Номер 2, страница 256 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны. Параграф 52. Электромагнитное поле. Электромагнитные волны. Ответь на вопросы - номер 2, страница 256.

Условие.

2. Что является источником электрического поля?

Решение.

Решение 2.

Кем и когда была создана теория электромагнитного поля и в чём заключается её суть?

Теория электромагнитного поля была создана выдающимся британским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом в 1860-х годах. Он обобщил и теоретически осмыслил все известные на тот момент экспериментальные законы электричества и магнетизма (работы Фарадея, Ампера, Эрстеда, Гаусса) и представил свою теорию в виде единой системы уравнений, которые сейчас носят его имя — уравнения Максвелла. Окончательно теория была сформулирована в его труде «Динамическая теория электромагнитного поля» (1865 г.).

Суть теории заключается в следующих ключевых положениях:

1. Электрические и магнитные поля не являются независимыми сущностями, а представляют собой две стороны единого целого — электромагнитного поля.

2. Эти поля находятся в неразрывной связи и способны к взаимным превращениям: любое изменение магнитного поля во времени порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле (закон электромагнитной индукции Фарадея).

3. В свою очередь, любое изменение электрического поля во времени (а также движущиеся электрические заряды, то есть электрический ток) порождает в окружающем пространстве магнитное поле (обобщённый закон Ампера-Максвелла).

4. Из-за этой взаимной связи электромагнитные возмущения могут распространяться в пространстве от точки к точке в виде электромагнитных волн. Максвелл теоретически вычислил скорость этих волн, и она оказалась равной скорости света. Это позволило ему сделать гениальный вывод о том, что свет — это и есть электромагнитная волна.

Ответ: Теория создана Джеймсом Клерком Максвеллом в 1860-х годах. Её суть состоит в том, что электрические и магнитные поля — это взаимосвязанные компоненты единого электромагнитного поля, способные порождать друг друга, что обеспечивает возможность распространения электромагнитных волн.

2. Что является источником электрического поля?

Источниками электрического поля являются:

– Электрические заряды. Любой электрический заряд $q$ создает вокруг себя электрическое поле $\vec{E}$. Это фундаментальное свойство заряда, описываемое, в частности, законом Кулона и в более общем виде — теоремой Гаусса ($\oint_S \vec{E} \cdot d\vec{A} = \frac{Q_{внутр}}{\varepsilon_0}$). Поле, создаваемое неподвижными зарядами, называется электростатическим.

– Изменяющиеся во времени магнитные поля. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, переменное магнитное поле (когда $\frac{\partial \vec{B}}{\partial t} \neq 0$) порождает вихревое электрическое поле. Такое поле отличается от электростатического тем, что его силовые линии являются замкнутыми кривыми, а его циркуляция по любому замкнутому контуру $L$ отлична от нуля: $\oint_L \vec{E} \cdot d\vec{l} = - \frac{d\Phi_B}{dt}$.

Ответ: Источниками электрического поля являются электрические заряды и переменные магнитные поля.

3. Что является источником магнитного поля?

Источниками магнитного поля являются:

– Движущиеся электрические заряды (электрический ток). Любой проводник с током или просто движущаяся заряженная частица создают вокруг себя магнитное поле $\vec{B}$. Это явление описывается законом Био-Савара-Лапласа.

– Изменяющиеся во времени электрические поля. Это было гениальное теоретическое открытие Максвелла. Переменное электрическое поле (когда $\frac{\partial \vec{E}}{\partial t} \neq 0$) порождает магнитное поле так же, как и ток проводимости. Этот вклад, называемый током смещения, является ключевым в обобщенном законе Ампера (законе Ампера-Максвелла): $\oint_L \vec{B} \cdot d\vec{l} = \mu_0 (I_{проводимости} + \varepsilon_0 \frac{d\Phi_E}{dt})$.

– Собственные (внутренние) магнитные моменты элементарных частиц. Такие частицы, как электроны, протоны и нейтроны, обладают собственным, не связанным с движением, магнитным моментом (спином). В некоторых материалах (ферромагнетиках) эти моменты выстраиваются в одном направлении, создавая сильное макроскопическое магнитное поле, как у постоянных магнитов.

Ответ: Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (электрический ток), переменные электрические поля и собственные магнитные моменты элементарных частиц (спины).

4. Опишите механизм возникновения электромагнитных волн.

Механизм возникновения электромагнитных волн основан на взаимосвязи электрического и магнитного полей, описанной уравнениями Максвелла. Для излучения волны необходим ускоренно движущийся электрический заряд. Процесс происходит следующим образом:

1. Электрический заряд, движущийся с ускорением, создает вокруг себя электрическое поле, напряженность которого в любой точке пространства изменяется со временем.

2. Согласно теории Максвелла, это переменное электрическое поле ($\vec{E}$) порождает в прилегающих областях пространства переменное магнитное поле ($\vec{B}$).

3. В свою очередь, возникшее переменное магнитное поле, согласно закону Фарадея, порождает в соседних областях пространства переменное вихревое электрическое поле.

4. Этот процесс взаимного порождения полей повторяется снова и снова. Электрическое и магнитное поля, непрерывно создавая друг друга, "отрываются" от своего источника (заряда) и распространяются в пространстве в виде единой системы — электромагнитной волны.

Колебания векторов напряженности электрического поля $\vec{E}$ и индукции магнитного поля $\vec{B}$ в волне происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях, которые, в свою очередь, перпендикулярны направлению распространения волны. Эта волна переносит энергию от источника.

Ответ: Электромагнитные волны возникают при ускоренном движении зарядов. Ускоренный заряд создает переменное электрическое поле, которое порождает переменное магнитное поле. Взаимно порождая друг друга, эти поля распространяются в пространстве в виде самоподдерживающейся волны.