Номер 22.5, страница 112 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 22. Электромагнитные волны - номер 22.5, страница 112.

Условие.

22.5. Почему скорость электромагнитных волн равна скорости света?

Решение.

Решение

Скорость электромагнитных волн равна скорости света по той причине, что свет сам по себе является электромагнитной волной. Это не два разных явления, обладающие одинаковой скоростью, а одно и то же явление.

Это фундаментальное открытие было сделано шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом в XIX веке. Он обобщил известные на тот момент законы электричества и магнетизма в систему из четырех уравнений (уравнений Максвелла). Из этих уравнений следовало, что изменяющееся во времени электрическое поле порождает изменяющееся магнитное поле, а то, в свою очередь, порождает изменяющееся электрическое поле. Этот процесс взаимного порождения полей распространяется в пространстве в виде волны — электромагнитной волны.

Самым важным следствием теории Максвелла стало то, что скорость распространения этих волн в вакууме ($\text{c}$) не зависит от скорости источника или наблюдателя, а определяется исключительно двумя фундаментальными физическими константами: электрической постоянной $ \epsilon_0 $ (диэлектрическая проницаемость вакуума) и магнитной постоянной $ \mu_0 $ (магнитная проницаемость вакуума).

Формула для скорости распространения электромагнитных волн в вакууме выглядит так:

$c = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_0 \mu_0}}$

Подставив в эту формулу известные на тот момент значения констант:

$ \epsilon_0 \approx 8.854 \times 10^{-12} $ Ф/м (Фарад на метр),

$ \mu_0 = 4\pi \times 10^{-7} $ Гн/м (Генри на метр),

Максвелл получил теоретическое значение скорости:

$c = \frac{1}{\sqrt{(8.854 \times 10^{-12}) \times (4\pi \times 10^{-7})}} \approx 299~792~458 $ м/с.

Это значение с поразительной точностью совпало с уже измеренной к тому времени скоростью света. На основании этого совпадения Максвелл сделал гениальное предположение, что свет — это и есть электромагнитная волна, а именно та ее часть (в определенном диапазоне частот), которую способен воспринимать человеческий глаз.

Таким образом, видимый свет, радиоволны, рентгеновские лучи, гамма-излучение — всё это электромагнитные волны, различающиеся лишь длиной волны и частотой, но распространяющиеся в вакууме с одной и той же фундаментальной скоростью, которую мы по исторической причине называем скоростью света.

Ответ:

Скорость электромагнитных волн равна скорости света потому, что свет является частным случаем электромагнитных волн. Теоретически выведенная из уравнений Максвелла скорость распространения электромагнитных волн в вакууме ($ c = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_0 \mu_0}} $) совпала с экспериментально измеренной скоростью света, что и доказало их единую природу.