Как электромагнитная волна распространяется в вакууме?
Для существования волны необходима сплошная среда, исходя из самого определения. Вероятно это результат проявления корпускулярных свойств волны, но как это согласуется с колебаниями в электрическом и магнитных полях? Ведь и то и другое результат взаимодействия частиц, которых в вакууме нет. Хотелось бы услышать как можно более развернутый ответ.
Лучший ответ
Существование электромагнитных волн было предсказано М. Фарадеем еще в 1832 году. Дж. Максвелл в 1865 году в результате анализа предложенной им системы уравнений (см. Максвелла уравнения), описывающей электромагнитное поле, теоретически показал, что электромагнитное поле в вакууме может существовать и в отсутствие источников — зарядов и токов. Поле без источников имеет вид волн, распространяющихся с конечной скоростью, которая в вакууме равна скорости света: с = 299792458±1,2 м/с. Совпадение скорости распространения электромагнитных волн в вакууме с измеренной ранее скоростью света позволило Максвеллу сделать вывод о том, что свет представляет собой электромагнитные волны. Подобное заключение в дальнейшем легло в основу электромагнитной теории света.
НеизвестноПрофи (831) 8 лет назад
«поле без источников имеет вид волн»
Снова пришли к волне, для распространения которой нужна среда. А если представить электромагнитное поле как совокупность частиц, то со временем они должны рассеяться.
III III Мастер (1254) смотри теорию Леонова Владимира Семеновича, он вводит среду из квантов, которые в свою очередь состоят из двух электрических и двух магнитных зарядов (правда, что такое заряд как субстанция? вобщем, вопросы будут всегда).
Ильяс ХабибуллинЗнаток (331) 7 лет назад
Ну да, а то как свет Солнца дошел бы до нас
AnimЗнаток (283) 4 года назад
после таких ответов, вопросов только больше стало. не знаю на сколько я прав. но для себя в качестве реду представляю магнитное поле, а уже в этом поле колеблется волна. а вот из чего это поле, пока не понимаю
Остальные ответы
Пространство все заполнено электромагнитным полем, волна возмущение в нем.
Злектромагнтная волна это превращение электрической энергии в магнитную и наоборот с частотой колебательного контура и если этот контур открытый имеет антену то энегия эта распространяется со скоростью света по всему пространству от антены
. как? Бесконечностью.
ща мы до ЭФИРА дотрындимся нашим физикам похрену как главное распространяется и математически поддается описанию а как дело 10
III IIIМастер (1254) 7 лет назад
значит это не физики, а математики
вычислители, калькуляторы )
«Для существования волны необходима сплошная среда»
А вакуум это сплошной четверг?
«Как это согласуется с колебаниями в электрическом и магнитных полях? «
Никаких магнитных и электрических полей не существует. Это способ описания электромагнитизма
НеизвестноПрофи (831) 8 лет назад
Вакуум это пространство свободное от вещества. Соответственно никакой среды в физическом смысле там нет.
Сергей Бадлак Профи (708) Вакуум — это низшее энергетическое состояние поля.
Ты бы уточнил то самое определение, из которого исходишь. А то ведь самый популярный источник даёт такое определение волны: https://ru.wikipedia.org/wiki/Волна волна — изменение некоторой совокупности физических величин (характеристик некоторого физического поля или материальной среды), которое способно перемещаться, удаляясь от места их возникновения, или колебаться внутри ограниченных областей пространства. Физическая энциклопедия (в 5 томах) / Под редакцией акад. А. М. Прохорова. — Москва: Советская Энциклопедия, 1988. Как видишь, уже четверть века в определении понятия волна нет необходимости в существовании некой сплошной среды.
Собственно, так и распространяется. Электрическое поле превращается в магнитное. Магнитное — в электрическое. Хочешь, можешь проникнуться стилем Карена и воспринимать волну как существование электромагнитного поля в своём извечном дуализме преобразования одного в другое. А не хочешь — так просто смирись: существуют и всё тут. Никаких иных проявлений «среды», в которой распространяются эти волны, найдено не было. Хотя и искали.
НеизвестноПрофи (831) 8 лет назад
Все общепринятые определения волны напрямую или коссвенно подразумевают наличие среды. В том числе и приведенное Вами: «(характеристик некоторого физического поля или материальной среды) «
Т. е. единого объяснения принципа распространения ЭМВ на сегодняшний день не существует?
Виталий Данилович Мудрец (12814) Вот некое поле — это электромагнитное поле. Вполне материальный объект. Не среда. Четверг. Если хочешь, можешь почитать о физическом вакууме, его представляй средой. Но что ты называешь «принципом» — мне понять сложно. Уравнения написаны, уравнения работают, распространение предсказывают правильно, техника на основе этих уравнений уже прочно вошла в повседневную жизнь. Так что наверное всё-таки есть «принцип».
Электромагнитное излучение способно распространяться практически во всех средах. В вакууме (пространстве, свободном от вещества и тел, поглощающих или испускающих электромагнитные волны) электромагнитное излучение распространяется без затуханий на сколь угодно большие расстояния, но в ряде случаев достаточно хорошо распространяется и в пространстве, заполненном веществом (несколько изменяя при этом своё поведение).
14. Электромагнитная волна
По нашей гипотезе электромагнитные волны это волны, формирующиеся электронными и позитронными зарядами, внутри которых расположены фотоны, которые представляют собой энергию заряда и кванты цвета.
Полуволны образованы одноимёнными зарядами.
Длина электромагнитной волны определяется количеством электронов и позитронов в одном периоде колебаний.
Вращение фотона как колеса определяет его длину волны, которая определяет тот или иной цвет электромагнитного спектра.
Первородные фотоны это фотоны, которые рождаются внутри электронов и позитронов.
Фотоны, как самостоятельная частица, существует как вторичные, излучённые или прошедшие процесс аннигиляции, и которые не имеют способности организоваться в виде электромагнитных волн, и не имеет способности генерировать цвет, кроме того, который он генерировал во время излучения или аннигиляции.
Электронные и позитронные полуволны в электромагнитной волне имеют противоположные векторы движения в пространстве. Но распространяются последовательно.
Электромагнитная волна распространяется в эфире посредством передачи заряда электронов и позитронов от одних гравитонов соседним.
Таким образом, практически покоящиеся в эфире гравитоны, проходя полный цикл возбуждения (циклы электронов и циклы позитронов), передают энергию электромагнитной волны в пространстве.
Электромагнитная волна, достигая гравитонов, находящихся вокруг приемной антенны, передаёт ей свои заряды, генерируя в антенне электронно-позитронную ЭДС.
Электроны с позитронами электромагнитных волн, излучаемые Солнцем, сталкиваясь с атомами и молекулами газов атмосферы, с земной поверхностью, с различными объектами, посредством тормозного излучения, рождают хаотично двигающиеся цветные фотоны, которые, попадая в механизм зрения человека, рисуют нам наш разноцветный мир.
олегУченик (113) 4 года назад
Спасибо) «передача заряда от одних гравитонов другим»- теория или уже доказано? Пол века прожил и никто не мог дать ответ) Даже если это теория, теперь я спокоен)
Как возникают электромагнитные волны
Bremsstrahlung («тормозное излучение») — ударная волна света, которая генерируется, когда заряженные частицы «застревают» в твердом теле (классический процесс генерации излучения в рентгеновских вакуумных трубках).
Для многих вполне естественно ассоциировать электрическое и магнитное поля с векторами и силовыми линиями. Но как этими математическими объектами описать волны? Когда они возникают? Ответы на эти вопросы можно получить с помощью школьных формул с щепоткой специальной теории относительности.
По старой традиции, начинаем плясать от печки. Пусть имеются две заряженные параллельные пластины. Электрическое поле между ними равномерно, и равно нулю снаружи (пренебрегаем краевыми эффектами). Также мы сажаем на систему неподвижную гауссову поверхность — это абстрактная рамка, через которую вычисляется поток векторного поля. Каково электрическое поле нашего конденсатора в системе отсчета, где он находится в движении?
Начнем со случая, где движение происходит в направлении, параллельном пластинам. Они начинают претерпевать лоренцево сокращение, при этом расстояние между ними не меняется, и общий заряд на каждой пластине сохраняется. Далее предполагаем, что читатель провел достаточное количество бессонных ночей разбираясь с парадоксами специальной теории относительности (Чтобы освежевать память, предлагаю просмотреть ламповый советский видеоролик). Таким образом, рамка фиксирует что заряд на единицу площади увеличивается в , а поле также возрастает на этот Лоренц-фактор.
Разберем детальней. Гауссова рамка оседлала положительно-заряженную пластину, причем одна грань снаружи, а другая — внутри области ненулевого электрического поля. Применяя закон Гаусса можно показать, что величина электрического поля между пластинами равна
где штрих обозначает величину, измеренную в рамке в которой пластины движутся, а сигма — поверхностная плотность заряда пластины. Поскольку пластины сокращаются по длине, поверхностная плотность заряда отличается от оной для неподвижных пластин вот так
Поглядывая на первую формулу заключаем, что величина поля тоже претерпевает действие лоренцева множителя. То есть, электрическое поле в загрунтованной рамке сильнее, чем в той, что будет двигаться вместе с пластинами.
