С какой скоростью распространяются электромагнитные взаимодействия

Электромагнитные волны

С какой скоростью распространяются электромагнитные взаимодействия

Вспомним, что волна — это колебания, распространяющиеся в пространстве. Механическая волна представляет собой колебания, распространяющиеся в вещественной среде. Тогда электромагнитная волна — это электромагнитные колебания, которые распространяются в электромагнитном поле.

Как появляются и распространяются электромагнитные волны

Представьте себе неподвижный точечный заряд. Пусть его окружают еще много таких зарядов. Тогда он будет действовать на них с некоторой кулоновской силой (и они на него). А теперь представьте, что заряд сместился.

Это приведет к изменению расстояния по отношению к другим зарядам, а, следовательно, и к изменению сил, действующих на них. В результате они тоже сместятся, но с некоторым запаздыванием. При этом начнут смещаться и другие заряды, которые взаимодействовали с ними.

Так распространяется электромагнитные взаимодействия.

Теперь представьте, что заряд не просто сместился, а он начал быстро колебаться вдоль одной прямой. Тогда по характеру движения он будет напоминать шарик, подвешенный к пружине. Разница будет только в том, что колебания заряженных частиц происходят с очень высокой частотой.

Вокруг колеблющегося заряда начнет периодически изменяться электрическое поле. Очевидно, что период изменений этого поля, будет равен периоду колебаний заряда. Периодически меняющееся электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле.

Это магнитное поле, в свою очередь, будет создавать переменное электрическое поле, но уже на большем расстояние от заряда, и т.д. В результате появления взаимно порождаемых полей в пространстве, окружающем заряд, возникает система взаимно перпендикулярных, периодически меняющихся электрических и магнитных полей.

Так образуется электромагнитная волна, которая распространяется от колеблющегося заряда во все стороны.

Электромагнитная волна не похожа на те возмущения вещественной среды, которые вызывают механические волны. Посмотрите на рисунок. На нем изображены векторы напряженности →E и магнитной индукции →B в различных точках пространства, лежащих на оси Oz, в фиксированный момент времени. Никаких гребней и впадин среды при этом не появляется.

В каждой точке пространства электрические и магнитные пол меняются во времени периодически. Чем дальше расположена точка от заряда, тем позднее ее достигнут колебания полей. Следовательно, на разных расстояниях от заряда колебания происходят с различными фазами. Колебания векторов →E и →B в любой точке совпадают по фазе.

Определение

Длина электромагнитной волны — расстояние между двумя ближайшими точками, в которых колебания происходят в одинаковых фазах.

Длина электромагнитной волны обозначается как λ. Единица измерения — м (метр).

Обратите внимание на рисунок выше. Векторы магнитной индукции и напряженности поля, являющиеся периодически изменяющимися величинами, в любой момент времени перпендикулярны направлению распространения волны. Следовательно, электромагнитная волна — поперечная волна.

Условия возникновения электромагнитных волн

Электромагнитные волны излучаются только колеблющимися заряженными частицами. При этом важно, чтобы скорость их движения постоянно менялась, т.е. чтобы они двигались с ускорением.

Наличие ускорения — главное условие возникновения электромагнитных волн.

Электромагнитное поле может излучаться не только колеблющимся зарядом, но и заряженной частицей, перемещающейся с постоянно меняющейся скоростью. Интенсивность электромагнитного излучения тем больше, чем больше ускорение, с которым движется заряд.

Представим заряд, движущийся с постоянной скоростью. Тогда создаваемые им электрическое и магнитное поля будут сопровождать его как шлейф. Только при ускорении заряда поля «отрываются» от частицы и начинают самостоятельное существование в форме электромагнитных волн.

!

Впервые существование электромагнитных волн предположил Максвелл, который посчитал, что они должны распространяться со скоростью света. Но экспериментально они были обнаружены лишь спустя 10 лет после смерти ученого. Их открыл Герц. Он же подтвердил, что скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света: c = 300 000 км/с.

