Номер 6, страница 65 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

6. Почему возникают электромагнитные волны при ускоренном движении электрического заряда?

6. Возникновение электромагнитных волн при ускоренном движении электрического заряда является одним из фундаментальных следствий классической электродинамики, обобщенной в уравнениях Максвелла. Чтобы понять этот процесс, рассмотрим поведение полей, создаваемых зарядом, в разных состояниях движения.

1. Покоящийся заряд. Неподвижный электрический заряд создает вокруг себя только статическое (не изменяющееся со временем) электрическое поле. Магнитное поле отсутствует.

2. Заряд, движущийся равномерно и прямолинейно. Согласно теории относительности и уравнениям Максвелла, заряд, движущийся с постоянной скоростью, создает вокруг себя как электрическое, так и постоянное магнитное поле. Эти поля "жестко связаны" с зарядом и перемещаются вместе с ним. В любой точке пространства, мимо которой пролетает заряд, поля изменяются, но это изменение не является волной; оно просто отражает приближение и удаление источника поля. Энергия от заряда не "отрывается".

3. Заряд, движущийся с ускорением. Ситуация кардинально меняется, когда заряд начинает двигаться с ускорением (то есть изменяет свою скорость по величине или направлению).

• Изменение скорости заряда приводит к изменению создаваемых им электрического и магнитного полей.
• Согласно принципу конечности скорости распространения взаимодействий (равной скорости света $\text{c}$), информация об изменении состояния движения заряда не может мгновенно передаться во все точки пространства. Это изменение распространяется от заряда во все стороны со скоростью света.
• Этот процесс распространения "возмущения" полей и есть электромагнитная волна. Суть явления заключается во взаимном порождении электрического и магнитного полей. Согласно теории Максвелла, переменное во времени электрическое поле ($\frac{\partial \vec{E}}{\partial t}$) порождает вихревое магнитное поле ($\vec{B}$), а переменное магнитное поле ($\frac{\partial \vec{B}}{\partial t}$) порождает вихревое электрическое поле ($\vec{E}$).
• Когда заряд ускоряется, созданное им возмущение электрического поля начинает распространяться. Это переменное электрическое поле создает переменное магнитное поле. Оно, в свою очередь, создает переменное электрическое поле, и так далее.

Ответ: Электромагнитные волны возникают при ускоренном движении заряда потому, что изменение его скорости вызывает возмущение в окружающем его электромагнитном поле. Это возмущение не может распространиться мгновенно и распространяется со скоростью света. Согласно уравнениям Максвелла, переменное электрическое поле порождает переменное магнитное, а то, в свою очередь, — переменное электрическое. Этот самоподдерживающийся процесс взаимного порождения полей и есть электромагнитная волна, которая "отрывается" от заряда и распространяется в пространстве, унося энергию.