Лекция 14. Проводники в электрическом поле.

Электрический заряд, движущийся в пустоте равномерно (относительно ИСО), не излучает. Это очевидно из принципа относительности, согласно которому все ИСО равноправны. В системе, движущейся вместе с зарядом, он неподвижен, а неподвижные заряды не излучают. Поле заряда (электростатическое в его собственной системе и электромагнитное во всех других) движется вместе с ним. Если заряд под действием внешних сил движется с ускорением, поле, обладающее энергией, а значит массой и инертностью, как бы отрывается от заряда и излучается в пространство со скоростью света. Излучение происходит до тех пор, пока на заряд действует внешняя сила, сообщающая ему ускорение. Пример: синхротронное излучение, при энергиях ~ 10⁷ эВ электроны излучают видимый свет, при 10⁹ эВ - рентгеновские лучи.

Движение заряда с ускорением меняет электрическое поле вблизи него. Это переменное электрическое поле, согласно теории Максвелла, порождает в окружающем пространстве взаимосвязанное с ним магнитное поле, которое, в свою очередь, являясь переменным, порождает в соседних областях пространства вихревое электрическое поле, в результате чего процесс с огромной скоростью распространяется в пространстве по всем направлениям (рис. 11).

Таким образом, если электрический заряд движется с ускорением (или колеблется), в окружающем пространстве, захватывая все большие области, возникает система взаимно перпендикулярных, периодически изменяющихся электрических и магнитных полей. Образуется электромагнитная волна, бегущая по всем направлениям от колеблющегося заряда.

Процесс распространения электромагнитных колебаний в пространстве называется электромагнитной волной. Главное условие излучения ЭМВ - наличие ускорения.

Векторы перпендикулярны друг другу и к направлению распространения и образуют с ним правовинтовую систему. Поскольку ЭМВ является поперечной (рис. 12). На расстояниях от источника, значительно превышающих длину волны, ЭМВ является плоской.

где скорость ЭМВ в вакууме,

.

Получим уравнение плоской ЭМВ (рис. 13).

Если в точке О , в точке М ;

- время, за которое волна пройдет расстояние от точки до точки .

Т.к. ,

,

где - волновой вектор.

В общем случае , .

Электромагнитное поле излучения было открыто сравнительно недавно, около 100 лет назад. За истекшее столетие это открытие привело к существенным изменениям в жизни общества. Большинство радиотехнических систем основано на непосредственном использовании электромагнитного поля, т.е. радиоволн для передачи информации (связь, вещание, телевидение) или извлечения ее (радиолокация, радиотелеизмерения и т.д.); собственно слово «радио» означает излучение.

Нет такой области человеческой деятельности, где радиотехника не применялась бы или не могла бы быть применена. Прогресс общества без радиотехники, радиоэлектроники просто невозможен. Радиоэлектронику используют в различных научных исследованиях, космических исследованиях, в авиации, на флоте, в медицине, метрологии, геологии, промышленности, сельском хозяйстве. В последнее время проводятся исследования возможности передачи солнечной энергии от космических фотоэлементов на Землю с помощью радиоволн, сконцентрированных в узкие пучки. Широко используются радиоволны в военном деле: радиолокация - для борьбы с самонаводящимися ракетами; для радиолокационной воздушной разведки и т.д.

В последнее время стало возможным получать высококачественные радиолокационные изображения земной поверхности и объектов, сравнимые по детальности с аэрофотоснимками.

Возможность использования радиосигналов для определения местоположения отражающих объектов (кораблей, самолетов, автомобилей) высказал еще А.С. Попов, которому мир обязан изобретением радиоприемника.

На основе систем радиопеленгации построены «автопилоты», системы «слепой» посадки самолетов в тумане и многие другие устройства.

Лекция 14. Проводники в электрическом поле.