Номер 1, страница 60 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

1. Какими свойствами обладают электромагнитные волны?

Электромагнитные волны — это процесс распространения в пространстве изменяющихся со временем взаимосвязанных электрического и магнитного полей. Они обладают целым рядом характерных свойств.

1. Поперечность волны
Электромагнитные волны являются поперечными. Это означает, что колебания векторов напряженности электрического поля ($ \vec{E} $) и индукции магнитного поля ($ \vec{B} $) происходят в плоскостях, перпендикулярных направлению распространения волны. Кроме того, векторы $ \vec{E} $ и $ \vec{B} $ всегда взаимно перпендикулярны. Направление распространения, вектор $ \vec{E} $ и вектор $ \vec{B} $ образуют правую тройку векторов.

2. Скорость распространения
В вакууме все электромагнитные волны распространяются с одинаковой, максимально возможной в природе скоростью — скоростью света $ c $. Эта скорость является одной из фундаментальных физических постоянных.
$ c = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_0 \mu_0}} \approx 299 \, 792 \, 458 \text{ м/с} \approx 3 \cdot 10^8 \text{ м/с} $
где $ \epsilon_0 $ — электрическая постоянная, а $ \mu_0 $ — магнитная постоянная. В любой материальной среде скорость распространения электромагнитных волн $ v $ меньше, чем в вакууме ($ v < c $).

3. Источники излучения
Согласно теории Максвелла, источником электромагнитных волн может быть любой электрический заряд, движущийся с ускорением. Например, электромагнитные волны излучаются при колебаниях зарядов в антенне радиопередатчика, при переходах электронов в атомах с одного энергетического уровня на другой, а также при торможении быстрых заряженных частиц.

4. Перенос энергии и импульса
Электромагнитные волны переносят энергию и импульс в пространстве. Плотность потока энергии определяется вектором Пойнтинга. Способность волн переносить импульс проявляется в том, что они оказывают давление (световое или радиационное давление) на поглощающие или отражающие их тела.

5. Волновые свойства
Как и любые волны, электромагнитные волны проявляют следующие свойства:
• Отражение: изменение направления волны на границе раздела двух сред, при котором волна возвращается в исходную среду.
• Преломление: изменение направления распространения волны при ее переходе из одной среды в другую.
• Интерференция: пространственное перераспределение энергии при наложении нескольких когерентных волн, приводящее к их взаимному усилению или ослаблению.
• Дифракция: явление огибания волнами препятствий или отклонения от прямолинейного распространения.
• Поляризация: свойство, характеризующее направленность колебаний вектора $ \vec{E} $ (или $ \vec{B} $) в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Это свойство присуще только поперечным волнам.

6. Распространение в вакууме
В отличие от механических волн (например, звука или волн на воде), которым для распространения необходима материальная среда, электромагнитные волны могут распространяться в вакууме.

7. Спектр электромагнитных волн
Существует непрерывный спектр электромагнитных волн, различающихся по частоте $ \nu $ и длине волны $ \lambda $. Весь спектр условно делится на диапазоны (в порядке увеличения частоты и уменьшения длины волны): радиоволны, микроволновое (СВЧ) излучение, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и гамма-излучение. Физическая природа всех этих излучений едина.

8. Связь характеристик волны
Длина волны $ \lambda $, частота $ \nu $ и скорость распространения волны $ v $ связаны фундаментальным соотношением:
$ v = \lambda \cdot \nu $
Для вакуума это соотношение имеет вид $ c = \lambda \cdot \nu $.

Ответ: Основными свойствами электромагнитных волн являются: поперечность; распространение в вакууме со скоростью света $ c $; способность переносить энергию и импульс; излучение ускоренно движущимися зарядами; проявление волновых явлений (отражение, преломление, интерференция, дифракция, поляризация); существование в виде непрерывного спектра от радиоволн до гамма-лучей. Для их распространения не требуется материальная среда.