Природа электромагнитных волн

Практически всё, что мы знаем о космосе (и микромире), известно нам благодаря электромагнитному излучению, то есть колебаниям электрического и магнитного полей, которые распространяются в вакууме со скоростью света. Собственно, свет — это и есть особый вид электромагнитных волн, воспринимаемый человеческим глазом.

Точное описание электромагнитных волн и их распространения дают уравнения Максвелла. Однако качественно этот процесс можно объяснить без всякой математики. Возьмем покоящийся электрон — почти точечный отрицательный электрический заряд. Вокруг себя он создает электростатическое поле, которое влияет на другие заряды. На отрицательные заряды действует сила отталкивания, на положительные — сила притяжения, причем все эти силы направлены строго по радиусам, идущим от нашего электрона. С расстоянием влияние электрона на другие заряды ослабевает, но никогда не падает до нуля. Иначе говоря, во всем бесконечном пространстве вокруг себя электрон создает радиальное силовое поле (это верно лишь для электрона, который вечно покоится в одной точке).

Допустим, некая сила (не будем уточнять ее природу) неожиданно нарушила покой электрона и заставила его сдвинуться немного в сторону. Теперь силовые линии должны расходиться из нового центра, куда переместился электрон. Но электрическое поле, окружающее заряд, мгновенно перестроиться не может. На достаточно большом расстоянии силовые линии еще долго будут указывать на первоначальное местоположение заряда. Так будет до тех пор, пока не подойдет волна перестройки электрического поля, которая распространяется со скоростью света. Это и есть электромагнитная волна, а ее скорость есть фундаментальное свойство пространства в нашей Вселенной. Конечно, это описание крайне упрощено, а кое-что в нем даже просто неверно, но оно дает первое впечатление о том, как распространяются электромагнитные волны.

Неверно же в этом описании вот что. Описанный процесс на самом деле не является волной, то есть распространяющимся периодическим колебательным процессом. Распространение у нас есть, а вот колебаний нет. Но этот недостаток очень легко поправить. Заставим ту же силу, которая вывела электрон из первоначального положения, сразу же вернуть его на место. Тогда за первой перестройкой радиального электрического поля сразу последует вторая, восстанавливающая исходное положение дел. Пусть теперь электрон периодически повторяет это движение, и тогда по радиальным силовым линиям электрического поля во все стороны побегут настоящие волны. Эта картина уже много лучше первой. Впрочем, она тоже не вполне верна — волны получаются чисто электрическими, а не электромагнитными.

Тут самое время вспомнить о законе электромагнитной индукции: изменяющееся электрическое поле порождает магнитное, а изменяющееся магнитное — электрическое. Эти два поля как бы сцеплены друг с другом. Как только мы создаем волнообразное изменение электрического поля, так сразу же к нему добавляется и магнитная волна. Разделить эту пару волн невозможно — это единое электромагнитное явление.

Можно и дальше уточнять описание, постепенно избавляясь от неточностей и грубых приближений. Если довести это дело до конца, мы как раз и получим уже упомянутые уравнения Максвелла. Но давайте остановимся на полпути, потому что для нас пока важно лишь качественное понимание вопроса, а все основные моменты уже ясны из нашей модели. Главный из них — независимость распространения электромагнитной волны от ее источника.

В самом деле, волны электрического и магнитного полей, хотя и возникли благодаря колебаниям заряда, но вдали от него распространяются совершенно самостоятельно. Что бы ни случилось с зарядом-источником, сигнал об этом не догонит уходящую электромагнитную волну — ведь он будет распространяться не быстрее света. Это позволяет нам рассматривать электромагнитные волны как самостоятельные физические явления наряду с зарядами, которые их порождают.

