Номер 1, страница 246 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Подумайте, почему электромагнитное излучение считают свободным. Вспомните, как происходит распространение электромагнитной волны.

Электромагнитное излучение, или электромагнитная волна, представляет собой процесс распространения колебаний электромагнитного поля в пространстве. Эта волна состоит из двух компонент: переменного электрического поля (с вектором напряженности $\vec{E}$) и переменного магнитного поля (с вектором индукции $\vec{B}$). Эти поля колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях, и оба перпендикулярны направлению распространения волны.

Чтобы понять, почему это излучение считают свободным, необходимо вспомнить механизм его распространения. Этот процесс объясняется теорией Максвелла, которая описывает фундаментальную взаимосвязь между электрическими и магнитными полями. Согласно этой теории, переменное во времени магнитное поле порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле (закон электромагнитной индукции). В свою очередь, переменное во времени электрическое поле порождает вихревое магнитное поле (обобщенный закон Ампера). Математически в вакууме это описывается системой уравнений:

$\nabla \times \vec{E} = -\frac{\partial \vec{B}}{\partial t}$

$\nabla \times \vec{B} = \mu_0 \epsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t}$

Эти два процесса непрерывно поддерживают друг друга. Изменяющееся электрическое поле генерирует изменяющееся магнитное, которое вновь генерирует изменяющееся электрическое, и так далее. В результате возникает самоподдерживающаяся волна, способная распространяться в пространстве, в том числе и в вакууме, где отсутствуют вещества и заряды.

Именно из-за этого механизма распространения электромагнитное излучение и считают свободным. Источник (например, антенна, в которой движутся с ускорением заряды) необходим только для того, чтобы создать начальное возмущение поля — "запустить" волну. После того как волна излучена, она "отрывается" от своего источника и продолжает свое путешествие в пространстве самостоятельно, унося с собой энергию и импульс. Ее дальнейшее существование и распространение больше не зависят от источника. Подобно кругам на воде, которые продолжают бежать от места падения камня, электромагнитная волна становится независимой сущностью. Эта "свобода" позволяет свету от далеких звезд достигать Земли, преодолевая огромное пространство в течение миллионов лет.

Ответ: Электромагнитное излучение считают свободным, потому что после своего порождения ускоренно движущимися зарядами оно отрывается от источника и распространяется в пространстве как самостоятельный, самоподдерживающийся процесс. Этот процесс обеспечивается взаимным порождением переменных электрических и магнитных полей, что позволяет волне существовать и переносить энергию независимо от своего источника, в том числе в вакууме.