А как будет выглядеть ситуация, если движение происходит в направлении, перпендикулярном пластинам, то есть параллельно полю Е? В этом случае сокращение длины не влияет на размер пластин, хотя и уменьшает расстояние между ними. Но расстояние между парой близко расположенных, равномерно заряженных пластин не влияет на напряженность поля между ними.
Тогда рассмотрим самый общий случай, когда движение происходит в некотором диагональном направлении относительно поля. В этом случае мы можем рассматривать поле как суперпозицию поля параллельного и поля перпендикулярного движению. Каждое из них как бы порождается своим набором соответствующим образом ориентированных пластин. Затем одна пара пластин сжимается по длине, как описано выше, и вносит вклад в общее поле:
Важно помнить, что такого рода телодвижения применимы только в том случае, если источник поля с точки зрения незакрепленной рамки будет находиться в состоянии покоя. Поскольку всегда существует некоторая система отсчета, в которой любой конкретный источник находится в состоянии покоя, этих уравнений достаточно для решения широкого круга задач. Заметим, что закон преобразования для вектора электрического поля сильно отличается от закона преобразования для обычных векторов перемещения (которые сжимаются в направлении вдоль движения и неизменны в перпендикулярных направлениях).
Равномерное движение точечного заряда
Следующим шагом будет рассмотрение поля единичного точечного заряда, движущегося с постоянной скоростью. В своей системе покоя электрическое поле положительного точечного заряда имеет одинаковую силу во всех направлениях. Как выглядит это поле в какой-то другой системе отсчета? Применяя наш подход к неоднородному электрическому полю, мы должны быть очень осторожны, так как придется следить не только за величиной поля, но и за тем, где оно имеет эту величину. Поэтому представим себе, что наш точечный заряд окружен сферической оболочкой. В нашей системе отсчета и частица, и ее сфера движутся.
Таким образом, сокращение длины говорит о том, что сфера сплющивается в сфероид, как показано в поперечном сечении на рисунке:
(a) Точечный заряд в состоянии покоя, окруженный воображаемой сферой. Электрическое поле в любой точке сферы направлено прямо в сторону от заряда. (b) В системе отсчета, где заряд и сфера движутся вправо, сфера сжимается по длине, но вертикальная составляющая поля становится сильнее. Эти два эффекта объединяются, чтобы заставить поле снова указывать прямо от текущего местоположения заряда.
Теперь рассмотрим величину электрического поля в некой точке поверхности сферы. Ее координата имеет х и у компоненты. Вектор поля идущий от заряда через эту некую точку также вполне представим как пара компонент, причем справедливо соотношение:
В нашей системе отсчета, где заряд движется, длина x в направлении движения уменьшается:
(в то время как y-составляющая смещения одинакова в обоих случаях). Однако, согласно результатам предыдущего раздела, y-составляющая поля усиливается аналогичным множителем:
(в то время как х-компонента поля одинакова на обеих картинках). Таким образом, соотношение компонентов поля
Другими словами, поле в фиксированной рамке указывает прямо на заряд, как и в движущейся. Накидаем схематически электрическое поле точечного заряда, движущегося с постоянной скоростью:
Электрическое поле точечного заряда движущегося вправо с постоянной скоростью, равной 4/5 скорости света.
Чем быстрее движется заряд, тем заметнее становится усиление перпендикулярной составляющей поля. Если скорость заряда намного меньше скорости света, то это усиление часто пренебрежимо мало.
Поле ускоряющегося заряда
Итак, когда точечный заряд движется с постоянной скоростью, его электрическое поле всегда направлено прямо от него, радиально. В свете специальной теории относительности это может показаться странным, поскольку никакая информация не может перемещаться быстрее скорости света. Почему же тогда поле в каком-то отдаленном месте указывает прямо на то место, где заряд находится сейчас, а не на то, где он был некоторое время назад? Означает ли это, что информация о движении заряда мгновенно распространяется по всей Вселенной? Ну, не обязательно.
Видите ли, частица уже некоторое время движется с постоянной скоростью по предсказуемому курсу. Поэтому, если вы находитесь в далеком месте, вы могли бы организоваться так, чтобы частица посылала вам информацию о своем положении и скорости, а вы, получив эту информацию, экстраполировали бы движение чтобы выяснить, где частица должна находиться. Однако ваша схема предсказания положения частицы будет разрушена, если частица претерпит некоторое ускорение между тем моментом, когда она послала вам информацию, и настоящим.
Вы могли бы подумать, что частица продолжает двигаться с постоянной скоростью, и поле в вашем местоположении указывало бы в сторону того места, где частица была бы сейчас, если бы не было факта ускорения. Но на самом деле частицы там нет.
Например, предположим, что частица сначала движется вправо со скоростью 1/4 скорости света, а затем внезапно отскакивает от стены и с той же скоростью летит обратно. Через одну секунду новость об отскоке не могла пройти дальше одной световой секунды (300 000 км). Если вы находитесь ближе, чем на одну световую секунду к месту отскока, то вы уже получили известие, и поле в вашем местоположении указывает туда, где сейчас находится частица. Но если вы находитесь дальше, чем на одну световую секунду от места отскока, то новость еще не дошла до вас, и поле в вашем местоположении указывает туда, где частица была бы сейчас, если бы не было отскока.
Положительно заряженная частица, первоначально движущаяся вправо со скоростью 1/4 скорости света, отскакивает от стены в точке В. Частица сейчас находится в точке А, но если бы не было отскока, она была бы сейчас в точке С. Окружность (фактически поперечное сечение сферы) охватывает область пространства, в которую уже поступила новость об отскоке; внутри этой окружности (как в точке D) электрическое поле указывает прямо на точку A. Вне окружности (как в точке E) новость еще не поступила, поэтому поле указывает прямо на точку C. Со временем круг расширяется наружу со скоростью света, а точки А и С удаляются от точки В со скоростью 1/4 скорости света.
Из специальной теории относительности мы знаем, что никакая информация не может перемещаться быстрее скорости света. Предположим наилучший возможный случай: информация распространяется точно со скоростью света, но не быстрее. Этого предположения вместе с законом Гаусса достаточно, чтобы определить электрическое поле повсюду вокруг ускоренного заряда. Полная карта электрического поля ускоренного заряда оказывается довольно сложной. Вместо того чтобы представлять поле в виде пучка стрелок, гораздо удобнее использовать более абстрактное представление в виде линий поля. Силовые линии — это непрерывные линии в пространстве, идущие параллельно направлению электрического поля. Таким образом, рисунок силовых линий в некой области немедленно сообщает нам направление электрического поля, хоть определить его величину и не так просто.
Так будет выглядеть карта полевых линий для нашей ситуации
Линии поля через серую сферическую оболочку опускаем, так как эта область как раз в разгаре получения новостей об ускорении частицы. Чтобы определять направление поля здесь, представьте, что гауссовская рамка изогнута (на рисунке обозначена пунктирной линией, которая оседлает серую оболочку. Эта поверхность должна быть симметричной относительно линии, по которой движется частица; если смотреть вдоль этой линии, рамка будет круглой).
Гауссова поверхность не содержит электрического заряда, поэтому закон Гаусса говорит нам, что полный поток E через нее должен быть равен нулю. Теперь рассмотрим поток, проходящий через различные части поверхности. На внешней (правой) части есть положительный поток, в то время как на внутренней (левой) части есть отрицательный поток. Но эти два вклада в поток не отменяют друг друга, так как поле значительно сильнее снаружи, чем внутри. Это происходит потому, что поле снаружи — это поле точечного заряда, расположенного в точке С, в то время как поле внутри — это поле точечного заряда, расположенного в точке А, и С значительно ближе, чем А. Таким образом, общий поток через внутреннюю и внешнюю части поверхности является положительным. Чтобы отменить этот положительный поток, остальные края рамки должны пропускать отрицательный поток.
Таким образом, электрическое поле внутри серой оболочки должно иметь ненулевую составляющую вдоль оболочки, по направлению к центру гауссовой поверхности. Будем называть эту составляющую поперечным полем, поскольку она указывает в поперечном (то есть перпендикулярном) чисто радиальном направлении поля с обеих сторон. Чтобы быть более точными относительно направления поля внутри серой оболочки, рассмотрим модифицированную гауссову поверхность
Ужимаем внешнюю поверхность ef до тех пор, пока она не уменьшится до того же угла относительно точки С, что и внутренняя поверхность ab, если смотреть с точки A. Теперь потоки через ab и ef действительно взаимокомпенсируются. Отрезки bc и de выбраны так, чтобы они были точно параллельны линиям поля в их местоположении, поэтому поток через эти участки поверхности отсутствует.
