|
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА 1. Излучение энергии электрическим зарядом Электрический заряд, движущийся в пустоте равномерно, не излучает энергии. Это очевидно из принципа относительности, согласно которому все инерционные системы отсчета равноправны. В системе, движущейся с зарядом, он неподвижен, а неподвижные заряды не излучают. Иная картина возникает в том случае, когда заряд под действием внешних сил движется с ускорением. Поле обладает энергией, а значит и массой, образно говоря, отрывается от заряда и излучается в пространство со скоростью света. Излучение происходит до тех пор, пока на заряд действует внешняя сила, что передает ему ускорение. Только заряды, движущиеся с ускорением, могут передавать энергию посредством создаваемого ими электромагнитного поля. 2. Открытый колебательный контур Во время электромагнитных колебаний в контуре заряд пластин конденсатора периодически то увеличивается, то уменьшается. Следовательно, электрическое поле, существующее между его пластинами, периодически меняется: то усиливается, то ослабевает. С такой же частотой, как и изменение заряда на пластинах конденсатора, меняется и магнитное поле вокруг катушки индуктивности.
Джеймс Клерк Максвелл
в 1864 г. английский ученый Дж. Максвелл создал теорию, которая утверждала, что электрическое и магнитное поля наблюдаются «отдельно друг от друга» только в том случае, если каждое из них не меняется со временем. А поскольку электрическое и магнитное поля контура непостоянные, то в пространстве вокруг контура существует переменное электромагнитное поле и оно быстро ослабевает при удалении от контура. Поскольку мы изучаем излучение и прием электромагнитных волн, то важно, чтобы электромагнитное поле контура «получилось» в окружающее пространство на значительное расстояние. Рассмотрим, как этого достичь. Представим, что пластины конденсатора постепенно отодвигают друг от друга (см. рисунок). При этом переменное электромагнитное поле, которое существует между пластинами, оказывается снаружи колебательного контура и распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Пластины конденсатора теперь можно вообще убрать. Сделав провода достаточно длинными, мы получим антенну - устройство для излучения электромагнитных волн. Только что мы рассмотрели так называемый открытый колебательный контур. Разумеется, в таком «контуре» свободные колебания будут затухать очень быстро, потому что энергия будет постоянно относиться волнами в окружающее пространство. Поэтому для создания в антенне незатухаючих электрических колебаний используют специальное устройство - генератор тока высокой частоты. Итак, согласно теории Максвелла, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое, а переменное электрическое поле - вихревое магнитное. Отсюда Максвелл сделал предположение, что в природе могут существовать электромагнитные волны.
Переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле. Это электрическое поле порождает переменное магнитное поле. То, в свою очередь, снова электрическое и др. Возникает система переменных электрических и магнитных полей, что захватывают все большие области пространства. Ø Электромагнитная волна - это процесс распространения в пространстве с течением времени свободного электромагнитного поля. Максвелл смог даже теоретически вычислить скорость электромагнитных волн, причем ему для этого понадобились только данные о взаимодействии электрических зарядов и электрических токов. Полученный «на кончике пера» результат поразил самого Максвелла: скорость электромагнитных волн оказалась равной 300 000 км/с, то есть совпала с уже измеренной на то время скоростью света.
ВОПРОС К УЧАЩИМСЯ В ХОДЕ ИЗЛОЖЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА Первый уровень 1. Как должна двигаться частица, чтобы она излучала электромагнитные волны? 2. Почему закрытый колебательный контур плохо излучает энергию? 3. Что представляет собой электромагнитная волна? Второй уровень 1. В каком колебательном контуре (закрытом или открытом) колебания быстрее затухают? 2. Во время каких природных явлений излучают электромагнитные волны? ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА 1. Какие физические величины периодически изменяются в электромагнитной волне? 2. Какие физические процессы могут служить в качестве источника электромагнитных волн? 1. При которой частоты колебаний радиопередатчик излучает электромагнитные волны длиной 200 м? 2. Определите частоту и длину волны радиопередатчика, если период его электромагнитных колебаний 10-5 с. 3. Электромагнитная волна распространяется в вакууме. Определите частоту этой волны, если длина волны 15 м. ЧТО МЫ УЗНАЛИ НА УРОКЕ · Только заряды, движущиеся с ускорением, могут передавать энергию посредством создаваемого ими электромагнитного поля. · Контур не излучает в пространство электрическую энергию, называют закрытым. · Электромагнитная волна - это процесс распространения в пространстве с течением времени свободного электромагнитного поля. Домашнее задание 2. 3б.: № 11.1; 11.9; 11.11; 11.12.
|
|
