Номер 5, страница 153 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 5. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 30. Гипотеза Максвелла. Электромагнитные волны. Задания и упражнения - номер 5, страница 153.

Условие.

5. Идея о силовых линиях и методе их представления принадлежит М. Фарадею. По оценке Дж. Максвелла, этот метод в руках Фарадея превратил-ся в «мощное орудие исследования». Объясните процесс распространения электромагнитного поля с помощью этого метода (см. рис. 154).

Рис. 154

Решение.

Процесс распространения электромагнитного поля, или электромагнитной волны, наглядно объясняется с помощью концепции силовых линий, в основе которой лежит фундаментальная взаимосвязь между электрическими и магнитными полями: переменное во времени одно поле порождает другое. Этот процесс, описанный теорией Максвелла, можно представить как цепную реакцию.

Предположим, в некоторой области пространства возникает переменное магнитное поле. На рисунке 154 его силовые линии (линии вектора магнитной индукции $\vec{B}$) показаны синим цветом. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, это изменяющееся магнитное поле порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле. Его силовые линии (линии вектора напряженности $\vec{E}$), показанные на рисунке черным цветом, представляют собой замкнутые кривые, которые охватывают линии магнитного поля.

Порожденное электрическое поле, в свою очередь, также является переменным во времени. Согласно обобщенному закону Ампера-Максвелла, переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле. Силовые линии этого нового магнитного поля (также синие, но смещенные в пространстве) охватывают линии переменного электрического поля, которое их породило.

Этот процесс носит самоподдерживающийся характер: вновь созданное переменное магнитное поле порождает следующее вихревое электрическое поле, которое порождает следующее магнитное поле, и так далее. В результате система взаимно связанных переменных электрического и магнитного полей распространяется в пространстве, отрываясь от своего источника. Как показано на рисунке, силовые линии полей $\vec{E}$ и $\vec{B}$ взаимно перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волны. Метод силовых линий, таким образом, позволяет визуализировать распространение электромагнитной волны как процесс последовательного порождения и отрыва от источника замкнутых силовых линий электрического и магнитного полей.

Ответ: Распространение электромагнитного поля происходит за счет непрерывного и взаимосвязанного процесса: переменное магнитное поле ($\vec{B}$) порождает вихревое электрическое поле ($\vec{E}$), силовые линии которого охватывают линии магнитного поля. Это переменное электрическое поле, в свою очередь, порождает новое вихревое магнитное поле ($\vec{B}$), силовые линии которого охватывают линии электрического поля. Этот самоподдерживающийся процесс взаимного порождения полей приводит к их распространению в пространстве в виде электромагнитной волны, где векторы $\vec{E}$ и $\vec{B}$ колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях, перпендикулярных направлению распространения.