = 1,25664·10–6 Гн/м.
Длина волны λ в синусоидальной волне свявзана со скоростью υ распространения волны соотношением λ = υT = υ / f, где f – частота колебаний электромагнитного поля, T = 1 / f.
Скорость электромагнитных волн в вакууме (ε = μ = 1):
Скорость c распространения электромагнитных волн в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных.
Вывод Максвелла о конечной скорости распространения электромагнитных волн находился в противоречии с принятой в то время теорией дальнодействия, в которой скорость распространения электрического и магнитного полей принималась бесконечно большой. Поэтому теорию Максвелла называют теорией близкодействия.
3. В электромагнитной волне происходят взаимные превращения электрического и магнитного полей. Эти процессы идут одновременно, и электрическое и магнитное поля выступают как равноправные «партнеры». Поэтому объемные плотности электрической и магнитной энергии равны друг другу: wэ = wм.
Отсюда следует, что в электромагнитной волне модули индукции магнитного поля и напряженности электрического поля в каждой точке пространства связаны соотношением
4. Электромагнитные волны переносят энергию. При распространении волн возникает поток электромагнитной энергии. Если выделить площадку S (рис. 2.6.3), ориентированную перпендикулярно направлению распространения волны, то за малое время Δt через площадку протечет энергия ΔWэм, равная
Плотностью потока или интенсивностью I называют электромагнитную энергию, переносимую волной за единицу времени через поверхность единичной площади:
Подставляя сюда выражения для wэ, wм и υ, можно получить:
Поток энергии в электромагнитной волне можно задавать с помощью вектора
, направление которого совпадает с направлением распространения волны, а модуль равен EB / μμ0. Этот вектор называют вектором Пойнтинга.
В синусоидальной (гармонической) волне в вакууме среднее значение Iср плотности потока электромагнитной энергии равно
где E0 – амплитуда колебаний напряженности электрического поля.
Плотность потока энергии в СИ измеряется в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).
5. Из теории Максвелла следует, что электромагнитные волны должны оказывать давление на поглощающее или отражающее тело. Давление электромагнитного излучения объясняется тем, что под действием электрического поля волны в веществе возникают слабые токи, то есть упорядоченное движение заряженных частиц. На эти токи действует сила Ампера со стороны магнитного поля волны, направленная в толщу вещества. Эта сила и создает результирующее давление. Обычно давление электромагнитного излучения ничтожно мало. Так, например, давление солнечного излучения, приходящего на Землю, на абсолютно поглощающую поверхность составляет примерно 5 мкПа. Первые эксперименты по определению давления излучения на отражающие и поглощающие тела, подтвердившие вывод теории Максвелла, были выполнены Петром Николаевичем Лебедевым в 1900 г. Опыты Лебедева имели огромное значение для утверждения электромагнитной теории Максвелла.
Существование давления электромагнитных волн позволяет сделать вывод о том, что электромагнитному полю присущ механический импульс. Импульс электромагнитного поля в единичном объеме выражается соотношением
где wэм – объемная плотность электромагнитной энергии, c – скорость распространения волн в вакууме. Наличие электромагнитного импульса позволяет ввести понятие электромагнитной массы.
Для поля в единичном объеме
Отсюда следует:
Это соотношение между массой и энергией электромагнитного поля в единичном объеме является универсальным законом природы. Согласно специальной теории относительности (СТО), оно справедливо для любых тел независимо от их природы и внутреннего строения.
Таким образом, электромагнитное поле обладает всеми признаками материальных тел – энергией, конечной скоростью распространения, импульсом, массой. Это говорит о том, что электромагнитное поле является одной из форм существования материи.
6. Первое экспериментальное подтверждение электромагнитной теории Максвелла было дано примерно через 15 лет после создания теории в опытах Генриха Герца (1888 г.). Герц не только экспериментально доказал существование электромагнитных волн, но впервые начал изучать их свойства – поглощение и преломление в разных средах, отражение от металлических поверхностей и т. п. Ему удалось измерить на опыте длину волны и скорость распространения электромагнитных волн, которая оказалась равной скорости света.
Опыты Герца сыграли решающую роль для доказательства и признания электромагнитной теории Максвелла. Через семь лет после этих опытов электромагнитные волны нашли применение в беспроводной связи (А.С. Попов, 1895 г.).
7. Электромагнитные волны могут возбуждаться только ускоренно движущимися зарядами. Цепи постоянного тока, в которых носители заряда движутся с неизменной скоростью, не являются источником электромагнитных волн. В современной радиотехнике излучение электромагнитных волн производится с помощью антенн различных конструкций, в которых возбуждаются быстропеременные токи.
Простейшей системой, излучающей электромагнитные волны, является небольшой по размерам электрический диполь, дипольный момент p (t) которого быстро изменяется во времени.
Такой элементарный диполь называют диполем Герца. В радиотехнике диполь Герца эквивалентен небольшой антенне, размер которой много меньше длины волны λ (рис. 2.6.4).
|
Рисунок 2.6.4. Элементарный диполь, совершающий гармонические колебания |
Рис. 2.6.5 дает представление о структуре электромагнитной волны, излучаемой таким диполем.
|
Рисунок 2.6.5. Излучение элементарного диполя |
Следует обратить внимание на то, что максимальный поток электромагнитной энергии излучается в плоскости, перпендикулярной оси диполя. Вдоль своей оси диполь не излучает энергии. Герц использовал элементарный диполь в качестве излучающей и приемной антенн при экспериментальном доказательстве существования электромагнитных волн.