И тогда, для того, чтобы общий поток был равен нулю, он должен быть нулевым и через сегмент cd. Это означает, что электрическое поле внутри серой оболочки должно быть параллельно cd. Если стартануть с точки А и пойти по любой линии поля наружу, то придется навернуть резкий угол на внутреннем краю серой оболочки, а затем пройти вдоль оболочки и медленно выйти наружу, сделав еще один резкий поворот на внешнем краю. (Толщина серой оболочки определяется длительностью ускорения заряда.)
И вот выходит итоговая иллюстрация силовых линий. Поперечная часть электрического поля ускоренного заряда также называется полем излучения, поскольку со временем она «излучается» наружу в сферу, расширяющуюся со скоростью света. Если ускорение заряженной частицы достаточно велико, то поле излучения может быть достаточно сильным, воздействуя на далекие заряды гораздо сильнее, чем обычное радиальное поле заряда, движущегося с постоянной скоростью. Поле излучения может также накапливать относительно большое количество энергии, которая уносится от создавшего ее заряда.
Сила поля излучения
Чтобы превратить качественные идеи предыдущего раздела в количественные формулы,
рассмотрим несколько более простую ситуацию, в которой положительно заряженная частица вначале летит вправо, а потом внезапно останавливается. Пусть v₀ — начальная скорость, и пусть замедление начинается в момент времени t = 0 и заканчивается в момент времени t = t₀. Предположим, что ускорение является постоянным в течение этого временного интервала:
Также положим, что v₀ намного меньше скорости света, так что релятивистское сжатие и растяжение электрического поля, обсуждаемые ранее, пренебрежимо малы. Покажем ситуацию в некоторый момент времени T, значительно более поздний, чем t₀. «Импульс» излучения содержится в сферической оболочке толщиной ct₀ и радиусом cT. Вне этой оболочки электрическое поле указывает в сторону от того места, где была бы частица, если бы она продолжала двигаться; эта точка находится на расстоянии v₀T справа от ее фактического местоположения. (Расстояние, пройденное во время торможения ничтожно мало в этом масштабе.) На рисунке для ясности показана только одна полевая линия, выходящая под углом θ от направления движения частицы. В этой линии есть резкий изгиб, когда она проходит через оболочку, как обсуждалось выше. Мы хотели бы знать, насколько сильно электрическое поле внутри оболочки.
Давайте разберем искривленное поле на две составляющие: радиальную составляющую , которая указывает в сторону от местоположения частицы, и поперечную составляющую , которая указывает в перпендикулярном направлении
Соотношение этих компонентов определяется направлением излома
Мы можем найти радиальную компоненту, применив закон Гаусса к крошечной рамке, расположенной на внутренней поверхности оболочки (Gaussian pillbox на рисунке). Пусть стороны рамки будут бесконечно короткими, чтобы поток через них был ничтожен. Тогда, поскольку чистый поток через рамку равен нулю, радиальная составляющая вектора E (то есть составляющая, перпендикулярная верхней и нижней частям рамки) должна быть одинаковой с каждой стороны внутренней поверхности оболочки. Но внутри сферы излучения электрическое поле задается законом Кулона. Таким образом, радиальная составляющая искривленного поля равна
где q — заряд частицы. Подставим это уравнение в предыдущее и используем тот факт, что R = cT:
Хотя выражение выводилось для частного случая, когда конечная скорость частицы равна нулю, оно верно и в более общих случаях. (Чтобы убедиться в этом, рассмотрите случай, когда частица сначала находится в состоянии покоя, а затем получает внезапный удар вправо).
Таким образом, у нас есть все, что нужно знать о силе импульса излучения. Во-первых, обратите внимание, что поперечное поле пропорционально 1/R, а не квадрату. Это означает, что с течением времени и увеличением R, поперечное поле становится намного сильнее радиального; на очень больших расстояниях радиальным полем можно полностью пренебречь, и поле будет чисто поперечным. Во-вторых, рассмотрим зависимость от угла θ: она слабее всего вдоль направления движения (θ = 0 или 180°) и сильнее всего под прямым углом к движению (θ = 90°). Оглядываясь на предыдущий рисунок, мы видим, что размер излома в поле является качественным показателем напряженности поля. Наконец, обратите внимание, что сила поперечного поля пропорциональна а, величине ускорения частицы. Чем больше ускорение, тем сильнее импульс излучения.
Этот импульс излучения несет в себе энергию. Вспомним из электростатики, что энергия на единицу объема, запасенная в любом электрическом поле, пропорциональна квадрату напряженности поля. В нашем случае это подразумевает
Поскольку объем сферической оболочки (самой оболочки, а не области, которую она охватывает) пропорционален квадрату радиуса, полная энергия, содержащаяся в ней, не изменяется с течением времени и увеличением R. Таким образом, когда заряженная частица ускоряется, она теряет энергию для своего окружения в количестве, пропорциональном квадрату ее ускорения. Этот процесс является основным механизмом, лежащим в основе всего электромагнитного излучения: видимого света и его невидимых собратьев, от радиоволн до гамма-лучей.
Формула Лармора
Теперь можно перейти к приложениям. Выведем точную формулу для энергии, излучаемой ускоренной заряженной частицей. Энергия на единицу объема, запасенная в любом электрическом поле, равна
Как только импульс становится достаточно большим, мы можем пренебречь радиальной составляющей поля и просто подключить для . В результате получается
Если нас не волнует направление, в котором идет энергия, то удобно усреднить уравнение по всем направлениям. Провернем один математический трюк. Введем координатную систему с началом координат в центре сферы и осью вдоль первоначального направления движения частицы. Тогда для любой точки (x, y, z) на сферической оболочке cosθ = x/R. Используя угловые скобки〈 〉для обозначения среднего значения по всем точкам на оболочке, запишем тождество
Теперь, поскольку начало координат находится в центре сферы, придется согласиться, что среднее значение квадрата икс равно среднему значению и для квадратов других компонент:
но тогда выходит, что
Ну, а так как и R — константа по всей оболочке, то:
Таким образом, средняя энергия на единицу объема, запасенная в поперечном электрическом поле, равна
Для получения полной энергии, накопленной в поперечном электрическом поле, необходимо умножить полученное выражение на объем сферической оболочки. Площадь поверхности оболочки равна 4πR², а ее толщина — ct₀, поэтому ее объем является произведением этих множителей. Тогда общая энергия
Заметим, что полная энергия не зависит от R; то есть оболочка несет в себе фиксированное количество энергии, которое не уменьшается по мере ее расширения. До сих пор в обсуждениях фигурировало только электрическое поле ускоренного заряда. Но оказывается, что есть еще и магнитное поле, которое уносит равное количество энергии. В принципе, ошибка в два раза не так существенна для нашей формулы, но все же будем честными. Оставим все интересности связанные с магнитным полем на следующий раз, а пока все же учтем, что суммарная энергия, переносимая импульсом излучения, в два раза больше, чем в последнем уравнении, или
Обычно удобнее разделить обе стороны этого уравнения на длительность ускорения частицы t₀. Левая сторона тогда становится энергией, излучаемой частицей в единицу времени, или мощностью, выделяемой во время ускорения:
Этот результат называется формула Лармора, так как он был впервые получен (с использованием более сложного метода) Джозефом Лармором в 1897 году. Вывод, приведенный здесь, был впервые опубликован Джозефом Томсоном (первооткрывателем электрона) в 1907 году. Хотя наш вывод опиратся на частный случай, когда конечная скорость частицы равна нулю, формула Лармора справедлива для любого вида ускоренного движения при условии, что скорость частицы всегда намного меньше скорости света. Тем не менее, можно сделать и обобщение на релятивистский случай.
Электромагнитные Волны
В предыдущем разделе мы пришли к выводу, что когда заряженная частица ускоряется, часть ее электрического поля вырывается на свободу и удаляется со скоростью света, образуя импульс электромагнитного излучения. Часто на практике заряженные частицы непрерывно колеблются взад и вперед, посылая один импульс за другим в периодической последовательности. Вот пример электрического поля вокруг колеблющегося заряда
Если проследить прямую линию от заряда в центре рисунка, можно заметить, что поле колеблется взад и вперед. Расстояние, на котором повторяется направление поля, называется длиной волны. Например, точки А и В находятся на расстоянии одной длины волны друг от друга.