Плотность потока электромагнитного излучения

Излученные электромагнитные волны несут с собой энергию. Рассмотрим поверхность площадью S, через которую электромагнитные волны переносят энергию.

На рисунке выше прямые линии указывают направления распространения электромагнитных волн. Это лучи — линии, перпендикулярные поверхностям, во всех точках которых колебания происходят в одинаковых фазах. Такие поверхности называются волновыми поверхностями.

Определение

Плотность потока электромагнитного излучения, или интенсивность волны — отношение электромагнитной энергии ΔW, проходящей за время Δt через перпендикулярную лучам поверхность площадью S, к произведению площади S на время Δt.

Плотность потока электромагнитного излучения обозначается как I. Единица измерения — Вт/м2 (ватт на квадратный метр). Поэтому плотность потока электромагнитного излучения фактически представляет собой мощность электромагнитного излучения, проходящего через единицу площади поверхности.

Численно плотность потока электромагнитного излучения определяется формулой:

I=ΔWSΔt..

Выразим I через плотность электромагнитной энергии и скорость ее распространения с. Выберем поверхность площадью S, перпендикулярную лучам, и построим на ней как на основании цилиндр с образующей cΔt (см. рисунок ниже).

Объем цилиндра: ΔV = ScΔt. Энергия электромагнитного поля внутри цилиндра равна произведению плотности энергии на объем: ΔW = wcΔtS. Вся эта энергия за время Δt пройдет через правое основание цилиндра. Поэтому получаем:

I=wcΔtSSΔt..=wc

Следовательно, плотность потока электромагнитного излучения равна произведению плотности электромагнитной энергии на скорость ее распространения.

Определение

Плотность электромагнитной энергии — энергия электромагнитного излучения в единице объема. Обозначается как w. Единица измерения — Дж/м3.

Пример №1. Плотность потока излучения равна 6 мВт/м2. Найти плотность энергии электромагнитной волны.

I=wc

Отсюда:

w=Ic..=6·10−33·108..=2·10−11 (Джм3..)

Точечный источник излучения

Источники излучения электромагнитных волн могут быть весьма разнообразными. Простейшим является точечный источник.

Точечный источник — источник излучения, размеры которого много меньше расстояния, на котором оценивается его действие.

Предполагается, что точечный источник посылает электромагнитные волны по всем направлениям с одинаковой интенсивностью. В действительности таких источников не существует. Но за такие источники излучения можно принять звезды, так как расстояние между ними существенно больше размеров самих звезд.

Энергия, которую переносят электромагнитные волны, с течением времени распределяется по все большей и большей поверхности. Поэтому энергия, передаваемая через поверхность единичной площадки за единицу времени, т. е. плотность потока излучения, уменьшается по мере удаления от источника.

Поместим точечный источник в центр сферы радиусом R. Площадь поверхности сферы S = 4πR2. Если считать, что источник по всем направлениям за время Δt излучает суммарную энергию ΔW, получим:

I=ΔWSΔt..=ΔW4πΔt..·1R2..

Плотность потока излучения от точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника.

Пример №2. Плотность потока электромагнитного излучения на расстоянии 5 метров от точечного источника составляет 20 мВт/м2. Найти плотность потока электромагнитного излучения на расстоянии 10 метров от этого источника.

Расстояние по условию задачи увеличилось вдвое. Так как плотность потока излучения от точечного источника убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника, при увеличении расстояния вдвое интенсивность излучения уменьшится в 4 раза. То есть, она станет равной 5 мВт/м2.