Далее: Частота и длина волны


16
Показать комментарии (16)
Свернуть комментарии (16)

  • erissa  | 23.11.2009 | 09:51 Ответить
    Отличная статья.Объяснение просто и доступно.
    Ответить
    • Alinzet > erissa | 08.07.2016 | 16:39 Ответить
      Полный бред где формула электромагнитного поля оно что есть такое за зверь а дальше уже идёт бред как волна может рапространяться без среды
      Ответить
  • proton314  | 10.08.2010 | 22:08 Ответить
    От такого обяснения только больше вопросов.
    Что же такое магнитное поле которое излучает вокруг себя электрон. Из чего оно состоит.
    И откуда электрон берет энергию на поддержание этого бесконечного поля.
    Ответить
    • Universe > proton314 | 28.09.2010 | 22:45 Ответить
      Электрон не излучает магнитное поле. Он создает электрическое поле. При изменении положения электрона его электрическое поле меняется, порождая магнитное поле. Магнитное поле состоит из силовых магнитных линий. Энергия на "поддержание" электромагнитного поля берется от силы, которая меняет положение электрона.
      Ответить
      • proton314 > Universe | 29.09.2010 | 04:34 Ответить
        Спасибо. Так более понятно. Наверно поищу какую нибудь книжку :). Интересно более подробное обяснение на квантовом уровне.
        Ответить
        • Alinzet > proton314 | 08.07.2016 | 16:46 Ответить
          А что есть силовые линии что за демон который вы в силу своей умности не раскрыли и какова формула этой формулы от дельной силовой линии
          Ответить
      • wow > Universe | 08.09.2011 | 12:28 Ответить
        Т.е. если я возьму кусок провода по которому не течет ток (просто обрывок) и начну его вертеть - я буду генерировать электро-магнитное поле?
        Ответить
        • deviant_9 > wow | 26.02.2012 | 04:28 Ответить
          Электромагнитные поля электронов и ядер атомов скомпенсируют друг друга.
          Ответить
      • osherovr > Universe | 02.12.2011 | 16:13 Ответить
        Если по прямому проводу проходит постоянный ток, то вокруг провода нет электромагнитного поля. А если провод сделать в виде катушки ?
        Ответить
        • deviant_9 > osherovr | 26.02.2012 | 04:14 Ответить
          Вокруг прямого провода с постоянным током есть постоянное (не зависящее от времени) магнитное поле.
          Ответить
      • deviant_9 > Universe | 26.02.2012 | 04:25 Ответить
        Магнитное поле не из каких линий не состоит. Поле вообще не из чего состоять не может, это просто функция координат и времени.

        Электрическое и магнитное поля - разные проявления одной и той же сущности (электромагнитного поля), зависящие от системы отсчёта. Электромагнитное поле одно (его можно описать, например, 4-потенциалом или тензором электромагнитного поля), а электрическая и магнитная составляющие, на которые его можно разложить, зависят от системы отсчёта. Одна и та же сила, действующая на заряд, может в одной системе отсчёта (где заряд неподвижен) иметь чисто электрическое происхождение, в другой - чисто магнитное (если напряжённость электрического поля в этой системе отсчёта в точке заряда равна нулю), а в третьей - смешанное (если в ней заряд движется и электрическое поле в точке заряда не равно нулю).
        Ответить
        • vintek13 > deviant_9 | 26.04.2012 | 00:59 Ответить
          всетаки, из чего состоит поле? по аналогии: волна воды состоит из молекул воды, а из чего состоит поле? что это за феномен? только не пишите, что "это просто функция координат и времени". это ничего не обьясняет. это матиматика.
          Ответить
          • deviant_9 > vintek13 | 01.05.2012 | 23:53 Ответить
            Познание - это построение моделей. Есть ряд наблюдаемых явлений. Всё, что мы можем - это строить модели, описывающие наблюдаемые явления.

            "Вода, состоящая из молекул" - это тоже модель (и её можно сформулировать на языке математики). Молекулы, в свою очередь, состоят из атомов и ионов, последние - из протонов, нейтронов и электронов, протоны и нейтроны - из кварков. Фундаментальные частицы (какими, вероятно, являются кварки и электроны) уже не из чего не состоят, а являются квантами определённых полей (подобно тому, как фотон является квантом электромагнитного поля).

