- •Контур с током в магнитном поле
- •Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле
- •Действие магнитного поля на движущиеся электрические заряды. Сила Лоренца.
- •Движение заряженных частиц в магнитном поле. Принцип действия циклических ускорителей.
- •Эффект Холла.
- •Вихревой характер магнитного поля.
- •Закон полного тока. Применение закона полного тока для расчета магнитного поля тороида.
- •Магнитный поток. Теорема гаусса для магнитных полей.
- •Законы магнитных цепей
- •Магнетики. Намагничивание магнетиков. Вектор намагничения.
- •Напряженность магнитного поля. Связь между векторами j,b,h.
- •Доменная структура ферромагнетиков. Магнитный гистерезис.
- •Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея и правило Ленца.
- •Электронный механизм возникновения эдс индукции.
- •Явление самоиндукции. Индуктивность, единицы её измерения. Индуктивность длинного соленоида.
- •????? Установление тока в цепи, содержащей катушку индуктивности.
- •Взаимная индукция. Коэффициент взаимной индукции.
- •Энергия системы проводников с токами?????. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии магнитного поля.
- •Вихревое электрическое поле. Первое уравнение Максвела в интегральной форме.
- •Взаимосвязь электрического и магнитного полей. Ток смещения. Второе уравнение теории максвелла в интегральной форме.
- •Полная система уравнений Максвелла в дифференциальной форме.
- •Природа носителей тока в металлах. Доказательство электронной проводимости металлов.
- •Классическая теория проводимости металлов. Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца из электронной теории.
- •Связь между электропроводностью и теплопроводностью. Закон Видемана-Франца.
- •Трудности классической электронной теории.
- •Гармонические колебания. Линейный гармонический осциллятор. Математический и физический маятники.
- •Решения уравнения движения
- •Сложение гармонических колебаний.
- •Затухающие и вынужденные колебания.
- •Свободные колебания в электрическом колебательном контуре.
- •Вынужденные колебания. Добротность колебательного контура. Переменный электрический ток.
- •Резонанс напряжений в электрической цепи.
- •Резонанс токов в электрической цепи.
- •Автоколебания. Понятие о релаксационных колебаниях.
- •Упругие волны(продольные, поперечные). Уравнение бегущей волны(плоской сферической).
- •Уравнение плоской волны
- •Уравнение сферической волны
- •Свойства электромагнитных волн. Плоские электромагнитные волны.
- •Эффект Доплера для акустических и световых волн.?????
- •Энергия и импульс электромагнитных волн. Вектор Пойтинга.
- •Дипольное излучение электромагнитных волн.?????
- •Световые волны. Абсолютный и относительный показатели преломления. Интенсивность света.
- •Принцип Ферма. Вывод законов отражения и преломления света.
- •Когерентные волны. Способы получения когерентных волн.
- •Интерференция световых волн. Когерентность.
- •Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников.
- •Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона.
Уравнение плоской волны
Найдем вид функции x в случае плоской волны, предполагая, что колебания носят гармонический характер.
Направим оси координат так, чтобы ось x совпадала с направлением распространения волны. Тогда волновая поверхность будет перпендикулярна оси x. Так как все точки волновой поверхности колеблются одинаково, смещение x будет зависеть только от х и t: . Пусть колебание точек, лежащих в плоскости , имеет вид (при начальной фазе )
|
|
(5.2.2) |
|
Найдем вид колебания частиц в плоскости, соответствующей произвольному значению x. Чтобы пройти путь x, необходимо время .
Следовательно, колебания частиц в плоскости x будут отставать по времени на t от колебаний частиц в плоскости , т.е.
|
, |
(5.2.3) |
|
– это уравнение плоской волны.
Таким образом, x есть смещение любой из точек с координатой x в момент времени t. При выводе мы предполагали, что амплитуда колебания . Это будет, если энергия волны не поглощается средой.
Такой же вид уравнение (5.2.3) будет иметь, если колебания распространяются вдоль оси y или z.
В общем виде уравнение плоской волны записывается так:
|
, или . |
(5.2.4) |
|
Выражения (5.2.3) и (5.2.4) есть уравнения бегущей волны.
Уравнение (5.2.3) описывает волну, распространяющуюся в сторону увеличения x. Волна, распространяющаяся в противоположном направлении, имеет вид:
.
Уравнение волны можно записать и в другом виде.
Введем волновое число , или в векторной форме:
|
, |
(5.2.5) |
|
где – волновой вектор, – нормаль к волновой поверхности.
Так как , то . Отсюда . Тогда уравнение плоской волны запишется так:
|
. |
(5.2.6) |
|
Уравнение сферической волны
В случае, когда скорость волны υ во всех направлениях постоянна, а источник точечный, волна будет сферической.
Предположим, что фаза колебаний источника равна wt (т.е. ). Тогда точки, лежащие на волновой поверхности радиуса r, будут иметь фазу . Амплитуда колебаний здесь, даже если волна не поглощается средой, не будет постоянной, она убывает по закону . Следовательно, уравнение сферической волны:
|
, или , |
(5.2.7) |
|
где А равна амплитуде на расстоянии от источника равном единице.
Уравнение (5.2.7) неприменимо для малых r, т.к. при , амплитуда стремится к бесконечности. То, что амплитуда колебаний , следует из рассмотрения энергии, переносимой волной.
Свойства электромагнитных волн. Плоские электромагнитные волны.
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 электрического 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. Гипотеза Максвелла 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, то есть 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. 5.6.3).
|
2. 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. Скорость электромагнитных волн в вакууме (ε = μ = 1):
|
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. 5.6.3), ориентированную перпендикулярно направлению распространения волны, то за малое время Δt через площадку протечет энергия ΔWэм, равная
ΔWэм = (wэ + wм)υSΔt. |
|
Волна с постоянной амплитудой колебаний в любой точке наблюдения называется плоской Наиболее простое выражение для векторов электромагнитного поля имеет плоская волна, распространяющаяся вдоль одной их координатных осей принятой декартовой системы координат , например, вдоль оси (рис.1.1). Колебания вектора напряжённости электрического поля такой волны будет определяться выражением
|
(1.3a) |
где 0 - амплитуда колебаний электрического вектора, постоянная во всех точках пространства; k x=(( ) - пространственная составляющая полной фазы волны, которая имеющая постоянное значение в любой плоскости, параллельной плоскости ZOY, определяемое расстоянием, которое прошла волна от точки - начальная фаза колебаний волны при .
Колебания вектора напряжённости магнитного поля такой волны будет определяться аналогичным выражением
|
(1.3b) |
где - амплитуда колебаний электрического вектора, постоянная во всех точках пространства.
.
|
Рис. 1.1. |