Электромагниттік толқынның қасиеттері. Умов-Пойнтинг векторы

Электромагниттік индукция құбылысын оқығанда магнит өрісінің өзгеруі электр өрісінің пайда болуына әкеліп соқтыратынын байқаған едік. 1865 жылы Максвелл осыған кері құбылыстан, яғни электр өрісінің өзгеруі магнит өрісінің пайда болуына әкеліп соғуы мүмкін деген жорамал айтқан болатынды. Кейіннен бұл жорамал дәлелденді.

Сонымен, электромагниттік индукция құбылысы мынадай екі құбылысты қамтиды:

1. Кеңістіктің бір нүктесіндегі магнит өрісі индукциясының ( ) өзгеруі көршілес нүктелерде кернеулігі өзгеріп отыратын құйынды электр өрісінің пайда болуына себепші болады. Электр өрісінің күш сызықтары магнит өрісінің күш сызықтары орап және оның жазықтығына перпендикуляр орналасады (3-сурет). Құйынды электр өрісі векторлық шамамен сипатталады, оны өріс құйыны немесе өріс роторы деп атайды.

3-сурет.

2. Кеңістіктің бір нүктесіндегі электр өрісінің кернеулігінің (Е) өзгеруі көршілес нүктелерде индукциясы өзгеріп отыратын құйынды магнит өрісінің (В) пайда болуына себепші болады. магнит өрісінің күш сызықтары электр өрісінің күш сызықтарын орап алып, оның жазықтығына перпендикуляр орналасады (3-сурет).

Пайда болған құйынды магнит өрісінің роторы тоқ өткізбейтін ортада электр кернеулігінің өзгеру жылдамдығына тура пропорционал болады, яғни кеңістіктің бір нүктесінде айнымалы магнит өрісі немесе электр өрісі бар болса, онда айнымалы құйынды электр және магнит өрістерінің туғызылуын қамтамасыз етеді. Міне, осы өрісті электромагниттік өріс деп атайды. Вакуумда немесе ортада электромагниттік өрістің таралуын электромагниттік толқындар деп атайды. Электромагниттік толқындардың қасиеттерін қарастырайық:

а) Электромагниттік толқындардың ортадағы таралу жылдамдығы Максвелл теңдеуімен анықталады:

(9)

мұндағы - жарықтың вакуумдағы жылдамдығы;

б) Электромагниттік толқындар көлденең толқындар болып есептеледі. және векторлары біріне-бірі перпендикуляр және олар жатқан жазықтық толқын таралу жылдамдығының векторына перпендикуляр болып келеді. Олардың модульдері былай байланысқан:

(10)

в) Егер және векторлары толқын жиілігі деп аталатын тұрақты жиілікте гармоникалық тербеліс жасайтын болса, онда электромагниттік тербелістер монохромат тербелістер делінеді. - өсінің бойымен таралатын жазық монохромат толқынының теңдеуі былайша жазылады:

(11)

мұндағы - электромагниттік толқындағы электр кернеулігі мен магнит индукциясының амплитудасы, толқынның циклдік жиілігі.

г) Электромагниттік толқындар энергиясының көлемдік тығыздығы:

(12)

мұндағы с – электромагниттік толқындардың вакуумдағы жылдамдығы. Электромагниттік толқындар таралғанда энергия тасымалданады. Ол электр магнит өрістерінің энергиясынан тұрады. Біз электр және магнит өрістерінің бірлік көлемде тасымалдайтын энергиясын

(13)

формуласымен анықтағанбыз. Ал электромагниттік өрістің бірлік көлемде тасымалдайтын энергиясы осы екеуінің қосындысына тең:

(14)

Электромагниттік толқын жарық жылдамдығына тең жылдамдықпен таралады. (9) және (10) формулаларды еске алсақ:

(15)

Электромагниттік толқынның бірлік уақыт ішінде бірлік ауданнан алып өтетін энергиясының шамасын энергия ағыны деп атайды. Ол:

(16)

-ді алғаш енгізген Н.А. Умов еді, (16) өрнегін Умов –Пойнтинг векторы деп атайды;

д) Электромагниттік толқындар жолында кездескен кедергіге қысым түсіреді:

, (17)

мұндағы –толқын энергиясының көлемдік тығыздығының орташа мәні, -шағылу коэффициенті, -түсу бұрышы.

е) Электромагниттік толқын ұзындығы ( ) тербеліс жиілігі және толқынның ортадағы таралу жылдамдығымен төмендегіше байланысқан:

(18)

Ал вакуумдағы (ауада) мұндағы –электромагниттік толқынның вакуумдағы жылдамдығы;

ж) Электромагниттік толқындар интерференцияланады және дифракцияланады.

Студенттердің өзін-өзі тексеруге арналған сұрақтары:

1. Тербелмелі контур неден тұрады?

2. Тербелмелі контур теңдеуін жазыңыз.

3. Томсон формуласын жазыңыз.

4. Айнымалы ток үшін Ом заңын жазыңыз.

5. Толқын деген не?

6. Электромагниттік толқындар деген не?.