Т. Электромагнитная волна

Электромагнитное поле.

Как было указано ранее , в пространстве, где изменяется магнитное поле, всегда появляется вихревое электрическое поле (индуцированное электрическое поле). При этом замкнутый контур позволяет его только обнаружить, поскольку поле существует независимо от наличия этого замкнутого контура. Линии напряженности вихревого электрического поля всегда замкнуты, и их направление связано с изменением наводящего (индуцирующего) магнитного поля правилом Ленца (правилом левого винта) (рис. 3, а), т.е. это поле носит вихревой, непотенциальный характер, подобно магнитному. Дж. Максвелл в связи с этим обстоятельством высказал мысль о возможном равноправии полей: при изменении магнитного поля возникает электрическое поле (рис. 3, а) и наоборот, при изменении электрического должно возникать магнитное поле (рис. 3, б).

Рис. 3

Максвелл теоретически доказал свое предположение, создав теорию электромагнитного поля на основе двух постулатов:

1) переменное магнитное поле создает в окружающем его пространстве вихревое электрическое поле, линии напряженности которого представляют собой замкнутые линии, охватывающие линии индукции магнитного поля (рис. 3, а). Направление вектора напряженности \(~\vec E\) вихревого электрического поля определяется по правилу левого винта: если острие левого винта поступательно движется по направлению вектора изменения магнитной индукции \(~\Delta \vec B\), то поворот головки винта указывает направление линий напряженности вихревого электрического поля;

2) переменное электрическое поле создает в окружающем его пространстве вихревое магнитное поле, линии индукции которого охватывают линии напряженности переменного электрического поля (рис. 3, б). Направление индукции \(~\vec B\) магнитного поля, "порожденного" переменным электрическим полем, определяется по правилу правого винта: если острие правого винта поступательно движется по направлению вектора изменения напряженности электрического поля \(~\Delta \vec E\), то поворот головки винта указывает направление линий индукции магнитного поля. При этом чем больше скорость изменения напряженности электрического поля, тем более сильное возникает магнитное поле, связанное с электрическим\[~B \sim \frac {\Delta E}{\Delta t}.\] Точно так же, чем больше скорость изменения индукции магнитного поля, тем более сильное возникает электрическое поле\[~ E \sim \frac {\Delta B}{\Delta t}.\]

Вихревое электрическое и магнитное поля "сцеплены" друг с другом, существуют одновременно, взаимно порождают друг друга. Нельзя создать переменное магнитное поле без того, чтобы в пространстве не возникло переменное вихревое электрическое поле. Не менее важно то обстоятельство, что электрическое поле без магнитного, и наоборот, могут существовать лишь по отношению к определенным системам отсчета. Так, покоящийся заряд создает только электростатическое поле. Но ведь заряд покоится лишь относительно определенной системы отсчета, а относительно другой он будет двигаться и, следовательно, создавать магнитное поле.

Совокупность неразрывно связанных друг с другом изменяющихся электрического и магнитного полей представляет собой электромагнитное поле. По своей природе электромагнитное поле не остается локализованным в месте зарождения, а распространяется в пространстве.

Электромагнитные волны

Распространяющееся в пространстве периодически изменяющееся электромагнитное поле и представляет собой электромагнитную волну.

Распространение электромагнитной волны связано с наведением электромагнитного поля в последующих точках и уничтожением в предыдущих (пройденных) точках пространства (рис. 1). Если в какой-либо области пространства существует переменное магнитное поле, то оно вызывает появление в соседних областях пространства вихревого электрического поля, линии напряженности которого охватывают линии индукции этого магнитного поля. В свою очередь, переменное вихревое электрическое поле вызывает появление в соседних областях пространства переменного магнитного поля, линии индукции которого охватывают линии напряженности данного вихревого электрического поля, и т.д. Этот процесс распространяется в пространстве по всем направлениям.

Рис. 1

В отличие от механических волн, которые распространяются только в упругой среде, электромагнитные волны могут распространяться и в вакууме.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 432-434.