Зависимость плотности потока излучения от частоты

Напряженность электрического поля и магнитная индукция электромагнитной волны пропорциональны ускорению заряда. Ускорение при гармонических колебаниях пропорционально квадрату частоты. Поэтому напряженность электрического поля и магнитная индукция также пропорциональны квадрату частоты:

E~a~ω2, B~a~ω2

Плотность энергии электрического поля пропорциональна квадрату напряженности поля. Энергия магнитного поля, как это можно показать, пропорциональна квадрату магнитной индукции. Полная плотность энергии электромагнитного поля равна сумме плотностей энергий электрического и магнитного полей. Поэтому плотность потока излучения I пропорциональна:

I~w ~(E2+B2)

Вспомним, что:

E~ω2, B~ω2

Тогда:

I~ω4

Плотность потока излучения пропорциональна четвертой степени частоты. Так, при увеличении частоты колебаний зарядов в 2 раза энергия, излучаемая ими, возрастает в 16 раз. При увеличении частоты в 3 раза, энергия излучения увеличивается в 81 раз, и т.д.

Пример №3. Частота электромагнитной волны уменьшилась в 4 раза. Найти, во сколько раз изменилась плотность потока излучения.

Так как плотность потока излучения пропорциональна четвертой степени частоты, мы можем найти плотность потока излучения путем извлечения корня из числа 4 дважды:

4√4=√√4=√2≈1,4

Плотность потока излучения уменьшилась в 1,4 раза.

Свойства электромагнитных волн

Современные радиотехнические устройства позволяют провести очень наглядные опыты по наблюдению свойств электромагнитных волн. При этом лучше всего пользоваться волнами сантиметрового диапазона.

Эти волны излучаются специальным генератором сверхвысокой частоты (СВЧ). Электрические колебания генератора модулируют звуковой частотой. Принятый сигнал после детектирования подается на громкоговоритель.

Свойство 1 — Поглощение электромагнитных волн
Если расположить рупоры друг против друга и добиться хорошей слышимости звука в громкоговорители, а затем поместить между ними диэлектрик, звук будет менее громким.
Свойство 2 — Отражение электромагнитных волн
Если диэлектрик заменить металлической пластиной, то звук перестанет быть слышимым. Волны не достигают приемника вследствие отражения. Отражение происходит под углом, равным углу падения, как и в случае световых и механических волн. Чтобы убедиться в этом, рупоры располагают под одинаковыми углами к большому металлическому листу. Звук исчезнет, если убрать лист или повернуть его.
Свойство 3 — Преломление электромагнитных волн
Электромагнитные волны изменяют свое направление (преломляются) на границе диэлектрика. Это можно обнаружить с помощью большой треугольной призмы из парафина. Рупоры располагают под углом друг к другу, как и при демонстрации отражения. Металлический лист заменяют затем призмой. Убирая призму или поворачивая ее, наблюдают исчезновение звука.
Свойство 4 — Поперечность электромагнитных волн
Поместим между генератором и приемником решетку из параллельных металлических стержней. Решетку расположим так, чтобы стержни были горизонтальными или вертикальными. При одном из этих положений, когда электрический вектор параллелен стержням, в них возбуждаются токи, в результате чего решетка начинает отражать волны, подобно сплошной металлической пластине. Когда же вектор перпендикулярен стержням, токи в них не возбуждаются и электромагнитная волна проходит через решетку.

Шкала электромагнитных волн

Электромагнитные волны имеют большое разнообразие. Они классифицируются по длине волны λ или связанной с ней частоте ν. Шкала электромагнитных волн включает в себя:

  • радиоволны;
  • оптическое излучение;
  • ионизирующее излучение.

Укажем частоты и длины указанных волн, а также их подробную классификацию в таблице.

Наименование диапазона волнДлины волн (м)Частоты (Гц)
Радиоволны
Инфразвук, звук>105

Электромагнитное взаимодействие

С какой скоростью распространяются электромагнитные взаимодействия

Для начала введем основное определение.

Определение 1

Электромагнитное взаимодействие – это взаимодействие, осуществляемое между заряженным телом (или несколькими телами) и электромагнитным полем.