Если вы сидите в неподвижной точке и наблюдаете, как электрическое поле проходит мимо, вы обнаружите, что его направление колеблется. Время, за которое паттерн повторяется один раз, называется периодом волны и равно времени, за которое заряд источника повторяет один цикл своего движения. Период также равен времени, за которое волна проходит расстояние в одну длину волны. Поскольку она движется со скоростью света, мы можем заключить, что длина волны и период связаны пропорцией
где λ («лямбда») — стандартный символ для длины волны, а Т — это стандартный символ для периода, и с — скорость света. Частота колебания обратнопропорциональна периоду. Из соображений традиции и удобства, электромагнитные волны разной длины называются по-разному. Радиоволны с длиной волны в метр и более генерируются относительно легко, когда заряд проходит вверх и вниз по антенне. Несколько более короткие длины волн используются для телевизионной и микроволновой связи. Инфракрасные волны — длина волны от миллиметра до 700 нанометров; случайные микроскопические движения, присутствующие во всей материи при комнатной температуре, вызывают излучение инфракрасного излучения с длиной волны около сотой доли миллиметра. Более горячие объекты, такие как Солнце, испускают излучение в видимом спектре, который охватывает диапазон 400-700 нанометров, к которому чувствителен человеческий глаз. Длина волны видимого света определяет его цвет, причем красный свет имеет самую длинную длину волны, а фиолетовый — самую короткую. Еще более коротковолновые волны относятся к ультрафиолетовым, рентгеновским и гамма-лучам.
Почему небо голубое?
Солнце испускает видимый свет всех цветов, который бомбардирует атмосферу Земли. Атмосфера относительно прозрачна для большей части этого света. Но если бы атмосфера была полностью прозрачной, небо казалось бы черным. По-видимому, часть света от Солнца рассеивается или отклоняется молекулами воздуха. Когда мы смотрим на небо в направлении от Солнца, мы видим этот рассеянный свет, который в основном синий, и наоборот, красный свет легче проходит толщу атмосферы, что делает его видимым, когда Солнце находится вблизи горизонта. Но почему молекулы воздуха рассеивают синий свет больше, чем красный? Очевидно, короткие волны рассеиваются гораздо сильнее, чем длинные. Мы можем понять это явление, представив простую модель процесса рассеяния и применив результаты вышепроведенных выкладок, согласно которым энергия, излучаемая ускоренным зарядом, пропорциональна квадрату ускорения. Рассмотрим один атом азота или кислорода в атмосфере.
Для наших целей лучше всего представить атом как крошечную точку с положительным зарядом (ядро), окруженную большим облаком размазанного отрицательного заряда (электроны). Заряды компенсируются, и атом электрически нейтрален. Теперь предположим, что мимо проходит электромагнитная волна. Электрическое поле в месте расположения атома сначала указывает вверх, затем вниз, затем снова вверх, снова вниз… (Для видимого света длина волны намного больше, чем размер атома.) Хотя нейтральный атом не чувствует чистой силы от этого электрического поля, его составляющие действительно чувствуют силы, поэтому они слегка отклоняются в противоположных направлениях. Впрочем, далеко они не уходят, так как потенциал дает о себе знать. Это похоже на то, как если бы электроны и ядро были соединены вместе жесткой пружиной. Когда волна проходит мимо, ядро слегка колеблется вверх и вниз на той же частоте, что и волна. Мы можем описать его положение как:
где ω = 2πc/λ и λ-длина волны. Пока «пружина» очень жесткая, амплитуда x₀ будет зависеть только от силы электрического поля, а не от длины волны. Поскольку ядро колеблется вверх и вниз, оно само испускает электромагнитное излучение с одинаковой частотой и длиной волны. Согласно предыдущим пунктам, излучаемая энергия пропорциональна квадрату ускорения. Ускорение ядра определяется как вторая производная его положения:
Теперь мы можем определить, как количество излучаемой энергии зависит от длины волны:
Эта формула гласит, что коротковолновая волна заставляет ядро излучать гораздо больше энергии, чем длинноволновая. То же самое верно и в отношении излучения, испускаемого электронами, которые колеблются в противоположном направлении с той же частотой. Это электромагнитное излучение, испускаемое атомом, несет в себе энергию, и энергия должна откуда-то браться. Должно быть правдоподобным, что энергия исходит от поступающей волны, возбуждающей атомные колебания. Эта волна продолжает свой путь, но часть ее энергии была потеряна. Не будем вдаваться в точный механизм этого процесса на данном этапе — просто уповаем на сохранение энергии.
Таким образом, можно заключить, что когда проходит световая волна, атом забирает из нее некоторую энергию и вновь излучает эту энергию как волну той же длины во все направления. Из последнего уравнения видно, что этот процесс гораздо эффективнее для коротковолнового (то есть фиолетового и синего) света, чем для длинноволнового. Вот почему небо голубое. И наоборот, когда смесь различных цветов света проходит через большое количество воздуха, большая часть синего света удаляется, оставляя в основном красный. Вот почему так прекрасны закаты.
P.S.
Кто-то может возразить, дескать, небо фиолетовое, но на восприятии человека сказывается предрасположенность к синему спектру из-за строения колбочек в глазах, да и вообще, в ваших расчетах слишком много частностей и допущений. Наиболее правильным будет обратить его внимание на неравномерность интенсивности спектра Солнца. А более строгий вывод формулы Лармора осуществляется через уравнения Максвелла, потенциалы Лиенара-Вихерта и функции Грина. Подобные строгие выкладки приводят к тому же результату и описаны во многих книжках по электродинамике (Например Е.Ю.Петров Излучение электромагнитных волн движущимися заряженными частицами). Мы же использовали лекционные наброски Дэниела Шрёдера, который в свою очередь опирался на потрясающий учебник Эдварда Перселла «Электричество и магнетизм», что во многом наглядней и более интуитивно.
- специальная теория относительности
- поля
- эмп
- формула лармора
- школьная задача
- Математика
- Научно-популярное
- Физика
Механизм формирования и распространения волн в электромагнитной среде Текст научной статьи по специальности «Физика»
Обсуждается вопрос сущности формирования и распространения волн в электромагнитной среде. Ставится под сомнение достоверность её описания Дж. Максвеллом в виде чередующихся электрического и магнитного полей. Обосновывается формирование электромагнитной волны в виде волны сжатия-разряжения в окружающем электромагнитном фотонном поле потоком фотонов разных частот, излучаемых различными источниками или антенной
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Александров Борис Леонтьевич
К вопросу излучения электромагнитных волн
К вопросу о скорости распространения волн в электромагнитных средах
Единые уравнения электромагнитного и гравитационного поля
Модель фотона
Обоснование применения электромагнитного поля при производстве подсолнечного масла
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
MECHANISM OF FORMATION AND PROPAGATION OF WAVES IN THE ELECTROMAGNETIC ENVIRONMENT
We discuss the question of the essence of formation and propagation of waves in the electromagnetic environment. We have questioned the reliability of its description by J. Maxwell in the form of alternating electric and magnetic fields. The article justifies the formation of an electromagnetic wave in the form of a wave compression-decompression surrounding electromagnetic photon field flux of photons of different frequencies emitted by different sources or antenna
Текст научной работы на тему «Механизм формирования и распространения волн в электромагнитной среде»
УДК 537.872 UDC 537.872
МЕХАНИЗМ ФОРМИРОВАНИЯ И MECHANISM OF FORMATION AND
РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН В PROPAGATION OF WAVES IN THE
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СРЕДЕ ELECTROMAGNETIC ENVIRONMENT
Александров Борис Леонтьевич Alexandrov Boris Leontievich
доктор геолого-минералогических наук, профессор Doctor of geological-mineralogical Sciences, professor по кафедре физики of the Physics Department
Кубанский государственный аграрный Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
университет, Краснодар, Россия
Обсуждается вопрос сущности формирования и We discuss the question of the essence of formation and
распространения волн в электромагнитной среде. propagation of waves in the electromagnetic Ставится под сомнение достоверность её описания environment. We have questioned the reliability of its Дж. Максвеллом в виде чередующихся description by J. Maxwell in the form of alternating
электрического и магнитного полей. electric and magnetic fields. The article justifies the
Обосновывается формирование электромагнитной formation of an electromagnetic wave in the form of a волны в виде волны сжатия-разряжения в wave compression-decompression surrounding
окружающем электромагнитном фотонном поле electromagnetic photon field flux of photons of
потоком фотонов разных частот, излучаемых different frequencies emitted by different sources or
различными источниками или антенной antenna
Ключевые слова: ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ, Keywords: ELECTROMAGNETIC FIELD,
ФОТОН, ИЗЛУЧЕНИЕ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ PHOTON, RADIATION, ELECTROMAGNETIC ВОЛНА WAVE
В соответствии с [22], «колебания, возбуждаемые в какой-либо точке среды (твердой, жидкой или газообразной), распространяются в ней с конечной скоростью, зависящей от свойств среды, передаваясь от одной точки среды к другой. При изучении распространения колебаний среда рассматривается как сплошная, т.е. непрерывно распределенная в пространстве и обладающая упругими свойствами. Процесс распространения колебаний в сплошной среде называется волновым процессом (или волной). Частицы среды, в которой распространяется волна, не вовлекаются волной в поступательное движение, они лишь совершают колебания около своих положений равновесия. Вместе с волной от частицы к частице среды передаются лишь состояния колебательного движения и его энергия. Поэтому основным свойством всех волн, независимо от их природы, является перенос энергии без переноса вещества. Среди разнообразных волн, встречающихся в природе, выделяются: волны на поверхности жидкости, упругие и
электромагнитные волны. Упругими (или механическими) волнами называют механические возмущения, распространяющиеся в упругой среде. Упругие волны бывают продольные и поперечные. В продольных волнах частицы среды колеблются в направлении распространения волны, в поперечных — в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны. Продольные волны могут возбуждаться в средах, в которых возникают упругие силы при деформации сжатия и растяжения, т.е. в твердых, жидких и газообразных телах. Поперечные волны могут возбуждаться в среде, в которой возникают упругие силы при деформации сдвига, т.е. в твердых телах. Механизм формирования и распространения упругих волн в прочном массиве горных пород достаточно глубоко изучен и широко используется на практике как основной метод в полевой геофизике — сейсморазведке [7]. Также хорошо изучены особенности распространения упругих волн в жидкой и газообразной средах. Важно отметить, что распространение упругих волн в газообразной среде существенно отличается от упругих волн в прочном массиве, так как молекулы, составляющие газовую среду, сами движутся не только в разных направлениях, но и с разными скоростями.
