Номер 5, страница 60 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

5. Как определяют направление распространения электромагнитной волны?

4. Электромагнитная волна возникает при наличии ускоренно движущихся электрических зарядов. Согласно фундаментальным положениям электродинамики, сформулированным Джеймсом Клерком Максвеллом, переменное во времени электрическое поле порождает переменное магнитное поле, а переменное магнитное поле, в свою очередь, порождает переменное электрическое поле. Этот процесс взаимного порождения полей и составляет суть электромагнитной волны.

Рассмотрим этот процесс подробнее:
1. Электрический заряд, движущийся с ускорением (например, электрон, совершающий колебания в антенне), создает вокруг себя переменное электрическое поле, напряженность которого ($\vec{E}$) изменяется со временем.
2. Согласно закону электромагнитной индукции (в обобщенной форме Максвелла), это изменяющееся электрическое поле создает в пространстве вихревое магнитное поле, вектор индукции которого ($\vec{B}$) также изменяется со временем.
3. Изменяющееся магнитное поле, в свою очередь, порождает вихревое электрическое поле, и так далее.

Таким образом, создается самоподдерживающийся процесс распространения в пространстве системы перпендикулярных друг другу переменных электрического и магнитного полей. Неподвижный заряд создает только статическое электрическое поле, а заряд, движущийся равномерно и прямолинейно, — постоянные электрическое и магнитное поля. Только наличие ускорения у заряда приводит к "отрыву" полей от источника и их распространению в виде волны, уносящей энергию.

Ответ: Главным и необходимым условием возникновения электромагнитной волны является ускоренное движение электрических зарядов.

5. Направление распространения электромагнитной волны всегда перпендикулярно плоскости, в которой колеблются вектор напряженности электрического поля ($\vec{E}$) и вектор магнитной индукции ($\vec{B}$). Сами векторы $\vec{E}$ и $\vec{B}$ также всегда взаимно перпендикулярны. Таким образом, тройка векторов ($\vec{E}$, $\vec{B}$, $\vec{v}$), где $\vec{v}$ — вектор скорости распространения волны, образует правую ортогональную систему координат.

Для определения направления распространения используют правило правого буравчика (или правило правой руки): если поворачивать буравчик (или четыре пальца правой руки) по кратчайшему пути от направления вектора напряженности электрического поля $\vec{E}$ к направлению вектора магнитной индукции $\vec{B}$, то направление поступательного движения буравчика (или отогнутого большого пальца) укажет направление распространения электромагнитной волны.

Физически направление распространения волны совпадает с направлением переноса энергии. Плотность потока энергии электромагнитной волны описывается вектором Пойнтинга (или вектором Умова-Пойнтинга), который определяется как векторное произведение:

$\vec{S} = [\vec{E} \times \vec{H}]$

где $\vec{H}$ — вектор напряженности магнитного поля. В вакууме $\vec{H} = \frac{\vec{B}}{\mu_0}$, поэтому:

$\vec{S} = \frac{1}{\mu_0}[\vec{E} \times \vec{B}]$

Вектор $\vec{S}$ всегда направлен в сторону распространения волны.

Ответ: Направление распространения электромагнитной волны определяется по правилу правого буравчика (или правилу векторного произведения): оно перпендикулярно векторам $\vec{E}$ и $\vec{B}$ и направлено так, как движется буравчик при повороте его рукоятки от вектора $\vec{E}$ к вектору $\vec{B}$ по наименьшему углу.