Электромагнитное поле в данном случае выступает основным проводником между заряженными частицами.

Электромагнитное взаимодействие относится к так называемым фундаментальным взаимодействиям (наряду с сильным, слабым и гравитационным). Его проявления видны повсюду в окружающем нас мире. Электромагнитная природа характерна для многих сил в механике, например, сил упругости, натяжения и других.

Источником электромагнитного поля служат заряженные частицы. Взаимодействие нейтральных (лишенных заряда) частиц осуществляется благодаря квантовым эффектам или особенностям их сложной внутренней структуры.

Именно это является основным отличием электромагнитного поля от гравитационного, сила воздействия которого распространяется на все частицы без исключения.

Однако именно электромагнитное взаимодействие обеспечивает существование молекул и атомов, потому что они связаны между собой электромагнитными силами. Таким образом, именно этот тип взаимодействия лежит в основе всех явлений на нашей планете.

Электромагнитную природу имеют и химические силы, поскольку они объединяют атомы в молекулы. Сила воздействия электромагнитного поля значительно больше, чем гравитационного. В отличие от сильного и слабого взаимодействия радиусом его действия является бесконечность. Такую особенность можно объяснить тем, что главным переносчиком электромагнитного поля является фотон, не имеющий массы.

От слабого взаимодействия электромагнитные силы также отличаются тем, что по отношению к заряду и пространству они всегда сохраняют свою четность. Однако в отличие от сильного взаимодействия, в нем не происходит сохранения изотопического спина.

Сравнение сил электромагнитного взаимодействия с гравитационными

Попробуем сравнить электромагнитное взаимодействие с гравитационным на основе их отношения к протону. Он является стабильной частицей с массой mp=1,67·10-27 кг и зарядом qp=1,6·10-19 Кл.

Параметр сравненияЭлектромагнитное взаимодействиеГравитационное взаимодействие
1ИсточникЭлектрический зарядТензор энергии-импульса
2Продолжительность10-21 c1016 с
3Тип проявленияСуществование молекул, атомов и химических силУниверсальное с участием всех частиц
4Радиус распространенияБесконечныйБесконечный
5ПереносчикФотонГравитон
6Какие частицы взаимодействуютЗаряженные частицы, нейтральные частицы с определенной структуройВсе без исключения
7Статическая сила взаимодействия между протонамиFe=qp24πεε0r2, где ε0=8,8·10-12Фм является электрической постоянной, ε – диэлектрической проницаемостью среды, а r – расстоянием между частицами.Fg=Gmp2r2 где показатель G равен 6,67·10-11м3кгс2, а r означает расстояние между частицами.

Нужна помощь преподавателя? Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Что такое постоянная электромагнитного взаимодействия

Определение 2

Существует важная величина, называемая постоянной электромагнитного взаимодействия, которая выражается так:

a=e24πε0hc.

Здесь заряд электрона будет равен e=-1,6·10-19 Кл, а скорость света, распространяющегося в вакууме, – h=h2π=1,05·10-34Дж·c, c=3·108 мс. Вычислим значение постоянной:

α=(1,6·10-19)24·3,14·8,8·10-12·1,05·10-343·108≈2,56·10-38348,15·10-38≈1137.

Разберем несколько примеров применения постоянной в решении задач.

Пример 1

Условие: в вакууме на расстоянии одного метра находятся два протона. Определите силу электростатического и гравитационного взаимодействия между ними.

Решение

Чтобы найти силу гравитации, нам нужно использовать формулу Fg=Gmp2r2. Здесь расстояние между частицами будет равно G=6,67·10-11 м3кгс2, а mp=1,67·10-27 кг.

Вычислим значение с учетом этих данных:

Fg=6,67·10-111,67·10-27212=18,6·10-45 (Н).

Для нахождения силы электростатического взаимодействия нам потребуется закон Кулона:

Fe=qp24πεε0r2.

