Условия хорошего излучения электромагнитных волн.

Как уже было сказано, в электромагнитной волне прояв­ляется взаимная связь электрического и магнитного полей: изменение одного из них вызывает по­явление другого.

Возникновение электрического поля в результате изме­нения магнитного есть не что иное, как явление электро - магнитной индукции, открытое на опыте М. Фарадеем в1831 г. Обратное же явление— возникновение магнитного поля при всяком изменении электрического — было теоретически предсказано англий­ским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом (1831— 1879). Исходя из предположения о существовании такого явления, Максвелл и пришел к выводу о необходимости возникновения электромагнитных волн при всяком изме­нении электромагнитного поля.

Теоретическое предположение Максвелла требовало про­верки на опыте. Если опыт докажет существование таких электромагнитных волн, то этим будет подкреплен весь ход теоретических рассуждений Максвелла, включая и его пред­положение о возникновении магнитного поля при изменении поля электрического. Для успеха опытной проверки теории очень важно, чтобы наблюдаемые явления были достаточно интенсивными.

Согласно теории Максвелла индукция магнитного поля, возникающего при изменении электрического поля, тем больше, чем быстрее происходят изменения электриче­ского поля. Положение здесь такое же, как и в явлении электромагнитной индукции, где напряженность электри­ческого поля, возникающего при изменении магнитного поля, тем больше, чем быстрее меняется магнитное поле. Таким образом, необходимым условием образования ин­тенсивных электромагнитных волн является достаточ­но высокая частота электрических колебаний. Для успеха опытов низкая частота городского тока (50 Гц) совершенно недостаточна. Необходимы гораздо более высокие частоты электрических колебаний.

Такие частоты, доходящие до десятков мегагерц и более, осуществляются, как мы знаем, при колебаниях в электри­ческих контурах. Однако и в опытах с такими контурами обнаружить электромагнитные волны было бы очень нелегко.

Дело в том, что высокая частота электрических колеба­ний в какой-либо цепи, будучи необходимым условием для получения сильных электромагнитных полей, еще не яв­ляется достаточным условием для хорошего излучения элек­тромагнитных волн этой цепью.

Причина заключается в том, что колебательный контур представляет собой почти замкнутую цепь, размеры которой малы по срав­нению с длиной волны, со­ответствующей частоте колебаний контура. В такой цепи для каждо­го ее участка с одним направлением тока или знаком заряда можно подыскать другой близкий участок, в котором в тот же момент времени направление тока или знак заряда противоположны. Возь­мем, например, один из витков катушки индуктивности (рис. 114). В любых диаметрально противоположных участ­ках а и b витка во всякий момент времени токи направлены противоположно друг другу. Следовательно, на больших расстояниях от витка участки а и b действуют как два близких противофазных излучателя. Волны, излученные этими двумя участками, всюду ослабля­ют друг друга подобно излучению двух ножек камертона. Так как весь виток состоит из таких пар про­тивофазных излучателей, то и виток в целом излучает плохо, а значит, плохо излучает и вся катушка. Аналогично обстоит дело и с конденсатором контура: в любой момент времени заряды обкладок равны по модулю и противоположны по знаку, причем эти разноименные заряды удалены друг от друга гораздо меньше, чем на пол­волны.

Из сказанного ясно, какой должна быть электрическая цепь, чтобы она могла хорошо излучать: необходимо перейти к незамкнутой (открытой) цепи, в которой либо нет участков с противофазными колеба­ниями, либо же расстояние между ними не мало по сравнению с λ.

Вопросы к тексту:

1. Приведите примеры механических волн.

2. С какими скоростями звуковая волна распространяется в воде и в воздухе?

3. Что называется электромагнитными волнами?

4. Чем обусловлена связь между соседними участками электромагнитного поля?

5. В каких средах могут распространяться электромагнитные волны?

6. Что такое свет?

7. Каким образом можно подтвердить, что электромагнитные волны могут распространяться в вакууме?

8. Укажите основное свойство электромагнитных волн.

9. Кто изобрел радио и в каком году?

10. Приведите примеры использования электромагнитных волн.

11. Укажите основную закономерность любой волны.

12. Укажите, каким образом происходит распространение электромагнитной волны?

13. Каким образом можно получить электромагнитную волну?

14. Укажите условия хорошего излучения электромагнитных волн.