Вопросы на закрепление. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны Какие выводы относительно электромагнитных волн

  • Понятие электромагнитных волн

  • Образование электромагнитных волн

  • Виды электромагнитных излучений их свойства и применение

Природа электромагнитной волны

  • Электромагнитная волна представляет собой распространение в пространстве с течением времени переменных (вихревых) электрических и магнитных полей.


Образование ЭМВ волны

  • Электромагнитные волны изучаются колеблющимися зарядами, при этом существенно, что скорость движения таких зарядов меняется со временим, т.е. они движутся с ускорением.


  • Электромагнитное поле излучается заметным образом не только при колебании заряда, но и при любом быстром изменении его скорости. Причем интенсивность излучения волны тем больше, чем больше ускорение, с которым движется заряд.

  • Векторы Е и В в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу п перпендикулярны направлению распространения волны.

  • Электромагнитная волна является поперечной


Историческая справка

  • Максвелл был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн, но не дожил до их экспериментального обнаружения.

  • Лишь через 10 лет после его смерти электромагнитные волны экспериментально получены Герцем.

  • В 1895году А.С. Попов продемонстрировал практическое применение ЭМВ для радиосвязи.

  • Сейчас мы знаем, что все пространство вокруг нас буквально пронизано электромагнитными волнами разных частот.


Электромагнитные волны разных частот отличаются друг от друга.

  • В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн (и, соответственно, по частотам) на шесть основных диапазонов: радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, γ-излучение


Радиоволны

  • Получаются с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.

  • Свойства :

  • радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами.

  • проявляют свойства дифракции и интерференции.

  • Применение : Радиосвязь, телевидение, радиолокация.


Инфракрасное излучение (тепловое)

  • Излучается атомами или молекулами вещества. Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре.

  • Свойства :

  • проходит через некоторые непрозрачные тела, а также сквозь дождь, дымку, снег, туман;

  • производит химическое действие (фототгластинки);

  • поглощаясь веществом, нагревает его;

  • невидимо;

  • способно к явлениям интерференции и дифракции;

  • регистрируется тепловыми методами.

  • Применение : Прибор ночного видения, криминалистика, физиотерапия, в промышленности для сушки изделий, древесины, фруктов.


Видимое излучение

  • Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом.

  • Свойства:

  • отражение,

  • преломление,

  • воздействует на глаз,

  • способно к явлению дисперсии,

  • интерференции,

  • дифракции.


Ультрафиолетовое излучение

  • Источники : газоразрядные лампы с кварцевыми трубками. Излучается всеми твердыми телами, у которых t0> 1 ООО°С, а также светящимися парами ртути.

  • Свойства : Высокая химическая активность, невидимо, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благоприятно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное воздействие, изменяет развитие клеток, обмен веществ.

  • Применение : в медицине, в промышленности.


Рентгеновские лучи

  • Излучаются при больших ускорениях электронов.

  • Свойства : интерференция, дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке, большая проникающая способность. Облучение в больших дозах вызывает лучевую болезнь.

  • Применение : в медицине с целью диагностики заболеваний внутренних органов; в промышленности для контроля внутренней структуры различных изделий.


γ-излучение

  • Источники: атомное ядро (ядерные реакции).

  • Свойства: Имеет огромную проникающую способность, оказывает сильное биологическое воздействие.

  • Применение: В медицине, производстве (γ -дефектоскопия).


  • электромагнитное излучение частотой 50 Гц, которое создается проводами сети переменного тока, при длительном воздействии вызывает сонливость, признаки усталости, головные боли.

  • Чтобы не усиливать действие бытовых электромагнитных излучений, специалисты рекомендуют не располагать близко друг к другу работающие в наших квартирах электроприборы - микроволновую печь, электроплиту, телевизор, стиральную машину, холодильник, утюг, электрический чайник. Расстояние между ними должно быть не менее 1,5-2 м. На такое же расстояние следует удалять от телевизора или от холодильника ваши кровати.