Здесь электрическая постоянная будет равна ε0=8,8·10-12Фм. Буквой ε обозначена диэлектрическая проницаемость среды. В вакууме значение данного параметра будет равно единице. Заряд протона такой же, как у электрона, но с противоположным знаком: qp=1,6·10-19 Кл.

У нас есть все нужные данные для расчета. Вычислим ответ:

Fe=1,6·10-1924·3,14·8,8·10-12·12=2,56·10-38110,53·10-12=2,31·10-28 (Н).

Ответ: итоги расчета говорят нам о том, что два протона будут испытывать силу гравитационного притяжения на заданном расстоянии, равную 18, 6·10-45 Н. Электростатическое отталкивание в этом случае будет значительно больше: 2,31·10-28 Н.

Пример 2

Условие: найдите значение удельного заряда частицы, при котором сила гравитационного воздействия будет равна по модулю силе электростатического. Взаимодействующие частицы при этом будут одинаковы.

Решение

Решить эту задачу можно с помощью закона всемирной гравитации и закона Кулона.

Fg=Gm2r2, буквой m обозначена масса частицы, G – гравитационная постоянная, а r ­ расстояние, на котором расположены частицы.

Fe=q24πεε0r2, буквой q обозначен заряд каждой частицы, ε0 – электрическая постоянная, а r ­ расстояние между частицами.

Согласно первоначальным условиям, Fg=Fe, значит, Gm2r2=q24πεε0r2 и 4πεε0Gm2=q2→qm=4πεε0G.

Допустим, что данные частицы находятся в вакууме, тогда ε=1. Зная, что значение гравитационной постоянной G=6,67·10-11м3кгс2, а электрической – ε0=8,8·10-12 Фм, можем вычислить ответ:

qm=4·3,14·8,8·10-12·6,67·10-11≈8,9·10-11.

Ответ: искомый заряд частицы будет равен 8,9·10-11 Клкг.

  • Два одинаковых металлических шарика с зарядами 5 нкл и

    • Вид работы:Решение задач
    • Выполнена:10 июня 2017 г. дней
    • Стоимость:100 руб

    Заказать такую же работу

  • Теория горения и взрыва. Заказ: 65687

    • Вид работы:Решение задач
    • Выполнена:16 мая 2017 г. дней
    • Стоимость:2 500 руб

    Заказать такую же работу

  • Колебательные и вращательные спектры двухатомных молекул

    • Вид работы:Реферат
    • Выполнена:11 мая 2017 г. дней
    • Стоимость:400 руб

    Заказать такую же работу

  • Сборка схем вторичной коммутации с маркировкой прозвонкой цепей

    • Вид работы:Реферат
    • Выполнена:9 мая 2017 г. дней
    • Стоимость:500 руб

    Заказать такую же работу

  • Методика преподавания электродинамики в средней школе

    • Вид работы:Курсовая
    • Выполнена:21 мая 2016 г. дней
    • Стоимость:1 000 руб

    Заказать такую же работу

  • Физика в быту

    • Вид работы:Курсовая
    • Выполнена:12 апреля 2016 г. дней
    • Стоимость:1 000 руб

    Заказать такую же работу

  • Смотреть все работы по физике

    Не получается написать работу самому?

    Доверь это кандидату наук!

    8. Электромагнитные волны [1973 Григорьев В.И., Мякишев Г.Я. – Силы в природе]

    С какой скоростью распространяются электромагнитные взаимодействия

    Новости    Библиотека    Энциклопедия    Биографии    Ссылки    Карта сайта    О сайте

    Фундаментальные законы природы, к числу которых относятся найденные Максвеллом законы электромагнетизма, замечательны в следующем отношении: “они могут дать больше, чем заключено в том материале, из которого они получены”. Именно благодаря этому возможна наука.