Основной задачей изучения волн является выяснение закона изменения во времени и пространстве физической величины, характеризующей волновое движение. Такой величиной служит смещение (Б) малых по объему участков среды (частиц среды) относительно их положения равновесия. Зависимость Б от пространственных координат и времени называется уравнением волны, т.е. (х,у,2Д).
Таким образом, в физике волнами называют всякое распространяющееся в пространстве возмущение состояния вещества или электромагнитного поля. Из этого следует, что есть электромагнитное поле, представленное электромагнитной средой в виде носителей этого поля — фотонов и в этом электромагнитном поле происходит возмущение
состояния составляющих частиц этого поля (т.е. фотонов) в виде волнового процесса. При этом движение каждого фотона представляет собой поперечную волну [1,2], но создаваемая в электромагнитном фотонном поле волна сжатия — разряжения должна быть продольная.
Принято считать [22], что одним из важнейших следствий теории Дж. Максвелла по электромагнетизму является существование электромагнитных волн, причем не волн, распространяющихся в электромагнитной среде, в электромагнитном поле, а именно существование электромагнитных волн. Этим подчеркивается, что движущаяся электромагнитная волна содержит в себе не просто информацию как об электрическом, так и о магнитном поле, но в ней происходят непрерывно преобразования вихревых ортогональных электрического (Е) и магнитного (Н) полей. Поэтому в однородной и изотропной среде вдали от зарядов и токов, создающих электромагнитное поле, из теории Максвелла следует [22], что векторы напряженностей Е и Н переменного электромагнитного поля удовлетворяют волновым уравнениям типа
где Д=3х2 + дУ2 + дг2 — оператор Лапласса, V — фазовая скорость.
При этом говорится [22], что «всякая функция, удовлетворяющая уравнениям (1) и (2), описывает некоторую волну» Из этой фразы следует, что волна должна одновременно описываться и уравнением (1) и
уравнением (2). Но насколько математически справедливо одну и ту же волну описывать одновременно двумя уравнениями, не связанными или не увязанными между собой. И далее [22]: «Следовательно,
электромагнитные поля действительно могут существовать в виде электромагнитных волн». Как видим, распространение электромагнитных волн полностью отождествляется с распространением электромагнитного поля. Из этого не ясно, что первично: «электромагнитная волна», распространяющаяся в пространстве и формирующая электромагнитное поле или электромагнитное поле, в котором распространяется так называемая «электромагнитная волна»?
В соответствии с теорией Максвелла, для электромагнитной волны роль параметра Б должны играть векторы напряженности электрического Е или магнитного Н полей, составляющих электромагнитное поле. Однако, как показано автором в статье «К вопросу излучения электромагнитных волн» [5], волны в фотонном электромагнитном поле не могут характеризоваться параметрами напряженностей электрического Е и магнитного Н полей, так как эти волны представляют состояние возмущения множества фотонов поля, движущихся в разных направлениях, но в данный момент оказавшихся в ограниченном пространстве, до которого дошел фронт волны. Этими параметрами напряженностей характеризуется движение каждого в отдельности фотона этого поля. Почему сегодня мы можем утверждать, что Дж. Максвелл пришел к неправильному пониманию сущности распространяемой волны в электромагнитном поле? Во-первых, не была ясна в те времена материальная сущность окружающего эфира, что именно он, состоящий из электромагнитных частиц фотонов, и создает всеобъемлющее электромагнитное поле. Во-вторых, Дж. Максвеллу не было понятно, каким образом переменное магнитное поле заставляет двигаться в проводнике заряды и создает индукционный ток. По
Максвеллу такой ток могло вызывать только электрическое поле. Поэтому он пришел к выводу, что переменное вихревое магнитное поле создает в окружающем пространстве переменное вихревое электрическое поле, которое взаимодействует с электрическими зарядами в проводнике и создает электрический ток в замкнутом контуре. В связи с этим он и высказал мысль, что замкнутый контур в этом случае выполняет лишь роль «прибора», фиксирующего наличие электрического поля. В-третьих, при всей гениальности Дж. Максвелла он не смог предсказать наличие в металлических проводниках электронов и их свойства. Электрон был открыт английским физиком Дж. Дж. Томсоном лишь в 1897 г. — в год смерти Дж. Максвелла. Теперь же установлено, что кроме заряда (е =-1,6-10-19 Кл) и массы (ше=9,1-10-31 кг), электрон обладает собственным механическим моментом — спином, равным % (в единицах ^), и собственным спиновым магнитным моментом ц е=-1,00116ц в (где
цв= — магнетон Бора, являющийся единицей магнитного
момента электрона). Понятие «размер электрона» не удается
сформулировать непротиворечиво, хотя величину го =е /ше-с ~10″ см принято называть классическим радиусом электрона [25]. По нашим представлениям [1] отсутствие четкого понятия «размер электрона» обусловлено тем, что вокруг электрона вращаются фотоны и объем фотонного поля вокруг электрона зависит от температуры окружающей среды.
Становится понятно, что электрон взаимодействует с электрическим полем своим зарядом, а с магнитным полем — своим магнитным моментом. Поэтому гипотеза Дж. Максвелла о создании вихревым магнитным полем вихревого электрического поля в окружающем пространстве является не
состоятельной, также как и модель «электромагнитной волны», в которой происходит непрерывный переход электрического поля в магнитное и наоборот.
Авторитет Дж. Максвелла был очень велик и его гипотезы после эксперимента Герца воспринимались в ученом мире как неоспоримые. В связи с этим, становится понятным, почему вопросы не только излучения электромагнитных волн, но их формирования и распространения так неопределенно освещены в учебной литературе по «Физики» [8,9,10,11,12,13,16,17,18,19,21,22,23, 24, 26, 27, 29]. Кроме того,
рассмотрение этих вопросов очень тесно связаны с концепцией «эфира», роль которого в физике неоднократно менялась.
Предпринимались многочисленные попытки обнаружить эфир, точнее «эфирный ветер». Решающий опыт, проведенный в 1887г А.Майкельсоном и Э. Морли [14], дал отрицательный результат. Предполагалось, что «эфирный ветер» пронизывает Земной шар и поэтому скорости распространения света вдоль и поперек движения Земли будут отличаться. Полученный отрицательный результат Дж. Бернал назвал «величайшим из всех отрицательных опытов в истории науки». На основании результата этого опыта принято считать, что окружающее Земной шар мировое пространство занято неподвижным эфиром и, следовательно, электромагнитные волны должны были бы распространяться в этом неподвижном мировом эфире. Следует обратить внимание на тот факт, что вместе с Землей движется в пространстве и не покидает её тепловое поле, которое поддерживается как поступлением фотонов от Солнца, так и из недр самой Земли. Причем температура, как объемная плотность фотонной энергии [1,6], сначала понижается до высоты 40 км, а в интервалах 50-70 км (мезосфера) и более 180 км (термосфера) отмечаются максимумы температуры [20]. Это тепловое поле
перемещается вместе с Землей в космическом пространстве, т.е. удерживается вокруг Земного шара, а не пронизывает его. Учитывая это, можно утверждать, что луч света, испускаемый в подвальном помещении в эксперименте А.Майкельсона и Э. Морли, т.е. в «гравитационной яме», не просто принадлежность Земли, а есть одна из её частичек и на скорость распространения луча света в этих условиях не должно было влиять его направление относительно направления движения Земли.
