Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Електромагнітні хвилі

Хвилі

Хвилі. Процес поширення коливань у просторі називається хвилею. Частинки середовища, в якому поширюється хвиля, не переносяться нею. Вони тільки здійснюють коливання навколо своїх положень рівноваги.

Якщо частинки середовища коливаються у площині, яка перпендикулярна до напрямку поширення хвилі, то такі хвилі називаються поперечними (див. рис. 67, а). Якщо напрямок коливань частинок збігається з напрямком поширення – то це поздовжні хвилі (див. рис. 67, б).

Рис. 67

Поперечні хвилі виникають лише в середовищі, що має опір зсуву. Тому в рідинах і газах можуть виникати тільки поздовжні хвилі (виняток становлять поперечні хвилі на поверхні рідин). У твердих тілах можливе виникнення як поздовжніх, так і поперечних хвиль.

Довжина хвилі. Різні частинки в хвилі коливаються із зсувом за фазою. Частинки, що відстоять на відстані vT (v – швидкість поширення хвилі, T – період коливань у хвилі), коливаються в однаковій фазі. Ця відстань називається довжиною хвилі.

l = v T. (5.2)

Частота коливань у хвилі n=1/T, тоді формулу (5.2) можемо записати у вигляді

ln = v.

Геометричне місце точок, до яких дійшов хвильовий процес, називається фронтом хвилі. Геометричне місце точок, що коливаються в однаковій фазі, називаються хвильовою поверхнею. За формою хвильової поверхні хвилі розділяються на плоскі, циліндричні, сферичні. Плоскі хвилі утворюються плоским джерелом коливання, циліндричні – лінійним, а сферичні – точковим.

Рівняння плоскої хвилі. Плоска хвиля, що поширюється уздовж осі z, описується формулою

, (5.3)

де – зміщення точки, що коливається, від положення рівноваги, – амплітуда хвилі (максимальне зміщення), – циклічна частота коливань, – хвильове число.

В аргументі cos (або sin) у рівнянні хвилі (5.3) стоять час і координата , тобто хвиля – це двічі періодичний процес, періодичний як за часом, так і за координатою. Період – це період повторення коливань у часі, а довжина хвилі – це період повторення коливань у просторі.

Хвильове рівняння. Формула плоскої хвилі (5.3) є розв’язком диференційного рівняння другого порядку в часткових похідних, яке називається хвильовим:

. (5.4)

Будь-яка функція, що задовольняє хвильовому рівнянню (5.4), описує деяку хвилю.

Змінне електричне поле породжує змінне магнітне поле, яке, в свою чергу, породжує електричне поле. Таким чином, у просторі виникає послідовність взаємних перетворень електричного і магнітного полів, що поширюються від точки до точки. Цей процес періодичний у просторі й часі і, отже, є хвилею.

Висновок про можливість існування електромагнітних хвиль випливає з теорії електромагнітного поля Максвеллла.

Розглянемо плоску електромагнітну хвилю, що поширюється вздовж осі z в однорідному непровідному середовищі.

З рівнянь електромагнітного поля випливає

, (5.5)

Рівняння (5.5) – це хвильові рівняння, з яких швидкість поширення електромагнітних хвиль у середовищі з відносною діелектричною проникністю e і відносною магнітною проникністю m визначається за формулою

У вакуумі ,

де с=3 10^-8 м/с – швидкість світла у вакуумі. Таким чином у вакуумі швидкість електромагнітних хвилі збігається із швидкістю світла. Звідси Максвелл зробив висновок, що світлові хвилі – це електромагнітні хвилі.

Розв’язок хвильових рівнянь (5.5) має вигляд

де – орти вздовж координатних осей.

Отже, в електромагнітній хвилі коливається вектор напруженості електричного поля і вектор напруженості магнітного поля. Коливання цих векторів синфазні, тобто одночасно досягають максимального значення і одночасно обертаються в нуль. Вектори і перпендикулярні один одному і коливаються у площині, яка перпендикулярна до напрямку поширення хвилі, тобто електромагнітні хвилі відносяться до класу поперечних хвиль, а вектори і утворюють з напрямком поширення правогвинтову систему (див. рис. 68)

Рис. 68

Амплітуди векторів і пов’язані між собою співвідношенням

У вакуумі

(Ом)

– це, так званий, хвильовий опір вакууму.

В електромагнітній хвилі у фіксованій точці простору вектори і змінюються у часі за гармонічним законом, а у фіксований момент часу (“моментальна фотографія” хвилі) змінюються у просторі також за гармонічним законом.

Електромагнітні хвилі – це вид польової (електромагнітної) матерії і для свого поширення не потребують іншої матерії (середовища). Тому вони можуть поширюватися і у вакуумі, а механічні хвилі – це коливання частинок середовища. У цьому полягає принципова відмінність електромагнітних і механічних хвиль.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Вимушені коливання	\|	Світлова хвиля

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.007 сек.