Физика › 9 класс › Электромагнитное поле и электромагнитные волны

Тема 26Электромагнитное поле. Электромагнитные волны

★★★

Термины темы — найди их в тексте:Электромагнитное полеЭлектромагнитная волнаэлектрическое полемагнитное полеэлектромагнитную индукциюв вакуумепоперечныес ускорением

Вспомним 8 класс. Электрические заряды создают вокруг себя электрическое поле, а движущиеся заряды (ток) — ещё и магнитное поле.

Силовые линии электрического поля начинаются и заканчиваются на зарядах. Силовые линии магнитного поля замкнуты Иллюстрация: light-fizika.ru

В 1831 году Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию: в замкнутом проводнике возникает ток, если магнитный поток через него меняется.

Магнит движется в катушке — возникает индукционный ток Иллюстрация: light-fizika.ru

Но что приводит в движение электроны в неподвижном проводе? Магнитное поле на неподвижные заряды не действует. Значит, меняющееся магнитное поле порождает электрическое поле, и оно двигает электроны.

Теория Максвелла (1865)

Всякое изменение магнитного поля порождает переменное электрическое поле, а всякое изменение электрического поля порождает переменное магнитное поле.

Силовые линии такого (вихревого) электрического поля замкнуты, как у магнитного.

Меняющееся магнитное поле создаёт вихревое электрическое поле, а меняющееся электрическое поле — магнитное Иллюстрация: light-fizika.ru

Определение

Электромагнитное поле — единое поле, проявлениями которого являются электрическое и магнитное поля. Электромагнитная волна — бегущие в пространстве переменные электрическое и магнитное поля, порождающие друг друга.

Переменные поля порождают друг друга и уходят от источника — так рождается электромагнитная волна Иллюстрация: light-fizika.ru

Свойства электромагнитных волн

Из теории Максвелла следовало, что электромагнитные волны:

распространяются и в веществе, и в вакууме;
поперечные: векторы $\vec E$ и $\vec B$ перпендикулярны друг другу и направлению распространения;
распространяются в вакууме со скоростью $c\approx3\cdot10^8$ м/с = 300 000 км/с;
излучаются зарядами, которые движутся с ускорением, например колеблются в антенне.

В электромагнитной волне векторы E и B колеблются перпендикулярно друг другу и направлению распространения Иллюстрация: light-fizika.ru

Длина электромагнитной волны:

\lambda=cT=\frac{c}{\nu}.

Скорость электромагнитных волн совпала со скоростью света. Отсюда Максвелл сделал вывод: свет — это электромагнитная волна.

Пример решения

Радиостанция вещает на частоте 100 МГц. Найдите длину волны.

$\lambda=\dfrac{c}{\nu}=\dfrac{3\cdot10^8}{10^8}=3$ м.

Образ для запоминания

Электромагнитная волна — «эстафета двух полей»: меняющееся магнитное поле передаёт эстафету электрическому, а то — снова магнитному. Так они и бегут вдвоём, даже в пустоте, со скоростью 300 000 км/с.

⚗ Мини-опыт

Включите колебания зарядов в антенне. Следите, как от неё уходят колебания электрического (красные стрелки) и магнитного (синие) полей. Как меняется длина волны при увеличении частоты?

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Что порождает переменное магнитное поле?

Это главная идея теории Максвелла.

2С какой скоростью распространяются электромагнитные волны в вакууме?

340 м/с — скорость звука в воздухе.

3Электромагнитные волны продольные или поперечные?

Векторы

\vec E

\vec B

перпендикулярны направлению распространения.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

Кто создал теорию электромагнитного поля?
Ответ
Джеймс Клерк Максвелл (1865).
Как получилось?
Что излучает электромагнитные волны?
Ответ
Заряды, движущиеся с ускорением, например колеблющиеся в антенне.
Как получилось?
Найдите длину волны частотой 300 МГц.
Ответ
$\lambda=\dfrac{3\cdot10^8}{3\cdot10^8}=1$ м.
Как получилось?
Распространяются ли электромагнитные волны в вакууме?
Ответ
Да, в отличие от звука.
Как получилось?
Как расположены векторы $\vec E$ и $\vec B$ в электромагнитной волне?
Ответ
Перпендикулярно друг другу и направлению распространения волны.
Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

Длина волны радиостанции 1500 м. Найдите её частоту.
Ответ
$\nu=\dfrac{3\cdot10^8}{1500}=2\cdot10^5$ Гц = 200 кГц.
Как получилось?
Сколько времени радиосигнал идёт от Земли до Луны (384 000 км)?
Ответ
$t=\dfrac{3{,}84\cdot10^8}{3\cdot10^8}\approx1{,}3$ с.
Как получилось?
Почему звук не проходит через вакуум, а свет проходит?
Ответ
Звук — колебания частиц среды, а электромагнитная волна — колебания полей, которым среда не нужна.
Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Электромагнитное поле

Единое поле, проявлениями которого являются электрическое и магнитное поля.

Электромагнитная волна

Бегущие в пространстве переменные электрическое и магнитное поля, порождающие друг друга.

Теория Максвелла

Меняющееся магнитное поле рождает электрическое, и наоборот.

Скорость электромагнитных волн

c ≈ 3·10⁸ м/с = 300 000 км/с — скорость света.

Длина электромагнитной волны

λ = c/ν = cT

Что такое свет

Электромагнитная волна.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.