Таким образом, как отмечается в [28], возложив на «эфир» слишком многочисленные и противоречивые «обязанности», физики XIX века обрекли концепцию эфира на отмирание, что и произошло в начале XX столетия. Этому особенно поспособствовал Х.Лоренц [28]. Он первым догадался о том, что поле и вещество — принципиально разные формы материи. Поскольку эфир всегда рассматривался как некая вещественная среда, то в результате поля были отделены и от эфира. Освободив его от функции переносчика взаимодействий, Х. Лоренц тем не менее приложил существенные усилия к сохранению идеи эфира в качестве выделенной неподвижной системы отсчета. Это и тезис о невозможности наблюдать «эфирный ветер» А.Эйнштейн положил в основу частной теории относительности в 1905 г. Так зародившиеся в рамках концепции эфира полевые представления постепенно заменили собой старую идею эфира.
Считается [22 и др. ], что «следствием теории Дж. Максвелла является поперечность электромагнитных волн: векторы
напряженностей электрического Е и магнитного Н полей волны взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной вектору V скорости распространения волны (рис.1) (рисунок такой волны
демонстрируется практически во всех учебниках по физике). Из уравнений Дж. Максвелла также следует, что в электромагнитной волне
векторы Е и Н всегда колеблются в одинаковых фазах (рис.№1), причем мгновенные значения Е и Н в любой точке связаны соотношением
Рис.1. Моментальная «фотография» плоской электромагнитной волны по Дж. Максвеллу
Следовательно, Е и Н одновременно достигают максимума, одновременно обращаются в нуль и т.д.» И далее: «Возможность обнаружения электромагнитных волн указывает на то, что они переносят энергию. Объемная плотность т энергии электромагнитной волны складывается из объемных плотностей электрического тэл и магнитного тм полей:
Учитывая выражение (1), получим, что плотности энергии
электрического и магнитного полей в каждый момент времени
Однако, если Е и Н одновременно достигают максимума, одновременно обращаются в нуль и т.д., то, следовательно, полная объемная плотность ю энергии электромагнитной волны периодически должна то достигать максимального значения, то нулевого и т.д. Это противоречит всеобъемлющему в природе закону сохранения энергии. Поэтому представление о конструкции электромагнитной волны не соответствует действительности, а уравнения Дж. Максвелла, из которых вытекают такие представления о конструкции электромагнитной волны, не отражают реальность природы так называемой «электромагнитной волны».
Кроме того, принято считать, что следствием теории Максвелла является поперечность электромагнитных волн: векторы Е и Н напряженностей электрического и магнитного полей волны взаимно перпендикулярны и лежат в плоскости, перпендикулярной вектору V скорости распространения волны, причем векторы Е, Н и V образуют правовинтовую систему. В этом случае при явлении поляризации светового луча, представленного множеством цугов излучения в разных плоскостях, на выходе из поляризатора выходил бы луч света, содержащий либо только электрическую составляющую поля, либо только магнитную составляющую поля. Однако из поляризатора выходит поляризованный, но электромагнитный луч.
Поперечность направления векторов Е и Н напряженностей электрического и магнитного полей проявляется в каждом движущемся фотоне, однако эти векторы лежат в одной плоскости [1,2 ]. При этом надо исходить из того, что в каждом движущемся фотоне происходят переходы электрической энергии в магнитную энергию и наоборот и что полная
энергия в цуге электромагнитного излучения или объемная плотность энергии должны все время оставаться постоянной и равной либо
максимальной энергии электрической составляющей волны, либо максимальной энергии магнитной составляющей волны. Это условие будет соблюдаться только в том случае, если принять, что электрическая и магнитная составляющие электромагнитной волны цуга излучения сдвинуты по фазе на п/2, т.е.
Е=Еосоs(юt-kx+фо), H=Hocos(юt-kx+фо+л/2) (4)
В этом случае единое выражение, описывающее волну в целом можно представить в виде закона соблюдения постоянства объемной плотности
Для доказательства принципиального различия в характере распространения света и звука, т.е. электромагнитных и упругих волн в воздухе, например в учебнике по физики [23], ссылаются на такой пример: « Свет способен пересекать огромные пространства и, в частности, легко перемещаться в пустоте. В этом отношении свет резко отличается от звука, так как звук может распространяться от источника к нашим ушам не иначе, как через вещественные среды, например через воздух, воду, сталь и т.д. Различие между распространением света и звука можно иллюстрировать простым лабораторным опытом. Электрический звонок и небольшая
электрическая лампочка подвешиваются на проволоках под стеклянным колоколом, из под которого можно откачивать воздух. При откачке воздуха звук, издаваемый звонком, постепенно ослабевает и после откачки почти совершенно не слышен. Если бы на свет откачка оказывала такое же действие, мы наблюдали бы постепенное потемнение колокола. На самом деле видимость этих предметов остается такой же, как до откачки». Однако в этом примере [23] не отмечается, что создавая вакуум и снижая концентрацию молекул воздуха под стеклянным колоколом, мы не снижаем концентрацию фотонов под колоколом, т.е. электромагнитного фотонного поля. И, кроме того, если бы мы смогли снизить концентрацию фотонов под колоколом путем понижения температуры, фотоны излучаемого света все равно дошли бы до наших глаз, так как они могут распространяться самостоятельно в «фотонном вакууме». Поэтому, если бы где-то во Вселенной был бы «фотонный вакуум», то луч света от какой-то звезды пересекал бы это пространство с присущей для диапазона частот этого луча скоростью. В реальной действительности всё пространство во Вселенной между планетами, звездами, галактиками заполнено подвижным мировым эфиром в виде движущихся в различных направлениях фотонов, т.е. электромагнитных монохроматических волн различной частоты. Даже в самых удаленных уголках Вселенной пространство заполнено фотонами, которые создают температуру минимум до 3оК.
Чтобы понять, как волны сжатия-разряжения в электромагнитном поле воздействуют на электроны в антенне, надо осознать, как эти волны пронизывают твердые и жидкие тела и распространяются дальше.
Мы знаем, что волны сжатия-разряжения в электромагнитном поле или «электромагнитные волны» проходят не только через газовую среду, но также через жидкую и твердую среду и воздействуют на антенну, расположенную внутри помещения. Если антенну вынести за пределы
помещения и разместить на крыше здания, прием передачи будет более уверенный, четкий. Следовательно, проникновение «электромагнитной волны» через стены здания снижает энергию волны. Это происходит потому, что часть энергии волны затрачивается на колебания валентных электронов вещества стены через их фотонные орбитали. Точно также волны сжатия-разряжения через фотонные орбитали электронов антенны воздействуют на сами электроны и заставляют их колебаться, что создает переменный электрический ток в открытом колебательном контуре антенны.
Следовательно, первоосновой всего является фотонное электромагнитное поле, в котором могут находиться молекулы газа на больших расстояниях друг от друга, формируя газовую среду из молекул отдельных газов или из молекул разных газов типа воздуха. При увеличении давления и концентрации молекул газа, они начинают взаимодействовать и образуется жидкое состояние из этих молекул. Но их взаимодействие также происходит в фотонной электромагнитной среде и эти фотоны не только вращаются вокруг всех частиц атомов, включая ядра и валентные электроны, но находятся и в свободных пространствах между атомами и молекулами. В твердом состоянии атомы своими валентными электронами прочно взаимодействуют друг с другом, но это также происходит через фотонные оболочки вокруг валентных электронов. Даже электроны в самом атоме с нуклонами ядра взаимодействуют через фотонные оболочки. Поэтому в любом агрегатном состоянии вещества в основе есть фотонное поле, в котором атомы и молекулы находятся либо на достаточно больших расстояниях, либо на очень близких, но во всех случаях взаимодействия атомов на любых расстояниях осуществляются в фотонном поле и через фотонные оболочки. В результате этого, электромагнитные волны могут переходить из вакуума в газовую среду, жидкую или твердую среду, распространяясь в
фотонных оболочках атомов и переходя из одной среды в другую и перемещаясь дальше.
В фотонном электромагнитном поле разными излучающими устройствами одновременно создается множество упругих
электромагнитных волн и они одновременно воздействуют на фотоны электронов всех приемных антенн, но усиливаются и регистрируются конкретным приемным устройством лишь те волны, частоты которых совпадают с собственной частотой колебательного контура этого приемного устройства, т.к. только эти частоты вступают в резонанс. Поэтому излучаемый каким-либо источником свет (электромагнитные излучения в видимой части спектра) или электромагнитные излучения в других диапазонах частот, хотим мы этого или не хотим, распространяются в этом подвижном электромагнитном поле (подвижном эфире), создавая волны сжатия-разряжения. В фотонном электромагнитном поле окружающей среды одновременно движется в разных направлениях множество фотонов разной частоты и все они одновременно участвуют в формировании волны сжатия-разряжения в электромагнитном поле под воздействием излучаемых антенной фотонов.
Следовательно, в электромагнитном поле происходит распространение возмущений в виде волн, но не «электромагнитная волна» по Дж. Максвеллу, в которой происходят вроде бы распространение взаимно связанных электрического и магнитного вихревых полей. Таким образом, первично наличие электромагнитного поля в окружающей среде, в которой происходит распространение возмущений в виде волн. Как следует из вышесказанного, не только для упругих волн в твердой, жидкой или газообразной среде, но и для волн в электромагнитной фотонной среде формирование и распространение волн должно быть идентично.