Влияние электромагнитных излучений на живые организмы

  • Радиоволны

  • Инфракрасное

  • Ультрафиолетовое

  • Рентгеновское

  • γ-излучение


Вопросы на закрепление

  • Что называют электромагнитной волной?

  • Что является источником электромагнитной волны?

  • Как ориентированы векторы Е и В по отношению друг к другу в электромагнитной волне?

  • Какова скорость распространения электромагнитных волн в воздухе?


Вопросы на закрепление

  • 5. Какие выводы относительно электромагнитных волн вытекали из теории Максвелла?

  • 6. Какие физические величины периодически меняются в электромагнитной волне?

  • 7. Какие отношения между длиной волны, ее скоростью, периодом и частотой колебаний справедливы для электромагнитных волн?

  • 8. При каком условии волна будет достаточно интенсивной для того, чтобы ее можно было зарегистрировать?


Вопросы на закрепление

  • 9. Когда и кем были впервые получены электромагнитные волны?

  • 10. Приведите примеры применения электромагнитных волн.

  • 11. Расположите в порядке возрастания длины волны электромагнитные волны различной природы: 1) инфракрасное излучение; 2) рентгеновское излучение; 3) радиоволны; 4) γ -волны.


«Электромагнитные волны и их свойства» - Короткие волны. Электромагнитные волны. Радиоволны. Производит химическое действие на фотопластинки. В 1901 году Рентген первым из физиков получил Нобелевскую премию. Понятие упругого эфира привело к неразрешимым противоречиям. Электромагнитные волны - электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью.

«Физика электромагнитные волны» - Майкл Фарадей. 1. Что такое электромагнитное поле? =. Урок по физике в 11 классе учитель - Хатеновская Е.В. МОУ СОШ № 2 с.Красное. Так возникает электромагнитное поле. . Переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле и наоборот. Максвелл выразил законы электромагнитного поля в виде системы 4 дифференциальных уравнений.

«Трансформатор» - На уроке применяются цифровые образовательные ресурсы из http://school-collection.edu.ru. От чего и как зависит ЭДС индукции в катушке из проводника. 9. 5. Какой прибор нужно подключить между источником переменного тока и лампочкой? Можно ли повышающий трансформатор сделать понижающим? II. 13. Запиши важное В трансформаторе применяется явление электромагнитной индукции.

«Электромагнитные волны» - Окончил Берлинский университет (1880 г.) и был ассистентом у Г. Гельмгольца. 4.3 Экспериментальное исследование ЭМВ. Если оптическая разность хода. Интерференционным членом. 4.1 Генерация ЭМВ. Где. Дополнил известный принцип. Главный максимум, соответствующий. Рисунок 7.7.

«Электромагнитное поле» - Свойства электромагнитных волн: Скорость электромагнитных волн в вакууме обозначается латинской буквой с: с? 300 000 км/с. Что такое электромагнитная волна? Существование электромагнитных волн было предсказано Дж. Возникнет возмущение электромагнитного поля. 9 класс Учитель физики МОУ «СОШ с. Рефлектор» Леснова Н.П.

«Волны электромагнитные» - Радиоволны. Радиоволны Инфракрасное Ультрафиолетовое Рентгеновское?-излучение. Как ориентированы векторы Е и В по отношению друг к другу в электромагнитной волне? Получаются с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов. Рентгеновские лучи. Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом.

Всего в теме 14 презентаций

Из созданной Максвеллом теории можно сделать вывод о том, что быстропеременное электромагнитное поле должно распространяться в пространстве в виде поперечных волн. Причём эти волны могут существовать не только в веществе, но и в вакууме. Опираясь исключительно на теоретические выводы, Максвелл определил также, что электромагнитные волны должны распространяться в вакууме со скоростью 300 000 км/с, т. е. со скоростью света (скорость света, как известно, была измерена задолго до этого).

Вы уже знаете, что в механических волнах, например в звуковых, энергия передаётся от одних частиц среды к другим. При этом частицы приходят в колебательное движение, т. е. их смещение от положения равновесия периодически меняется. Для передачи звука обязательно нужна вещественная среда.

