Тое (електромагнітне поле)

1. Електромагнітне поле.

Електромагнітне поле — це поле, яке описує електромагнітну взаємодію між фізичними тілами, особливий вид матерії, за допомогою якого відбувається електромагнітна взаємодія.. Існування ЕМ-хвиль було передбачене Максвеллом на основі аналізу відомих законів і теорем і введення струму зміщення. Він довів, що електричне і магнітне поля є проявом єдиного електромагнітного поля в різних системах відліку.

Електромагнітне поле характеризується векторними величинами напруженістю електричного поля , вектором електричної індукції , вектором магнітної індукції й напруженістю магнітного поля .

У вакуумі , . У середовищі ці співвідношення несправедливі через процеси поляризації та намагнічування. В загальному випадку

,

де — вектор поляризації, а — вектор намагніченості.

Конкретний зв'язок між цими величинами визначається фізичними процесами, які відбувається в середовищі й описується формулами, які називаються матеріальними співвідношеннями.

Наприклад, для однорідних ізотропних середовищ при слабких полях і без врахування запізнення й просторової дисперсії матеріальні співвідношення записуються:

,

де — діелектрична проникність середовища ( — діелектрична проникність вакууму), — магнітна проникність середовища.

Окремими проявами стаціонарного електромагнітного поля є електростатичнеполе і магнітнеполе.

Матеріальність електромагнітного поля доведена численними експериментами Фарадея, Герца та інших учених, які виявили силову дію поля на рухомі заряджені частинки і провідники зі струмом.

Нестаціонарне електромагнітне поле поширюється у просторі у вигляді електромагнітної хвилі.

Отже, електромагнітна хвиля — це процес поширення електромагнітних коливань (або поширення електромагнітного поля в просторі). Одна з основних її властивостей — поперечність: , інша важлива властивість така: електромагнітні хвилі усіх λ поширюються у вакуумі з однаковою швидкістю, що дорівнює швидкості світла у вакуумі: .

Шкала електромагнітних хвиль містить хвилі від -променів до радіохвиль.

ЕМХ при попаданні на поверхню речовини відбиваються, поглинаються і проходять через дане середовище. Енергія електромагнітної хвилі складається з енергії електричного поля і енергії магнітного поля: .

Густина енергії поля (тобто енергія поля в ділянці простору одиничного об’єму):

Ще одна важлива характеристика електромагнітного поля — густина потоку випромінювання. Так називається добуток W на швидкість хвилі v:

Отже, густина потоку випромінювання J чисельно дорівнює енергії, що переноситься електромагнітною хвилею за одиницю часу через поверхню одиничної площі, перпендикулярну до напрямку хвилі.

Необхідно зауважити, що коливальний контур із плоским конденсатором — закритий: електричне поле в такому контурі зосереджено в конденсаторі. Для випромінювання контуром у навколишній простір електромагнітних хвиль використовується відкритий контур.

Спрощено одержання такого контуру можна пояснити так: відстань між обкладками конденсатора збільшували доти, доки одна з них перетворилась на антену, а другу заземлили.

Електромагнітне поле створюється зарядами. Непорушні заряди створюють електричне поле, рухомі заряди — електричне й магнітне поле.

Джерелами ЕМП є (природні): атмосферна електрика, радіовипромінювання сонця і галактик; квазістатичні, електричні та магнітні поля землі, штучні джерела (електромагнітні установки з машинними генераторами, клістронні і магнетронні генератори і т.п.). Штучними джерелами також являються індуктори, конденсатори термічних установок з ламповими генераторами (потужність яких буває в границях 8-200 кВт), фідерні лінії, які з’єднують окремі частини генераторів, трансформатори, антени, відкриті кінці хвилеводів, генератори надвисоких частот.