В связи с этим, просматривается большая аналогия между распространением волн в электромагнитном подвижном фотонном эфире и упругих звуковых волн в газовой среде, где молекулы, составляющие газовую среду, сами движутся не только в разных направлениях, но и с разными скоростями. Поэтому, важно рассмотреть общие особенности распространения как упругих звуковых волн в газовой среде, так и упругих волн в электромагнитной фотонной среде, так как эти обе среды представлены подвижными частицами.
1 Электромагнитное поле — это пространство, занятое электромагнитными частицами-фотонами. В фотонном электромагнитном поле окружающей среды одновременно движется в разных направлениях множество фотонов разной частоты и они одновременно участвуют в формировании волны сжатия — разряжения в этом поле под воздействием излучаемых антенной фотонов или другими источниками излучения (лампами накаливания и т.д.).
2.В любом агрегатном состоянии вещества первоосновой является фотонное поле, в котором находятся атомы и молекулы, причем во всех случаях упругое взаимодействия атомов на любых расстояниях осуществляется в фотонном поле и через фотонные оболочки. Поэтому в электромагнитной среде волны могут переходить из вакуума в газовую, жидкую или твердую среду, распространяясь в них дальше.
3.Волны в электромагнитном фотонном поле пронизывают твердые и жидкие тела, воздействуя на фотоны, вращающиеся вокруг электронов, и передают волну сжатия-разряжения дальше. Таким образом, через фотоны
вещества передается упругая электромагнитная волна. Точно также волны в электромагнитном фотонном поле через фотонные орбитали электронов воздействуют на сами электроны в антенне и заставляют их колебаться, т.е. двигаться с разными частотами и это создает электрический ток.
4. Основной задачей изучения волн является выяснение закона изменения во времени и пространстве физической величины, характеризующей волновое движение. Как следует из вышесказанного, не только для упругих волн в твердой, жидкой или газообразной средах, но и для волн в электромагнитной фотонной среде такой величиной служит смешение (Б) малых по объему участков среды (частиц среды) относительно их положения равновесия. Зависимость Б от пространственных координат и времени называется уравнением волны, т.е. S=f (х,у,2,1). Это справедливо и для электромагнитной волны. Волны в фотонном электромагнитном поле не характеризуются параметрами напряженностей электрического Е и магнитного Н полей. Этими параметрами характеризуется движение каждого в отдельности фотона этого поля.
5.Модель «электромагнитной волны», являющаяся следствием теории Дж. Максвелла, не соответствует реальности и, следовательно, уравнения Дж. Максвелла описывают не существующую волну.
6.Так как основным свойством волны является перенос энергии без переноса вещества, то в случае распространения волны в пространстве полного вакуума, т.е. в отсутствии в нем фотонов, движение цуга в виде волнового процесса необходимо представить в виде общей энергии электрической и магнитной составляющих этого цуга фотона.
1.Александров Б. Л., Родченко М.Б., Александров А.Б. Роль фотонов в физических и химических явлениях. г. Краснодар, «Печатный двор Кубани», 2002 г,543 с.
2.Александров Б.Л. К вопросу природы света и модели фотона. Труды Кубанского государственного аграрного университета, вып.№1(22), 2010, с.152-157.
3.Александров А.Б., Александров Б.Л., Курзин Н.Н. К вопросу взаимосвязи
электрических и магнитных полей в электрическом колебательном контуре. Труды Кубанского государственного аграрного университета, вып.№3(36), 2012, с.308-312.
4.Александров Б.Л., Александров А.Б., Родченко М.Б. Фотоны — источник различных форм энергии в природе. Энерго — и ресурсосберегающие технологии и установки. Материалы научной конференции факультетов механизации, энергетики и электрификации КГАУ, г. Краснодар, 2005 г.
5. Александров Б.Л. К вопросу излучения электромагнитных волн / Б.Л. Александров // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. — Краснодар: КубГАУ, 2014. — №04(098). — IDA [article ID]: 0981404074. -Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2014/04/pdf/74.pdf, 1,250 у.п.л.
6. Александров Б. Л., Александров А.Б., Родченко М.Б. Температура вещества. Труды КГАУ, вып. 381(409) «Применение электротехнических устройств в АПК», г.Краснодар 2000 г.
7.Бондарев В.И. Сейсморазведка. Екатеринбург, Информационно-издательский центр, -2007, 700с.
8.Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика в двух томах. Том 2, Электродинамика, Оптика, Москва, «Физматиздат», 2004,336 с.
9.Грабовский Р.И. Курс физики (для сельскохозяйственных институтов). Издание пятое, переработанное и дополненное. Москва, «Высшая школа», 1980, 607 с.
10.Грабовский Р.И. Курс физики. Издание восьмое, стереотипное. Санкт-Петербург-Москва-Краснодар, 2005, 607 с.
11..Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики, 4-е издание, исправленное. Москва, «Академа», 2003, 720 с.
12. Кингсеп А.С., Локшин Г.Р., Ольхов О.А. Основы физики. Курс общей физики. Том 1. Москва, «Физматлит», 2001, 558 с.
13.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика в десяти томах. Том IV-
Квантовая электродинамика. (В.Б.Берестецкий, Е.М.Лифшиц, Л.П. Питаевский),
Издание четвертое, исправленное. Под редакцией Л.П.Питаевского., Москва, «Физматлит», 2002, 719 с.
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
14Майкельсон А., Морли Э. Об эфирном ветре.С.512-523. Пер. с нем. в сб. под ред. Г.М. Голина и С.Р. Филоновича «Классики Физической науки», Москва, «Высшая школа», 1989, 575 с.
15.Максвелл Дж.К.Динамическая теория электромагнитного поля. С.479-485. Пер. с нем. в сб. под ред. Г.М. Голина и С.Р. Филоновича «Классики Физической науки», Москва, «Высшая школа», 1989, 575 с.
16.Орир Дж. Физика в двух томах, том 2, перевод с английского под редакцией Е.М.Лейкина. Москва, «Мир»,1981, 622 с.
17.Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики, 2-е издание, стереотипное. Москва, «Дрофа», 2004,720 с.
18.Савельев И.В. Курс физики в трех томах. Том 2 «Электричество, колебания и волны, волновая оптика. Москва, «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1989, 462 с.
19.Сивухин Д.В. Общий курс физики в пяти томах, том III Электричество, Издание четвертое, стереотипное, Москва, «Физматлит», МФТИ, 2004, 654 с.
20.Соловьев В.А., Соловьева Л.П. Глобальная экология (экология геосфер Земли). Учебное пособие., Краснодар, 2005, 422 с.
21. Тамм И.Е. Основы теории электричества. Издание одиннадцатое, исправленное и дополненное. Москва, «Физматлит», 2003, 615 с.
22. Трофимова Т.И. Курс физики. Издание шестое, стереотипное. Москва, «Высшая школа», 2000г, 542 с.
23. Физика, Часть II — Оптика и волны. Перевод с английского под редакцией А.С. Ахматова. Москва, Издательство «Наука» Главная редакция физикоматематической литературы, 1973, 399 с.
24. Физика, Часть IV — Электричество и строение атома. Перевод с английского под редакцией А.С.Ахматова. Москва, Издательство «Наука» Главная редакция физико-математической литературы, 1974, 527 с.
25.Физический энциклопедический словарь. Москва, «Советская энциклопедия», 1984, 944 с.
26.Фэйнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике в девяти томах, том 3, Излучение, волны, кванты. Издательство «Мир», Москва, 1977, 495 с.
27. Эллиот Л., Уилкокс У. Физика. Перевод с английского под редакцией проф. А. И.Китайгородского, Издание третье, исправленное. Москва, Издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1975, 734 с.
28.Энциклопедия для детей.»Аванта». Физика. Часть вторая. Электричество и магнетизм, Термодинамика и квантовая механика, Физика ядра и элементарных частиц. Москва. Мир энциклопедий Аванта+, Астрель. 2008.-432 с.
29.Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики, том III, Волновые процессы, оптика, атомная и ядерная физика. Москва, «Высшая школа», 1967, 553 с.
1.Aleksandrov B. L., Rodchenko M.B., Aleksandrov A.B. Rol’ fotonov v fizicheskih i himicheskih javlenijah. g. Krasnodar, «Pechatnyj dvor Kubani», 2002 g,543 s.
2.Aleksandrov B.L. K voprosu prirody sveta i modeli fotona. Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, vyp.№1(22), 2010, s. 152-157.
3.Aleksandrov A.B., Aleksandrov B.L., Kurzin N.N. K voprosu vzaimosvjazi jelektricheskih i magnitnyh polej v jelektricheskom kolebatel’nom konture. Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, vyp.№3(36), 2012, s.308-312.
