Номер 7, страница 69 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

7. Какие физические процессы могут служить источником электромагнитных волн?

Решение

Фундаментальным условием для излучения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов. Согласно теории Максвелла, неподвижный заряд создает только электростатическое поле, а равномерно движущийся заряд — постоянные электрическое и магнитное поля. Лишь при наличии ускорения (изменении скорости по величине или направлению) заряд начинает излучать энергию в виде распространяющихся в пространстве и взаимно порождающих друг друга переменных электрического и магнитного полей — то есть, электромагнитной волны.

Источниками электромагнитных волн могут служить следующие физические процессы:

1. Колебания электрических зарядов в проводниках. В радиопередающих антеннах, подключенных к генератору высокой частоты (например, колебательному контуру), создаются вынужденные колебания свободных электронов. Двигаясь ускоренно, эти электроны излучают электромагнитные волны (радиоволны), частота которых совпадает с частотой колебаний тока в антенне. Этот принцип лежит в основе радиосвязи, телевидения и мобильных сетей.

2. Тепловое излучение. Любое тело, температура которого выше абсолютного нуля ($T > 0$ K), излучает электромагнитные волны. Атомы и молекулы вещества находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении, сталкиваются и колеблются. Составляющие их заряженные частицы (электроны и ядра) движутся с ускорением, что и приводит к излучению. Это излучение имеет сплошной спектр и называется тепловым. Примерами являются инфракрасное излучение от нашего тела или видимый свет от раскаленной нити лампы накаливания.

3. Переходы электронов в атомах на более низкие энергетические уровни. Атом может излучить электромагнитную волну (фотон) при переходе из возбужденного состояния в состояние с меньшей энергией. Когда электрон в атоме "спрыгивает" с более высокого энергетического уровня $E_2$ на более низкий $E_1$, разница энергий $\Delta E = E_2 - E_1$ излучается в виде фотона с частотой $\nu$, определяемой соотношением Планка: $\nu = \frac{E_2 - E_1}{h}$, где $\text{h}$ — постоянная Планка. Этот процесс является источником излучения с линейчатым спектром в видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах.

4. Тормозное излучение. Оно возникает при резком замедлении или изменении направления движения быстрых заряженных частиц (например, электронов) в сильном электрическом поле, как правило, в поле атомного ядра. В результате такого взаимодействия частица движется с большим ускорением и теряет часть своей кинетической энергии, которая испускается в виде кванта электромагнитного излучения. Этот механизм используется для генерации рентгеновских лучей в рентгеновских трубках.

5. Синхротронное излучение. Это мощное излучение, испускаемое релятивистскими заряженными частицами (движущимися со скоростями, близкими к скорости света) при их движении по криволинейной траектории под действием магнитного поля. Движение по окружности или спирали всегда является ускоренным (наличие центростремительного ускорения). Такое излучение наблюдается в ускорителях частиц (синхротронах) и в естественных условиях в космосе (например, в туманностях вокруг пульсаров).

6. Ядерные реакции и радиоактивный распад. Наиболее энергичные электромагнитные волны — гамма-лучи — генерируются в процессах, происходящих внутри атомных ядер. Подобно электронам в атоме, нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре могут находиться на разных энергетических уровнях. Переход ядра из возбужденного состояния (после ядерной реакции или распада) в состояние с меньшей энергией может сопровождаться испусканием гамма-кванта.

Ответ: Источником электромагнитных волн служат любые физические процессы, в которых электрические заряды движутся с ускорением. К основным таким процессам относятся: колебания зарядов в антеннах, тепловое движение атомов и молекул, переходы электронов в атомах, тормозное излучение заряженных частиц, движение заряженных частиц в магнитных полях (синхротронное излучение), а также ядерные процессы.