            Поле - более фундаментальное и точное понятие, чем частицы. Есть явления, которые невозможно осмыслить с точки зрения частиц, но можно осмыслить с точки зрения поля. Таким образом, понятие поля ОБЪЯСНЯЕТ свойства материи. Пытаться ответить на вопрос "Из чего состоит поле?" - значит пытаться осмыслить более фундаментальное понятие при помощи менее фундаментального (наших бытовых представлений о веществе, которое может где-то находиться, куда-то перемещаться, на что-то разделяться, из чего-то составляться и т. д.).

            В фундаментальной физике ничего, кроме математики и нет. Наши интуитивные представления о мире (которые воспринимаются, как "природа" явлений в противовес "математике") - сами по себе своего рода "математика", просто заточенная под строение нашего мозга. Это лишь способ мозга обрабатывать информацию от органов чувств. Она адекватно работает только на бытовом уровне. Надо не пытаться подвести физику под интуитивные представления, а наоборот, осмысливать физические модели и пытаться понять, как из них вытекают интуитивные представления.

            Ничего фундаментальнее поля пока не придумано.
            Ответить
  • ASY-Lviv  | 26.03.2014 | 03:27 Ответить
    Природа электромагнитных волн (ЭМВ) заложена в физике свойств несущего гравитационного пространства, причём отдельно Земли, Солнца,планет и Галактики. При попадании спутника в зону влияния Марса частота передачи
    канала связи резко меняется на другую, отличную от земной.
    ЭМВ в широком смысле прямо со старта преобретают скорость света только благодаря несущей способности гравитационного пространства и никак не иначе! Физика любых взаимодействий построена на природе постоянного сканирования волновой, импульсной энергии гравитации ею же созданного
    и контролируемого пространства.
    ЭМВ по природе происхождения- есть по сути (слишком низкочастотные) периодические волны поляризации (модуляции) несущего (черезвычайно высокочастотного) гравитационного пространства амеров.
    Невидимый по размерам электрон на частоте в один герц способен излучить фотон с длиной волны 299792454 метра только благодаря вторичной зарядовой поляризации несущего, сверх плотного гравитационного поля планеты Земля.
    Более глубокое понимание ЭМВ может дать точная модель обыкновенного фотона, физика его пространственного образования и понятное дело, его свойства.
    Анатолий С.,г.Львов,25.03.2014г..
    Ответить
  • Mars  | 30.12.2015 | 01:16 Ответить
    1. Скорость электромагнитной волны - фундаментальное явление., но чем это объясняется, что накладывает ограничение на этот параметр? В мире все закономерно и одно вытекает из другого. 2. Не понял : Если движение электрона порождает эл.магнитную волну, как фотон стал переносчиком эл.магнитного поля. Поправьте, если что-то неверно.
    Ответить
    • ASY-Lviv > Mars | 12.01.2016 | 01:12 Ответить
      ASY-Lviv
      Природа э/магнитных волн отображает физику гравитационных волн. Гравитационные волны и есть основа бесконечного набора электромагнитных волн.
      1. Гравитационные волны состоят из первичных фотонов (амерного типа) которые своим продольным (проникающе- протыкающим) захватом затратного эфирного пространства образуют специфическую реальную среду существования всего сущего. Скорость распространения более чем на 30 порядков выше световой
      2. При захвате пространства, первичные фотоны физически (вынужденно) возбуждают эфирную среду, попутно порождая поперечные фотоны вторичного типа.Скорость распространения строго световая.
      3. Зарядовая поляризация вторичных фотонов порождает световые фотоны обычного типа (например видимые человеком, радиоволны всего спектра).
      21 век обзавёлся стартовой работой "Основы амерной астрофизики" (на гугле), где подробно всё изложенно. Более углублённо в работе "Квантовая кинематика космоса" (там же).
      12.01.2016г.
      Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»