Номер 1, страница 209 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Какие выводы относительно электромагнитных волн можно сделать из теории Максвелла?

1. Теория Джеймса Клерка Максвелла, обобщенная в виде системы уравнений (уравнений Максвелла), позволила сделать несколько революционных выводов относительно электромагнитных явлений и, в частности, электромагнитных волн.

Ключевые выводы:

• Существование электромагнитных волн. Самый главный вывод теории Максвелла — это теоретическое предсказание существования электромагнитных волн. Согласно его уравнениям, переменное во времени электрическое поле порождает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает переменное электрическое поле. Этот процесс взаимного порождения полей способен самоподдерживаться и распространяться в пространстве, образуя электромагнитную волну.
• Скорость распространения. Теория позволила вычислить скорость распространения электромагнитных волн в вакууме. Она оказалась равной величине $c = \frac{1}{\sqrt{\epsilon_0 \mu_0}}$, где $\epsilon_0$ — электрическая постоянная, а $\mu_0$ — магнитная постоянная. Численное значение этой скорости ($c \approx 299 792 458$ м/с) с поразительной точностью совпало с экспериментально измеренной скоростью света.
• Электромагнитная природа света. Совпадение скоростей привело Максвелла к гениальному предположению, что свет — это и есть электромагнитная волна определенного диапазона частот. Это объединило оптику с электромагнетизмом.

• Свойства электромагнитных волн. Из уравнений Максвелла следуют основные свойства этих волн:

  • Они поперечны : векторы напряженности электрического поля ($\vec{E}$) и индукции магнитного поля ($\vec{B}$) колеблются во взаимно перпендикулярных направлениях, и оба перпендикулярны вектору скорости распространения волны.
  • Они могут распространяться в вакууме , не требуя для этого какой-либо материальной среды.
  • Они переносят энергию и импульс , а также могут оказывать давление (давление света).
• Существование широкого спектра волн. Теория предсказала, что видимый свет — это лишь малая часть огромного спектра электромагнитных волн, которые могут иметь любую частоту (и, соответственно, длину волны). Позже это было подтверждено открытием радиоволн, рентгеновских лучей и других видов излучения.

Ответ: Из теории Максвелла следует, что существуют электромагнитные волны, представляющие собой распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле. Эти волны поперечны, распространяются в вакууме со скоростью света, переносят энергию, а свет является частным случаем электромагнитных волн.

2. В электромагнитной волне, распространяющейся в пространстве, происходят согласованные периодические (чаще всего гармонические, т. е. по закону синуса или косинуса) изменения двух фундаментальных физических величин, характеризующих электромагнитное поле.

Этими величинами являются:

• Напряженность электрического поля — векторная величина, обозначаемая как $\vec{E}$.
• Индукция магнитного поля (или магнитная индукция) — векторная величина, обозначаемая как $\vec{B}$.

Колебания векторов $\vec{E}$ и $\vec{B}$ происходят в пространстве и во времени. Важно отметить, что эти колебания происходят синфазно (в одной фазе), то есть векторы одновременно достигают своих максимальных (амплитудных) и нулевых значений.

Ответ: В электромагнитной волне периодически изменяются напряженность электрического поля ($\vec{E}$) и индукция магнитного поля ($\vec{B}$).