- •35. Самостоятельный газовый разряд, его типы и применение.
- •36. Плазма, ее свойства и применение.
- •37. Магнитное поле. Опыты Эрстеда. Магнитный момент витка с током.
- •38. Вектор магнитной индукции. Его связь с магнитной напряженностью.
- •39. Графическое изображение магнитного поля. Отличие линий магнитного поля от линий электростатического поля.
- •40. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле прямого тока.
- •41. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле в центре кругового проводника с током.
- •42. Взаимодействие проводников с током. Закон Ампера.
- •43. Магнитное поле движущегося заряда.
- •44. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.
- •45. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Ускорители элементарных частиц.
- •46. Эффект Холла.
- •47. Циркуляция вектора магнитной индукции. Ее сравнение с циркуляцией напряженности электростатического поля.
- •48. Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля.
- •49. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.
- •50. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца.
- •51. Вывод закона Фарадея из закона сохранения энергии.
- •52. Индуктивность контура. Самоиндукция. Э.Д.С. Самоиндукции.
- •53. Явление взаимной индукции. Принцип работы магнитного поля.
- •54. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.
- •55. Магнетики. Молекулярные токи. Магнитные моменты атомов.
- •56. Диа- и парамагнетики. Их намагниченность.
- •57. Природа ферромагнетизма. Свойства ферромагнетиков.
- •58. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость вещества.
- •60. Вихревое электрическое поле.
- •61. Ток смещения.
- •62. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля.
- •66. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны. Плоские электромагнитные волны.
- •67. Энергия и импульс электромагнитных волн. Вектор Умова-Пойнтинга.
- •68. Излучение диполя. Применение электромагнитных волн.
- •1. Электрический заряд. Опыты Милликена. Закон сохранения заряда.
- •2. Закон Кулона.
- •3. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции.
- •4. Графическое изображение электростатического поля. Поток вектора напряженности.
- •5. Электрический диполь. Поле диполя.
- •10. Потенциал электростатического поля.
- •11. Связь потенциала с напряженностью электростатического поля.
- •12. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков. Виды поляризации.
- •14. Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.
- •16. Проводники в электростатическом поле. Граничные условия на границе «проводник-вакуум».
- •17. Электроемкость уединенного проводника. Единица электроемкости.
66. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны. Плоские электромагнитные волны.
Для однородной и изотропной среды вдали от зарядов и токов, создающих электромагнитное поле, из уравнений Максвелла следует, что векторы напряженностей Е и Н переменного электромагнитного поля удовлетворяют волновому уравнению типа:
—оператор Лапласа.
Т.е. электромагнитные поля могут существовать в виде электромагнитных волн. Фазовая скорость электромагнитных волн определяется выражением (1) v — фазовая скорость, где с= 1/00, 0 и 0 — соответственно электрическая и магнитная постоянные, и — соответственно электрическая и магнитная проницаемости среды.
В вакууме (при =1 и =1) скорость распространения электромагнитных волн совпадает со скоростью с. Так как > 1, то скорость распространения электромагнитных волн в веществе всегда меньше, чем в вакууме.
При вычислении скорости распространения электромагнитного поля по формуле (1) получается результат, достаточно хорошо совпадающий с экспериментальными данными, если учитывать зависимость и , от частоты. Совпадение же размерного коэффициента в со скоростью распространения света в вакууме указывает на глубокую связь между электромагнитными и оптическими явлениями, позволившую Максвеллу создать электромагнитную теорию света, согласно которой свет представляет собой электромагнитные волны.
Следствием теории Максвелла является поперечность электромагнитных волн: векторы Е и Н напряженностей электрического и магнитного полей волны взаимно перпендикулярны (рис. 227) и лежат в плоскости, перпендикулярной вектору v скорости распространения волны, причем векторы Е, Н и v образуют правовинтовую систему. Из уравнений Максвелла следует также, что в электромагнитной волне векторы Е и Н всегда колеблются в одинаковых фазах (см. рис. 227), причем мгновенные значения £ и Я в любой точке связаны соотношением 0=0Н. (2)
Этим уравнениям удовлетворяют, в частности, плоские монохроматические электромагнитные волны (электромагнитные волны одной строго определенной частоты), описываемые уравнениями Еу=Е0cos(t-kx+), (3) Hz=H0cos(t-kx+), (4), где е0 и Н0 — соответственно амплитуды напряженностей электрического и магнитного полей волны, — круговая частота волны, k=/v— волновое число, — начальные фазы колебаний в точках с координатой х=0. В уравнениях (3) и (4) одинаково, так как колебания электрического и магнитного векторов в электромагнитной волне происходят с одинаковой фазой.
67. Энергия и импульс электромагнитных волн. Вектор Умова-Пойнтинга.
Возможность обнаружения электромагнитных волн указывает на то, что они переносят энергию. Объемная плотность w энергии электромагнитной волны складывается из объемных плотностей wэл и wм электрического и магнитного полей: w = wэл+wм=0E2/2+0H2/2.
Получим, что плотность энергии электрического и магнитного полей в каждый момент времени одинакова, т. е. wэл = wм. Поэтому w =2wэл=0Е2 =00ЕН. Умножив плотность энергии w на скорость v распространения волны в среде, получим модуль плотности потока энергии: S=wv=EH. Так как векторы Е и Н взаимно перпендикулярны и образуют с направлением распространения волны правовинтовую систему, то направление вектора [ЕН] совпадает с направлением переноса энергии, а модуль этого вектора равен ЕН. Вектор плотности потока электромагнитной энергии называется вектором Умова— Пойнтинга: S = [EH]. Вектор S направлен в сторону распространения электромагнитной волны, а его модуль равен энергии, переносимой электромагнитной волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны.
Существование давления электромагнитных волн приводит к выводу о том, что электромагнитному полю присущ механический импульс. Импульс электромагнитного поля p=W/c, где W — энергия электромагнитного поля. Выражая импульс как р=mc (поле в вакууме распространяется со скоростью с), получим p = mc=W/c, откуда W = mc2. Это соотношение между массой и энергией свободного электромагнитного поля является универсальным законом природы.