Свойства

Сега ще се запознаем с основните свойства на електромагнитните вълни, които, за разлика от механичните вълни, се разпространяват и в празно пространство. Независимо, че природата на двата вида вълни е принципно различна, те имат и много сходни свойства, които се описват с еднакви физични величини.


Източници на електромагнитни вълни
Когато струните на китарата трептят, те създават в околния въздух звукови вълни, чиято честота е равна на честотата, с която трепти източникът на вълни. Електромагнитните вълни се създават от трептящи електрични заряди. Тяхната честота, подобно на честотата на механичните вълни, е равна на честотата, с която трепти източникът, т.е. електричните заряди. При трептенето електричните заряди се движат с ускорение. По-общо казано, източници на електромагнитни вълни са движещите се с ускорение електрични заряди. Трептения на електрични заряди могат да се предизвикат по различен начин. Трептения със сравнително ниски честоти възникват при протичане на променлив ток по проводник - например по предавателна радиоантена. Електромагнитни вълни с високи честоти (например видима светлина) се излъчват от електроните на атомите и молекулите.


Опити на Херц

Електромагнитните вълни са открити от германския физик Хайнрих Херц през 1887 г. В знаменитите опити на Херц високочестотни трептения на електрични заряди се предизвикват в т.нар. вибратор на Херц - две еднакви метални пръчки, към краищата на които са прикрепени метални топчета. Когато топчетата се заредят от източник на високо напрежение с достатъчно големи разноименни заряди, въздухът между тях се йонизира и прескача искра. Искрата свързва електрически двете пръчки и по тях протича ток, в резултат на което топчетата се презареждат. Топчето, което първоначално е имало положителен заряд, се зарежда отрицателно, а другото топче получава положителен заряд. След това отново възниква искра, протича ток в противоположната посока и т.н. - процесите многократно се повтарят. По този начин във вибратора на Херц протича високочестотен променлив ток. На разстояние няколко метра от вибратора Херц поставя приемник, съставен от огънат проводник с метални топчета в двата му края. Той установява, че когато между двете топчета на вибратора прескача искра, подобна искра възниква и между топчетата на приемника. Херц прави извода, че вибраторът е източник на електромагнитни вълни, които пренасят енергия и възбуждат променлив ток със същата честота в приемника.


Увеличи



Свойства на електромагнитните вълни
Свойствата на електромагнитните вълни в много отношения са сходни със свойствата на механичните вълни. Те са предсказани теоретично от Максуел и са надеждно проверени експериментално след откритието на Херц. Ще се спрем накратко на най-важните от тях.
1. Източници на електромагнитни вълни са трептящите (движещи се с ускорение) електрични заряди, които създават променливо електромагнитно поле. Веднъж възникнало, това поле съществува независимо от своя източник. Например високочестотният електричен ток във вибратора на Херц създава променливо магнитно поле. Измененията на магнитното поле пораждат електрично поле, а измененията на електричното поле поддържат магнитното поле. Тези изменения се предават от точка на точка и се разпространяват в пространството във вид на електромагнитни вълни. Бягащите електромагнитни вълни, подобно на бягащите механични вълни, се отдалечават от своя източник и пренасят енергия. Тъй като електромагнитно поле се създава както в материална среда, така и във вакуум, за разлика от механичните вълни електромагнитните вълни се разпространяват и във вакуум.
2. Херц пръв измерва скоростта на електромагнитните вълни и доказва, че тя съвпада със скоростта с на светлината, както предсказва теорията на Максуел. Според съвременните данни нейната числена стойност е с ≈ 2,997 924 58.108 m/s ≈ 3.108 m/s. Следователно електромагнитните вълни се разпространяват със скоростта на светлината. Скоростта на електромагнитните вълни във въздуха е приблизително равна на скоростта във вакуум.
3. Всяка точка от променливото електромагнитно поле на вълната се характеризира с интензитет Е на електричното поле и индукция В на магнитното поле. Интензитетът Е и индукцията В винаги са насочени перпендикулярно на посоката, в която се разпространява вълната, поради което електромагнитните вълни са напречни вълни.


Увеличи

4. Когато електричните заряди извършват хармонично трептене с честота v, излъчената от тях електромагнитна вълна се нарича хармонична или монохроматична вълна. Да разгледаме монохроматична вълна, която се разпространява по посока на оста х. На фигурата с насочени отсечки е показан в един и същ момент t интензитетът Е на електричното поле на вълната за различни точки от оста х. Във всяка точка интензитетът Е се изменя с течение на времето по подобен начин, както се изменя отклонението на махалото при хармоничното трептене. Казваме, че интензитетът извършва хармонично електромагнитно трептене с честота v. Както знаем, дължината на механичната вълна е равна на разстоянието между два съседни гребена. По аналогичен начин дължината X на електромагнитната вълна е равна на разстоянието между две съседни точки от оста х, в които интензитетът Е на електричното поле в дадения момент е максимален и е насочен по положителната посока на оста у - това са „гребените" на електромагнитната вълна. Дължината X, честотата v и скоростта с на електромагнитните вълни са свързани със същото съотношение, както при механичните вълни: c = Xv.


Увеличи

Атанас Илиев Вичко Чолаков WebCounter Школа А&Б