    В самом деле, если бы (перефразируя Козьму Пруткова) каждый закон, подобно колбасе, содержал бы лишь то, чем он начинен, то законов было бы столько же, сколько явлений природы, и мы вместо современной науки имели бы необозримое скопление сведений о наблюдаемых в природе процессах, но ничего нового не могли бы предсказать.

    Этот факт касается самого смысла науки, и поэтому необходимость его стала понятной еще до того, как были сформулированы законы механики. Приведенное выше высказывание принадлежит английскому философу Бэкону и было сделано им до выхода в свет основного труда Ньютона “Математические начала натуральной философии”.

    Как передается электромагнитное взаимодействие

    Среди бесчисленных следствий, вытекающих из уравнений для электромагнитного поля Максвелла, содержался результат чрезвычайной важности, предугадать который заранее было бы трудно. В них содержалась, как обнаружил сам Максвелл, конечность скорости распространения электромагнитных взаимодействий.

    Согласно концепции дальнодействия сила Кулона, действующая на электрический заряд, сразу же изменится, если соседний заряд сдвинуть с места. Действие передается мгновенно. С точки зрения действия на расстоянии иначе быть не может. Ведь один заряд непосредственно через пустоту “чувствует” другой.

    По Максвеллу дело обстоит совершенно иначе и много сложнее. Перемещение заряда меняет электрическое поле вблизи него. Это переменное электрическое поле (ток смещения) порождает переменное магнитное поле в соседних областях пространства.

    Переменное магнитное поле в свою очередь рождает переменное электрическое поле в соответствии с полевым истолкованием явления электромагнитной индукции, электрическое в свою очередь – магнитное и т. д.

    Причем возникающие вихри магнитного (или электрического) поля гасят поле в тех участках, где оно уже имелось, но захватывают новые области пространства. Все происходит по тем правилам определения направления полей, о которых мы уже говорили раньше.

    Если бы поля были направлены иначе, то это привело бы к нарушению закона сохранения энергии. Созданное в пространстве магнитное поле нарастало бы со временем, одновременно распространяясь во все стороны.

    Перемещение заряда вызывает таким образом к жизни дремавшие до этого “способности” электромагнитного поля, и в результате всплеск этого поля, распространяясь, охватывает всё большие и большие области окружающего пространства, перестраивая по дороге то поле, которое существовало до смещения заряда.

    Наконец этот всплеск достигнет второго заряда, что и приведет к изменению действующей на него силы. Но произойдет это не в тот момент времени, когда произошло смещение первого заряда.

    Процесс распространения электромагнитного возмущения, механизм которого был вскрыт Максвеллом, протекает с конечной, хотя и очень большой скоростью.

    Как возникает электромагнитная волна

    Имея в руках только перо и систему уравнений электромагнитного поля перед глазами, Максвелл чисто математически показал, что скорость распространения этого процесса равна скорости света в пустоте: триста тысяч километров в секунду.

    Вот новое фундаментальное свойство поля, которое делает его, наконец, осязаемой реальностью. Можно поставить опыт по измерению времени распространения возмущения между двумя зарядами. Практически, правда, подобный опыт вряд ли удастся осуществить, так как очень велика скорость.

    Но это не так уж существенно. Важно, что впервые появилась возможность доказать существование поля опытным путем. Если эта возможность есть, то рано или поздно всегда будет найден такой вариант опыта, который окажется осуществимым.

    Так и произошло в действительности, когда Герцу удалось получить электромагнитные волны.

    Представьте себе, что электрический заряд не просто сместился из одной точки в другую, а приведен в быстрые колебания вдоль некоторой прямой, так что он движется подобно грузу, подвешенному на пружинке, но только много быстрее.

    Тогда электрическое поле в непосредственной близости от заряда начнет периодически изменяться. Период этих изменений, очевидно, будет равен периоду колебаний заряда.

    Электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле, а последнее в свою очередь вызывает появление переменного электрического поля, уже на большем расстоянии от заряда, и т. д.

