Номер 1, страница 108 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 31. Распространение электромагнитных волн. Глава 4. Излучение и приём электромагнитных волн радио и СВЧ - диапазона - номер 1, страница 108.

В О П Р О С Ы

1. Объясните, как распространяется в пространстве гармоническое возмущение электромагнитного поля.

1. Объясните, как распространяется в пространстве гармоническое возмущение электромагнитного поля.

Гармоническое возмущение электромагнитного поля — это электромагнитная волна, в которой напряженность электрического поля ($\vec{E}$) и индукция магнитного поля ($\vec{B}$) изменяются во времени и пространстве по гармоническому (например, синусоидальному) закону. Распространение такого возмущения представляет собой единый самоподдерживающийся процесс, описываемый теорией Максвелла.

Механизм распространения основан на фундаментальной взаимосвязи электрических и магнитных явлений:

1. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, любое изменение магнитного поля во времени порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле.

2. Согласно обобщенному закону Ампера (с учетом тока смещения Максвелла), любое изменение электрического поля во времени порождает вихревое магнитное поле.

Эти два положения означают, что электрическое и магнитное поля могут существовать не только вокруг своих источников (зарядов и токов), но и независимо от них, в форме волны. Процесс распространения выглядит так: переменное электрическое поле $\vec{E}$ порождает в соседних точках пространства переменное магнитное поле $\vec{B}$, которое, в свою очередь, порождает переменное электрическое поле $\vec{E}$ в еще более удаленных точках, и так далее. Этот непрерывный процесс взаимного порождения полей и есть распространение электромагнитной волны.

Основные свойства гармонической электромагнитной волны:

• Поперечность: Электромагнитная волна является поперечной. Это означает, что векторы $\vec{E}$ и $\vec{B}$ колеблются в направлениях, перпендикулярных направлению распространения волны.
• Взаимная перпендикулярность: Векторы $\vec{E}$ и $\vec{B}$ в любой точке пространства всегда перпендикулярны друг другу. Тройка векторов ($\vec{E}$, $\vec{B}$, вектор скорости $\vec{v}$) образует правую систему векторов.
• Синфазность: Колебания векторов $\vec{E}$ и $\vec{B}$ происходят в одной фазе, то есть они одновременно достигают своих максимальных (амплитудных) значений и одновременно обращаются в ноль.
• Скорость распространения: В вакууме электромагнитная волна распространяется с фундаментальной скоростью — скоростью света $c$, которая определяется электрической ($\varepsilon_0$) и магнитной ($\mu_0$) постоянными: $c = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}} \approx 3 \cdot 10^8$ м/с. В веществе скорость распространения волны меньше.
• Связь амплитуд: Амплитуды (и мгновенные значения) электрического и магнитного полей в вакууме связаны соотношением $E = cB$.

Таким образом, гармоническое возмущение распространяется как единая система поперечных, взаимно перпендикулярных и синфазных колебаний электрического и магнитного полей, движущаяся в пространстве с конечной скоростью.

Ответ:

Гармоническое возмущение электромагнитного поля распространяется в пространстве в виде поперечной электромагнитной волны. Этот процесс является самоподдерживающимся и заключается во взаимном порождении переменных электрического и магнитного полей. Вектор напряженности электрического поля ($\vec{E}$) и вектор магнитной индукции ($\vec{B}$) перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны, а их колебания происходят в одной фазе. В вакууме такая волна распространяется со скоростью света $c$.