Электромагнитные волны
|
Мы знаем, что если в цепи протекает переменный ток, то в окружающем пространстве возникает переменное вихревое магнитное поле, которое в свою очередь порождает вихревое электрическое поле, то есть переменный ток является источником электромагнитных волн (ЭМВ). Рассмотрим процесс образования электромагнитных полей и, следовательно, волн колебательным контуром, в котором тем или иным способом поддерживаются электрические колебания. Если взять плоский конденсатор и соленоид с плотно расположенными витками, то практически поле будет почти полностью сосредоточено между обкладками и внутри соленоида. Излучательная способность ЭМВ у рассматриваемого контура мала. Чтобы излучение волн возросло, следует заменить соленоид линейным проводником и раздвинуть обкладки конденсатора, уменьшая их размеры (рис. 2.5). Преобразованный колебательный контур (рис. 2.5в) представляет собой отрезок проводника (диполь), в котором, если подводить энергию извне, возбуждаются высокочастотные электромагнитные колебания.
Диполь излучает в пространство ЭМВ большой мощности.
В близи диполя поле носит сложный характер, но на расстояниях, больших по сравнению с его размерами, поле имеет сравнительно простой вид.
|
в любой точке направлена по касательной к меридиану, напряженность магнитного поля 
направлено по касательной к параллели. Причем векторы и связаны с направлением распространения волн по правилу правого винта (рис. 2.7б).
Если напряжение, подводимое на диполь, изменяется по закону:
U = U0 cos ωt ,
то в рассматриваемой точке Е и Н можно выразить так:
,(2.12)
(2.13)
где 
, 
,Ө - угол, который образует 
с осью диполя, 
– скорость распространения ЭМВ в среде.
|
При Ө = 0 Em= 0 и Hm= 0. Диполь ЭМВ в направлении оси диполя не излучает. Наибольшая интенсивность излучения диполя при Ө = π/2.
В изотропной непроводящей среде Е и Н изменяются синфазно. При этом они связаны друг с другом соотношением: 
= 
.
В направлении распространения ЭМВ можно представить с помощью двух синусоид, лежащих во взаимно перпендикулярных плоскостях. Одна из них изображает колебания вектора электрической напряженности , а другая – вектора магнитной напряженности (рис. 2.7а). Оба вектора колеблются в одинаковой фазе.
2.6. Энергия электромагнитной волны. Вектор Умова – Пойнтинга
Распространение ЭМВ сопровождается переносом энергии, характеризующей электромагнитное поле. Плотность потока ЭМВ 
,где
Так как 
,то плотности энергий электрического и магнитного полей в каждый момент времени для рассматриваемой точки одинаковы (wE= wH), то
.
Согласно теории Максвелла скорость распространения электромагнитных волн в среде
следовательно, плотность потока ЭМВ
(2.14)
Лекция 3
Дата добавления: 2015-08-08; просмотров: 787;