    Электромагнитная волна

    В окружающем заряд пространстве, захватывая всё большие и большие области, возникает система периодически изменяющихся электрических и магнитных полей (“моментальный снимок” такой системы, по-видимому, многим хорошо известен), и этот процесс распространяется со скоростью света.

    Образуется то, что мы называем электромагнитной волной, бегущей во все стороны от колеблющегося заряда.

    В каждой точке пространства электрические и магнитные поля меняются во времени периодически, но, так как чем дальше расположена точка от заряда, тем позднее достигнут ее колебания полей, на разных расстояниях от заряда колебания не происходят синхронно.

    Максвелл был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн, но дожить до их обнаружения ему не было суждено. Умер он сравнительно молодым, за 10 лет до того, как Герц впервые экспериментально доказал существование электромагнитных волн.

    Взаимодействие посредством электромагнитных волн

    Посредством электромагнитных волн осуществляется совершенно новый тип взаимодействия между электрическими зарядами.

    Излучаются волны колеблющимися электрическими зарядами, следовательно, зарядами, скорость движения которых меняется со временем, – зарядами, движущимися с ускорением.

    Ускорение – главное условие порождения электромагнитных волн. Электромагнитное поле излучается не только при колебаниях заряда, но и при резком изменении его скорости.

    Итак, силы взаимодействия, осуществляемые электромагнитным полем, зависят не только от расстояния между частицами и их скоростей, но и от ускорений! Однако при этом от ускорения зависит только величина поля. Сила же, действующая на заряд со стороны электрического поля электромагнитной волны, по-прежнему зависит только от напряженности поля, а со стороны магнитного – еще от скорости движения заряда.

    С чем большей частотой колеблется заряд, тем большее ускорение он имеет и тем соответственно более интенсивны излучаемые им волны. При увеличении частоты колебаний всего лишь в два раза излучаемая энергия возрастает в 16 раз! Поэтому в антеннах радиостанций возбуждаются колебания с частотой в сотни миллионов колебаний в секунду.

    Самым важным фактом взаимодействия посредством электромагнитных волн, определяющим все его значение, является медленность убывания напряженностей полей в волне с расстоянием от источника.

    Как вы помните, электростатические силы и силы взаимодействия токов обратно пропорциональны квадрату расстояния и при этом считаются дальнодействующими. Убывание же с расстоянием полей в электромагнитной волне происходит обратно пропорционально самому расстоянию! Это крайне медленное убывание.

    Все другие силы уменьшаются с расстоянием гораздо быстрее. Здесь же, как показывают вычисления, за счет последовательного возбуждения полей друг другом они оказываются способными уходить от источника очень далеко.

    Вот почему поля даже сравнительно маломощной радиостанции могут быть обнаружены на расстояниях в тысячи километров, в то время как статические поля на таких расстояниях уже никак не сказываются.

    Здесь мы встречаемся с любопытным фактом. Поле, создаваемое зарядом на малых от него расстояниях, – это, в основном, кулоновское поле (правда, несколько модифицированное движением источника) со сравнительно малыми добавками вихревых электрических и магнитных полей. Но стоит нам отойти подальше – и эти добавки окажутся на первом плане и затмят быстро спадающие с расстоянием кулоновские поля.

    Нечто похожее происходит, если угодно, и с людьми.

    Разве редко случалось, что современники, смотревшие, так сказать, с малого расстояния, не понимали, за единичными исключениями, тех людей, истинные масштабы величия которых стали явственными только благодаря исторической перспективе? Кеплер, поздний Рембрандт, Лобачевский…

    разве перечислишь? Бывает и наоборот. Помните в старой сказке Андерсена: “Позолота вся сотрется, свиная кожа остается…”. Но стоит ли говорить о свиной коже – к счастью, прекрасное обладает куда большим “радиусом действия”.

    Но вернемся к электромагнитным волнам.