В связи с тем, что электромагнитные волны распространяются в веществе и в вакууме, возникает вопрос: что совершает колебания в электромагнитной волне, т. е. какие физические величины периодически меняются в ней?

  • Электромагнитная волна представляет собой систему порождающих друг друга и распространяющихся в пространстве переменных электрического и магнитного полей

Напомним, что количественной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции В.

Основной количественной характеристикой электрического поля служит векторная величина, называемая напряжённостью электрического поля, которая обозначается символом Е. Напряжённость Е электрического поля в какой-либо его точке равна отношению силы F, с которой поле действует на точечный положительный заряд, помещённый в эту точку, к значению этого заряда q.

Когда говорят, что магнитное и электрическое поля меняются, то это означает, что меняются соответственно вектор индукции магнитного поля В и вектор напряжённости электрического поля Е.

В электромагнитной волне именно векторы В и Е периодически меняются по модулю и по направлению, т. е. колеблются.

Рис. 135. Модель электромагнитной волны: Е - напряжённость электрического поля, В - индукция магнитного поля; с - скорость волны

На рисунке 135 изображены вектор напряжённости электрического поля Е и вектор индукции магнитного поля В электромагнитной волны в один и тот же момент времени. Это как бы «моментальный снимок» волны, распространяющейся в направлении оси Z. Плоскость, проведённая через векторы В и Е в любой точке, перпендикулярна направлению распространения волны, что говорит о поперечности волны.

За время, равное периоду колебаний, волна переместится вдоль оси Z на расстояние, равное длине волны. Для электромагнитных волн справедливы те же соотношения между длиной волны λ, её скоростью с, периодом Т и частотой v колебаний, что и для механических волн:

Максвелл не только научно обосновал возможность существования электромагнитных волн, но и указал, что для создания интенсивной электромагнитной волны, которую можно было бы зарегистрировать приборами на некотором расстоянии от источника, необходимо, чтобы колебания векторов Е и В происходили с достаточно высокой частотой (порядка 100 000 колебаний в секунду и больше).

Генрих Герц (1857-1894)
Немецкий физик, один из основоположников электродинамики. Экспериментально доказал существование электромагнитных волн

В 1888 г. немецкому учёному Генриху Герцу удалось получить и зарегистрировать электромагнитные волны. В результате опытов Герца были также обнаружены все свойства электромагнитных волн, теоретически предсказанные Максвеллом.

Всё окружающее нас пространство буквально пронизано электромагнитными волнами различных частот. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн (и соответственно по частотам) на шесть основных диапазонов, которые представлены на рисунке 136.

Рис. 136. Шкала электромагнитных волн

Границы диапазонов весьма условны, поэтому, как видно из рисунка, в большинстве случаев соседние диапазоны несколько перекрывают друг друга.

Электромагнитные волны разных частот отличаются друг от друга проникающей способностью, скоростью распространения в веществе, видимостью, цветностью и некоторыми другими свойствами.

Они могут оказывать как положительное, так и отрицательное воздействие на живые организмы. Например, инфракрасное, т. е. тепловое, излучение играет определяющую роль в поддержании жизни на Земле, поскольку люди, животные и растения могут существовать и нормально функционировать только при определённых температурах.

Видимый свет даёт нам информацию об окружающем мире и возможность ориентироваться в пространстве. Он необходим также для протекания процесса фотосинтеза в растениях, в результате чего выделяется кислород, необходимый для дыхания живых организмов.

Влияние на человека ультрафиолетового излучения (вызывающего загар) в большой степени определяется интенсивностью и продолжительностью облучения. В допустимых дозах оно повышает сопротивляемость организма человека к различным заболеваниям, в частности инфекционным. Превышение допустимой дозы может вызвать ожоги кожи, развитие онкологических заболеваний, ослабление иммунитета, повреждение сетчатки глаз. Глаза можно защитить с помощью стеклянных очков (как тёмных, так и прозрачных, но не пластиковых), так как стекло поглощает значительную часть ультрафиолетовых лучей.

Вы знакомы и с рентгеновским излучением, в частности с его широким применением в медицине - флюорографическое обследование или рентгеновский снимок наверняка делали каждому из вас. Но слишком большие дозы или частые обследования с помощью рентгеновских лучей могут вызвать серьёзные заболевания.