4.Aleksandrov B.L., Aleksandrov A.B., Rodchenko M.B. Fotony — istochnik razlichnyh form jenergii v prirode. Jenergo — i resursosberegajushhie tehnologii i ustanovki. Materialy nauchnoj konferencii fakul’tetov mehanizacii, jenergetiki i jelektrifikacii KGAU, g.Krasnodar, 2005 g.
5. Aleksandrov B.L. K voprosu izluchenija jelektromagnitnyh voln / B.L. Aleksandrov
// Politematicheskij setevoj jelektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta (Nauchnyj zhurnal KubGAU) [Jelektronnyj resurs]. — Krasnodar: KubGAU, 2014. — №04(098). — IDA [article ID]: 0981404074. — Rezhim dostupa:
http://ej.kubagro.ru/2014/04/pdf/74.pdf, 1,250 u.p.l.
6. Aleksandrov B. L., Aleksandrov A.B., Rodchenko M.B. Temperatura veshhestva. Trudy KGAU, vyp. 381(409) «Primenenie jelektrotehnicheskih ustrojstv v APK», g.Krasnodar 2000 g.
7.Bondarev V.I. Sejsmorazvedka. Ekaterinburg, Informacionno-izdatel’skij centr, -2007,
8.Butikov E.I., Kondrat’ev A.S. Fizika v dvuh tomah. Tom 2, Jelektrodinamika, Optika, Moskva, «Fizmatizdat», 2004,336 s.
9.Grabovskij R.I. Kurs fiziki (dlja sel’skohozjajstvennyh institutov). Izdanie pjatoe, pererabotannoe i dopolnennoe. Moskva, «Vysshaja shkola», 1980, 607 s.
10.Grabovskij R.I. Kurs fiziki. Izdanie vos’moe, stereotipnoe. Sankt-Peterburg-Moskva-Krasnodar, 2005, 607 s.
11..Detlaf A.A., Javorskij B.M. Kurs fiziki, 4-e izdanie, ispravlennoe. Moskva, «Akadema», 2003, 720 s.
12. Kingsep A.S., Lokshin G.R., Ol’hov O.A. Osnovy fiziki. Kurs obshhej fiziki. Tom 1. Moskva, «Fizmatlit», 2001, 558 s.
13.Landau L.D., Lifshic E.M. Teoreticheskaja fizika v desjati tomah. Tom IV-Kvantovaja jelektrodinamika. (V.B.Beresteckij, E.M.Lifshic, L.P. Pitaevskij), Izdanie chetvertoe, ispravlennoe. Pod redakciej L.P.Pitaevskogo., Moskva, «Fizmatlit», 2002, 719 s.
14.Majkel’son A., Morli Je. Ob jefirnom vetre.S.512-523. Per. s nem. v sb. pod red. G.M. Golina i S.R. Filonovicha «Klassiki Fizicheskoj nauki», Moskva, «Vysshaja shkola», 1989, 575 s.
15.Maksvell Dzh.K.Dinamicheskaja teorija jelektromagnitnogo polja. S.479-485. Per. s nem. v sb. pod red. G.M. Golina i S.R. Filonovicha «Klassiki Fizicheskoj nauki», Moskva, «Vysshaja shkola», 1989, 575 s.
16.Orir Dzh. Fizika v dvuh tomah, tom 2, perevod s anglijskogo pod redakciej E.M.Lejkina. Moskva, «Mir»,1981, 622 s.
17.Remizov A.N., Potapenko A.Ja. Kurs fiziki, 2-e izdanie, stereotipnoe. Moskva, «Drofa», 2004,720 s.
18.Savel’ev I.V. Kurs fiziki v treh tomah. Tom 2 «Jelektrichestvo, kolebanija i volny, volnovaja optika. Moskva, «Nauka», Glavnaja redakcija fiziko-matematicheskoj literatury, 1989, 462 s.
19.Sivuhin D.V. Obshhij kurs fiziki v pjati tomah, tom III Jelektrichestvo, Izdanie chetvertoe, stereotipnoe, Moskva, «Fizmatlit», MFTI, 2004, 654 s.
20.Solov’ev V.A., Solov’eva L.P. Global’naja jekologija (jekologija geosfer Zemli). Uchebnoe posobie., Krasnodar, 2005, 422 s.
21.Tamm I.E. Osnovy teorii jelektrichestva. Izdanie odinnadcatoe, ispravlennoe i dopolnennoe. Moskva, «Fizmatlit», 2003, 615 s.
22.Trofimova T.I. Kurs fiziki. Izdanie shestoe, stereotipnoe. Moskva, «Vysshaja shkola», 2000g, 542 s.
23.Fizika, Chast’ II — Optika i volny. Perevod s anglijskogo pod redakciej A.S.Ahmatova. Moskva, Izdatel’stvo «Nauka» Glavnaja redakcija fiziko-matematicheskoj literatury, 1973, 399 s.
24.Fizika, Chast’ IV — Jelektrichestvo i stroenie atoma. Perevod s anglijskogo pod redakciej A.S.Ahmatova. Moskva, Izdatel’stvo «Nauka» Glavnaja redakcija fiziko-matematicheskoj literatury, 1974, 527 s.
25.Fizicheskij jenciklopedicheskij slovar’. Moskva, «Sovetskaja jenciklopedija», 1984,
26.Fjejnman R., Lejton R., Sjends M. Fejnmanovskie lekcii po fizike v devjati tomah, tom 3, Izluchenie, volny, kvanty. Izdatel’stvo «Mir», Moskva, 1977, 495 s.
27. Jelliot L., Uilkoks U. Fizika. Perevod s anglijskogo pod redakciej prof. A.I.Kitajgorodskogo, Izdanie tret’e, ispravlennoe. Moskva, Izdatel’stvo «Nauka», Glavnaja redakcija fiziko-matematicheskoj literatury, 1975, 734 s.
28.Jenciklopedija dlja detej.»Avanta». Fizika. Chast’ vtoraja. Jelektrichestvo i magnetizm, Termodinamika i kvantovaja mehanika, Fizika jadra i jelementarnyh chastic. Moskva. Mir jenciklopedij Avanta+, Astrel’. 2008.-432 s.
29.Javorskij B.M., Detlaf A.A. Kurs fiziki, tom III, Volnovye processy, optika, atomnaja i jadernaja fizika. Moskva, «Vysshaja shkola», 1967, 553 s.
Как возникают электромагнитные волны
Но все это классическая макроскопическая электродинамика с элементами СТО, а есть что почитать в КЭД про тоже самое?
Всего голосов 1: ↑1 и ↓0 +1
Ответить Добавить в закладки Ещё
Показать предыдущий комментарий
Photons and Atoms: Introduction to Quantum Electrodynamics Claude Cohen-Tannoudji, Jacques Dupont-Roc, Gilbert Grynberg и Introduction to Quantum Optics From the Semiclassical Approach to Quantized Light а еще гугл будет предлагать книги по теме — там уж выбирать, с упором в оптику ли или в теорию рассеяния. По мне, самый удобный вариант — находить лекции различных университетов (буду дома — скину пример)
Комментарий пока не оценивали 0
Ответить Добавить в закладки Ещё
Показать предыдущий комментарий
Вот здесь лекции — наша тема начинается с 7-8. Вообще, рекомендую всем поизучать их сайт — есть много интересных статей и визуализаций биофизических процессов
Всего голосов 3: ↑3 и ↓0 +3
Ответить Добавить в закладки Ещё
Показать предыдущий комментарий
Всего голосов 1: ↑1 и ↓0 +1
Ответить Добавить в закладки Ещё
В уже который раз хотелось бы попросить объяснить «на пальцах» возникновение и распространие в вакууме ЭМ волны.
Для обывателя, коим я и являюсь, само понятие волны неотрывно связано со средой распространения. Вода, воздух, продольные и поперечные — это все понятно и просто.
Но с ЭМ волнами — нет. Особенно в случае с гипотетическим полным вакуумом, без наличия каких-либо полей.
Всего голосов 1: ↑1 и ↓0 +1
Ответить Добавить в закладки Ещё
Показать предыдущий комментарий
Электромагнитные волны фактически тоже распространяются в среде — в электромагнитном поле. На ровной поверхности воды при воздействии на нее может возникнуть возмущение, то есть волна, так же и в поле нулевой напряженности может возникнуть ненулевое возмущение, которое распространится дальше. В воде везде существуют частицы воды, а в пространстве везде существует электромагнитное поле, это свойство самого пространства.
Только сам механизм распространения немного другой, не одни частицы толкают другие, а напряженность одного поля превращается в напряженность другого. Электрон в атоме перескочил с одного уровня на другой, в пространстве возникло изменение напряженности электрического поля. Далее напряженность электрического поля затухает до нуля, и ее изменение увеличивает напряженность магнитного в соседней точке. Это магнитное поле затухает до нуля, и его изменение порождает электрическое в следующей точке. Так волна и распространяется.