Электромагнитные волны

Представим себе, что электрический заряд не просто сместился из одной точки в другую, а приведен в быстрое колебание так, что он движется подобно грузу, подвешенному на пружинке, но только намного быстрее. Тогда электрическое поле в непосредственной близости от заряда начнет периодически изменяться. Период этих изменений, очевидно, будет равен периоду колебаний заряда. Электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле, а последнее, в свою очередь, вызывает появление переменного электрического поля уже на большем расстоянии от заряда и т. д.

Рис. 24. Бегущая электромагнитная волна.

В окружающем заряд пространстве, захватывая все большие и большие области, возникает система периодически изменяющихся электрических и магнитных полей. "Моментальный снимок" такой системы приведен на рисунке 24. Образуется то, что мы называем электромагнитной волной, бегущей со скоростью света во все стороны от колеблющегося заряда. В каждой точке пространства электрические и магнитные поля меняются во времени периодически. Чем дальше расположена точка от заряда, тем позднее достигнут ее колебания полей.

То, что скорость электромагнитных волн равна скорости света, навело Максвелла на мысль об электромагнитной природе света. Впервые экспериментально обнаружил электромагнитные волны немецкий физик Генрих Герц в 1888 г. А. С. Попов применил их для радиосвязи в 1895 г. Посредством электромагнитных волн осуществляется совершенно новый тип взаимодействия между электрическими зарядами. Излучаются волны колеблющимися электрическими зарядами, т. е. зарядами, движущимися с ускорением. Ускорение -главное условие порождения электромагнитных волн. Электромагнитное поле излучается не только при колебаниях заряда, но и при любом резком изменении его скорости.

Чем с большей частотой колеблется заряд, тем большее ускорение он имеет и тем соответственно более интенсивны излучаемые им волны. При увеличении частоты колебаний всего лишь в два раза излучаемая энергия возрастает в 16 раз! Поэтому в антеннах радиостанций возбуждаются колебания с частотой в сотни мегагерц. Промышленный же переменный ток практически ничего не излучает.

Рис. 25. Убывание электрического поля с увеличением расстояния от источника в случае статического поля (а) и поля электромагнитной волны (b).

Самым важным фактором взаимодействия посредством электромагнитных волн является медленность убывания напряженностей полей в волне с увеличением расстояния от источника. Электростатические силы и силы взаимодействия токов убывают обратно пропорционально квадрату расстояния. Убывание же напряженности полей в электромагнитной волне с увеличением расстояния обратно пропорционально самому расстоянию (рис. 25)!

Это крайне медленное убывание. Все другие силы в природе уменьшаются с увеличением расстояния гораздо быстрее. Здесь же, как показывают вычисления, за счет последовательного возбуждения полей друг другом они оказываются способными уходить от источника очень далеко. Вот почему поля даже сравнительно маломощной радиостанции могут быть обнаружены на расстояниях в миллионы километров (космическая радиосвязь), в то время как статические поля на таких расстояниях никак не сказываются. По той же причине мы видим звездные скопления, удаленные от нас на невообразимые расстояния, которые свет преодолевает за миллиарды лет! Многое еще можно было бы рассказать об электрических и магнитных свойствах тел, об электромагнитной природе таких обычных сил, как упругость, трение и т. д. В этой статье шла речь о самом главном - об основных законах электромагнитных взаимодействий.

перейти к началу страницы