    По той же причине, о которой мы говорили выше, мы видим (ведь свет – тоже электромагнитная волна) звездные скопления, удаленные от нас на невообразимые расстояния, которые свет преодолевает только за сотни миллионов лет!

    Нельзя не упомянуть и еще об одной стороне процесса излучения. Если частица излучает, то расходящиеся электромагнитные волны уносят с собой энергию. Излучающая частица теряет энергию и, следовательно, должна испытывать некоторое торможение. На нее действует нечто подобное силе трения. Но что же это за сила? Со стороны чего она действует?

    Нам хорошо известно, что на заряженную частицу действует сила со стороны электрического и магнитного полей. Пока мы имели в виду только внешние (т. е. создаваемые окружающими частицу заряженными телами) поля.

    Но ведь есть еще и поля собственные, создаваемые самой частицей. Не оказывают ли они воздействия на порождающий их источник? Легко сообразить, что никаких сил самовоздействия нет, если источник покоится.

    Ведь иначе произошло бы совершенно невероятное: самоускорение частицы, предоставленной самой себе.

    Положение не меняется и при равномерном и прямолинейном движении источника (в чем легко убедиться, вспомнив, что покой есть просто частный случай равномерного прямолинейного движения). В этих простейших случаях полевой шлейф несется вместе с частицей, не отрываясь и не деформируясь.

    Совсем иной становится картина, если, например, резко подтолкнуть источник. Будь скорость распространения электромагнитных сигналов бесконечно большой, вслед за совершившей “рывок” частицей метнулось бы и все создаваемое ею поле, а, следовательно, сила самовоздействия как была, так и осталась бы нулевой. Но этого не происходит.

    Частица успевает выскочить из положения равновесия в собственном поле, вследствие чего должна появляться сила, стремящаяся вернуть ее в это положение, – тормозящая сила. Частица как бы увязает в собственном поле. Недаром физики говорят, что появляется “радиационное трение”. Не будет ошибкой сказать, что энергия, теряемая излучающей частицей, равна работе силы радиационного трения, т. е.

    силы, с которой действует на источник создаваемое им поле.

    Кулоновское поле

    Но у самовоздействия есть и еще одна интересная черта. Мы сказали, что сила самовоздействия покоящейся (или равномерно и прямолинейно движущейся) частицы равна нулю. Но из этого вовсе не следует, что равна нулю и энергия самовоздействия. Полевой шлейф имеет энергию, он имеет массу, он, следовательно, вносит свой вклад в инерцию частицы.

    Если бы электрон вдруг потерял по какой-то таинственной причине свой заряд, в то же мгновение уменьшилась бы его масса. На какую долю? Вот этого мы пока не знаем. Да это и не удивительно.

    Ведь здесь мы касаемся таких сторон взаимодействия между частицами и создаваемым ими полем, разобраться в которых можно лишь после основательного углубления наших знаний о том, что часто называют структурой элементарных частиц.

    А это пока еще область науки завтрашнего дня.

    Электромагнитные волны — скорость, длина, формулы

    С какой скоростью распространяются электромагнитные взаимодействия

    Давайте сначала разберемся, что такое волна.

    Волна — это распространение колебания в пространстве.

    Волны бывают механическими и электромагнитными.

    Главные герои этой статьи — электромагнитные волны. Немного удовлетворим ваше любопытство и скажем, что это те волны, которые мы потрогать не можем. Но все остальное чуть позже. Главное — терпение.

    Механические волны — это те волны, колебания которых можно почувствовать физически, потому что они распространяются в упругой среде.

    • Например, звук. Когда звук распространяется внутри какого-либо вещества, мы можем ощутить его прикосновением.

    Представьте, что вы стоите на железнодорожных путях. Нет, вы не Анна Каренина, вы — экспериментатор.

    Если к вам приближается поезд, вы рано или поздно его услышите. Вернее, услышите, как только звуковая волна со скоростью

    Поделиться:
    Нет комментариев

      Добавить комментарий

      Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.