Излучение электромагнитных волн

Впервые электромагнитные волны получены Герцем в 1888 г. Он использовал вибратор, состоящий из двух стержней, разделенных искровым промежутком. Под действием высокого напряжения в искровом промежутке вибратора проскакивала искра и возникали колебания.

За время существования искры происходило большое число колебаний, порождающих цуг (группу) электромагнитных волн с длиной волны от 0,1 м до 10 м. Он же обнаружил отражение, преломление и взаимную перпендикулярность и электромагнитных волн.

Опыты Герца были продолжены Лебедевым, Поповым, Марккони и др.

Простейшим излучателем электромагнитных волн является электрический диполь, у которого электрический дипольный момент изменяется по закону

, (27)

где р₀ = q ; - плечо диполя; q - абсолютная величина заряда диполя.

Если размеры диполя малы по сравнению с длиной волны ( << l), то такой диполь называют элементарным.

Картина возникшего электромагнитного поля вблизи диполя довольно сложна, но на расстоянии r >> l (волновая зона диполя) она значительно упрощается.

Если волна распространяется в однородной изотропной среде, то волновой фронт в волновой зоне является сферическим.

Векторы и в каждой точке пространства взаимно перпендикулярны и перпендикулярны лучу, т. е. радиус-вектору , проведенному в данную точку из центра диполя.

Амплитуды ₀ и ₀ зависят от расстояния r до излучателя и от угла Ð q между осью диполя и направлением радиус-вектора, т. е. в вакууме

Е₀ ~ Н₀ ~ .

Среднее значение плотности потока электромагнитной энергии (вектор Пойнтинга) пропорционально произведению Е₀Н₀.

Следовательно, интенсивность электромагнитной волны

J ~ < П > ~ .

Максимальное излучение диполя происходит в направлении, перпендикулярном оси диполя (q = 90⁰), рис. 8, где показана диаграмма направленности излучения диполя.

Рис.8

Вторая производная электрического дипольного момента,

,

где а - ускорение движения заряда.

Тогда средняя мощность

< N > ~ q²а².

Последнее выражение определяет мощность излучения не только при колебаниях заряда, но и при произвольном его ускоренном движении, т. к. любой заряд при ускоренном движении излучает электромагнитные волны.

Заряд, совершающий гармонические колебания, излучает монохроматическую волну с частотой, равной частоте колебания заряда.

Электрон же, движущийся с постоянной скоростью, не излучает электромагнитные волны.

Это справедливо лишь в случае, если скорость электрона не превосходит скорости света в веществе, в которой движется электрон.

Поэтому при v > v_св в веществе наблюдается излучение Вавилова-Черенкова.