Определение и история открытия
Электромагнитное поле — это особый вид материи, представляющий собой совокупность неразрывно связанных между собой электрического и магнитного полей, колеблющихся во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Электромагнитная волна — это процесс распространения в пространстве переменного электромагнитного поля.
Существование таких волн было предсказано Джеймсом Клерком Максвеллом в 1860-х годах на основе открытых им уравнений, а в 1888 году Генрих Герц экспериментально доказал их существование.
Скорость электромагнитных волн
В вакууме скорость электромагнитных волн является фундаментальной физической константой и называется скоростью света:
$с = 299 792 458$ м/с
В рамках ЕГЭ для удобства скорость света округляют:
$с = 3 \cdot 10^8$ м/с
При входе в среду скорость света уменьшается и может быть рассчитана по формуле:
$v = \frac{c}{n}$
Где n — абсолютный показатель преломления среды. Показывает во сколько раз скорость света в данной среде меньше чем в вакууме. Значение n всегда больше 1.
Свойства электромагнитных волн
Электромагнитные волны обладают всеми свойствами, присущими другим типам волн, но имеют и специфические черты, которые будут рассмотрены в рамках разделов «Оптика» и «Квантовая физика».
$\lambda = vT = \frac{v}{\nu}$
$\lambda$ — длина электромагнитной волны, м;
$v$ — скорость волны в среде, м/с;
$T$ — период колебания волны, с;
$\nu$ — частота колебания, Гц.
Шкала электромагнитных волн
Электромагнитное излучение едино по своей природе, но его свойства сильно меняются в зависимости от частоты и длины волны. Переход от одного диапазона к другому носит не скачкообразный, а плавный характер.
Практикум: решение задач
Задание 1
На какую длину волны настроен идеальный колебательный контур, напряжение на конденсаторе которого меняется со временем согласно гармоническому закону $U = 16\pi^2 \cos\left(\frac{4 \cdot 10^6 \pi}{5} t + \frac{\pi}{6}\right)$, где все величины выражены в СИ? Ответ выразите в м.
Из уравнения колебаний $U = 16\pi^2 \cos\left(\frac{4 \cdot 10^6 \pi}{5} t + \frac{\pi}{6}\right)$ понимаем, что $\omega = \frac{4 \cdot 10^6 \pi}{5} \text{ с}^{-1}$
(так как уравнение в изначальном виде выглядит как $U = U_m \cos(\omega t + \varphi)$).
$T = \frac{2\pi}{\omega}$
$T = \frac{2\pi \cdot 5}{4 \cdot 10^6 \pi} = \frac{1}{4 \cdot 10^5} \text{ с}$
$\lambda = cT = 3 \cdot 10^8 \cdot \frac{1}{4 \cdot 10^5} = 750 \text{ м}$
Ответ: 750 м.
Задание 2
При настройке колебательного контура генератора, задающего частоту радиопередатчика, электроёмкость его конденсатора увеличили. Как при этом изменятся частота колебаний тока в контуре и длина волны излучения?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
- увеличится;
- уменьшится;
- не изменится.
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| Частота колебаний тока в контуре | Длина волны излучения |
|---|---|
Запишем формулу Томсона:
$\uparrow T = 2\pi\sqrt{LC \uparrow}$, при увеличении электроёмкости увеличивается период колебаний.
По формуле $\downarrow \nu = \frac{1}{T \uparrow}$ частота колебаний тока в контуре уменьшится.
По формуле $\nu \downarrow = \frac{c}{\lambda \uparrow}$ при уменьшении частоты колебаний, длина волны увеличивается.
Ответ: 21.
Авторы:
Саня Эбонит, преподаватель «100балльного репетитора» по физике ЕГЭ;
Кир Синюткин, методист “100балльного репетитора” по физике ЕГЭ