Получение электромагнитных волн имеет огромное научное и практическое значение. В этом можно убедиться на примере всего лишь одного диапазона - радиоволн, применяемых для телевизионной и радиосвязи, в радиолокации (т. е. для обнаружения объектов и измерения расстояния до них), в радиоастрономии и других сферах деятельности.

Вопросы

  1. Какие выводы относительно электромагнитных волн можно сделать из теории Максвелла?
  2. Какие физические величины периодически меняются в электромагнитной волне?
  3. Какие соотношения между длиной волны, её скоростью, периодом и частотой колебаний справедливы для электромагнитных волн?
  4. При каком условии волна будет достаточно интенсивной для того, чтобы её можно было зарегистрировать?
  5. Когда и кем были впервые получены электромагнитные волны?
  6. Приведите примеры применения разных диапазонов электромагнитных волн и их воздействия на живые организмы.

Упражнение

  1. На какой частоте суда передают сигнал бедствия SOS, если по международному соглашению длина радиоволны должна быть 600 м?
  2. Радиосигнал, посланный с Земли на Луну, может отразиться от поверхности Луны и вернуться на Землю. Предложите способ измерения расстояния между Землёй и Луной с помощью радиосигнала.

    Указание: задача решается таким же методом, каким измеряется глубина моря с помощью эхолокации (см. § 30).

  3. Можно ли измерить расстояние между Землёй и Луной с помощью звуковой или ультразвуковой волны? Ответ обоснуйте.

В данной работе были рассмотрены такие вопросы как понятие волн, электромагнитных волн и их экспериментальное обнаружение, свойства электромагнитных волн, шкала электромагнитных волн.

Электромагнитными волнами называется процесс распространения электромагнитного поля в пространстве.

Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано английским физиком Дж.К.Максвеллом. Известно, что электрический ток порождает магнитное поле (опыт Эрстеда), изменяющееся магнитное поле порождает электрический ток (опыт Фарадея). Имея в виду эти экспериментальные факты, английский физик Максвелл создал теорию электромагнитных волн. На основе своих уравнений он пришел к выводу, что в вакууме и диэлектриках произвольные возмущения электромагнитного поля распространяются в виде электромагнитной волны.

Таким образом, ускоренное движение электрических зарядов приводит к возникновению электромагнитных волн - взаимосвязанным изменениям электрического и магнитного полей. По Максвеллу: переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое (явление электромагнитной индукции), а переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное (магнитоэлектрическая индукция). В результате в соседних областях пространства возникает единое электромагнитное поле.

По Максвелу:

Электромагнитная волна является поперечной, так как векторы напряженность электрического поля и напряженность магнитного поля перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, их скорость распространения в вакууме примерно равна 300 000 км/с, эта волна несет энергию;

Электромагнитные волны, как и другие волны, переносят энергию. Эта энергия заключена в распространяющихся электрическом и магнитном полях;

Электромагнитная волна должна обладать импульсом, а поэтому оказывать давление на тела.

Впервые опыты с электромагнитными волнами были осуществлены в 1888 г. Г. Герцем. С помощью искрового разрядника и аналогичного ему приемника он получил и зарегистрировал электромагнитные волны, обнаружил их отражение и преломление. Дальнейшие исследования электромагнитных волн показали, что они обладают способностью испытывать отражение, преломление, дифракцию, интерференцию и поляризацию.

Заслуга по практическому использованию электромагнитных волн в радиосвязи принадлежит русскому физику А.С. Попову.

Значение теории Максвелла:

1. Максвелл показал, что электромагнитное поле - это совокупность взаимосвязанных электрических и магнитных полей.

2. Предсказал существование электромагнитных волн, распространяющихся от точки к точке с конечной скоростью.

3. Показал, что световые волны являются электромагнитными волнами, и по своей физической природе ничем не отличается от других электромагнитных волн - радиоволн, инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения.

4. Связал воедино электричество, магнетизм и оптику.