Страница 256 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

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

Теория электромагнитного поля была создана шотландским физиком-теоретиком Джеймсом Клерком Максвеллом в период с 1860 по 1865 год. Его работа «Динамическая теория электромагнитного поля», опубликованная в 1865 году, представила миру единую теорию, которая описывала электричество, магнетизм и свет как проявления одного и того же явления — электромагнитного поля. Максвелл обобщил и математически оформил открытия своих предшественников, в частности Майкла Фарадея, Андре-Мари Ампера и Карла Фридриха Гаусса.

Суть теории заключается в следующих ключевых положениях:

• Электрическое и магнитное поля не являются независимыми сущностями, а представляют собой две взаимосвязанные компоненты единого электромагнитного поля.
• Переменное во времени магнитное поле порождает вихревое электрическое поле (закон электромагнитной индукции Фарадея).
• Переменное во времени электрическое поле или движущиеся электрические заряды (электрический ток) порождают магнитное поле (обобщенный закон Ампера, включающий ток смещения, введенный Максвеллом).
• Взаимное порождение переменных электрического и магнитного полей приводит к распространению в пространстве электромагнитных волн. Максвелл теоретически вычислил скорость этих волн и обнаружил, что она совпадает со скоростью света. Это позволило ему сделать революционный вывод: свет — это электромагнитная волна.

Математической основой теории является система из четырех уравнений, известных как уравнения Максвелла (в дифференциальной форме):

1. Закон Гаусса для электрического поля: $ \nabla \cdot \vec{E} = \frac{\rho}{\varepsilon_0} $

2. Закон Гаусса для магнитного поля: $ \nabla \cdot \vec{B} = 0 $

3. Закон индукции Фарадея: $ \nabla \times \vec{E} = -\frac{\partial \vec{B}}{\partial t} $

4. Закон Ампера-Максвелла: $ \nabla \times \vec{B} = \mu_0 \left(\vec{J} + \varepsilon_0 \frac{\partial \vec{E}}{\partial t}\right) $

Ответ: Теория электромагнитного поля была создана Джеймсом Клерком Максвеллом в 1860-1865 годах. Её суть в том, что электрические и магнитные поля являются единым целым; переменное электрическое поле порождает магнитное, и наоборот, переменное магнитное поле порождает электрическое, что обуславливает существование и распространение электромагнитных волн, частным случаем которых является свет.

2. Согласно классической электродинамике, существует два вида источников электрического поля.

• Электрические заряды. Любой электрический заряд (как положительный, так и отрицательный) создаёт в окружающем пространстве электрическое поле. Если заряд неподвижен, поле называется электростатическим. Это фундаментальное свойство заряженных частиц.
• Изменяющиеся во времени магнитные поля. В соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея, любое изменение магнитного поля во времени (например, изменение величины или направления вектора магнитной индукции) приводит к возникновению в пространстве вихревого электрического поля. Такое поле отличается от электростатического тем, что его силовые линии являются замкнутыми.

Таким образом, электрическое поле может быть создано как статичными источниками (зарядами), так и динамическими процессами (изменением магнитного поля).

Ответ: Источниками электрического поля являются электрические заряды и изменяющиеся во времени магнитные поля.

2. Что является источником электрического поля?

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.

3. Что является источником магнитного поля?

3. Решение

Источником магнитного поля, согласно фундаментальным законам физики (уравнениям Максвелла), являются движущиеся электрические заряды и изменяющиеся во времени электрические поля. Эти источники можно рассмотреть подробнее на макроскопическом и микроскопическом уровнях.

1. Движущиеся электрические заряды (электрический ток). Это исторически первый открытый и наиболее известный источник магнитного поля. Любой электрический ток, который представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц (например, электронов в металлическом проводнике), создает в окружающем пространстве магнитное поле. Это явление было экспериментально обнаружено Хансом Кристианом Эрстедом в 1820 году. Например, проводник с током или катушка индуктивности являются источниками макроскопического магнитного поля.

2. Переменное электрическое поле. Джеймс Клерк Максвелл теоретически предсказал и доказал, что изменяющееся во времени электрическое поле также порождает магнитное поле, даже в полном вакууме, где нет движущихся зарядов. Этот вклад, называемый током смещения, имеет решающее значение для объяснения существования и распространения электромагнитных волн (света, радиоволн). Уравнение Ампера–Максвелла в интегральной форме объединяет оба источника: $ \oint_L \vec{B} \cdot d\vec{l} = \mu_0 \left( I_{enc} + \varepsilon_0 \frac{d\Phi_E}{dt} \right) $. Здесь $I_{enc}$ — это обычный электрический ток (ток проводимости), а член $ \varepsilon_0 \frac{d\Phi_E}{dt} $ описывает вклад от переменного электрического поля.

3. Собственный магнитный момент частиц (спин). На микроскопическом уровне магнетизм многих материалов, в особенности постоянных магнитов, объясняется наличием у элементарных частиц (в первую очередь, у электронов) собственного, или внутреннего, магнитного момента. Этот момент является фундаментальным квантовым свойством частицы, называемым спином, и не связан с ее классическим движением. Кроме спинового, существует и орбитальный магнитный момент, обусловленный движением электрона вокруг ядра в атоме. В ферромагнитных материалах (например, железе) эти микроскопические магнитные моменты выстраиваются параллельно друг другу в больших областях (доменах), создавая сильное суммарное макроскопическое поле.

Ответ: источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (электрический ток), переменные во времени электрические поля, а также собственные (спиновые и орбитальные) магнитные моменты элементарных частиц.

4. Опишите механизм возникновения индукционного тока, опираясь на знание о существовании электромагнитного поля.

Источником магнитного поля являются движущиеся электрические заряды, а также изменяющиеся во времени электрические поля. Это фундаментальное положение теории электромагнетизма. Можно выделить несколько конкретных проявлений этого принципа. Во-первых, это электрический ток, то есть упорядоченное движение зарядов по проводнику, которое создает магнитное поле вокруг него. Во-вторых, любая отдельная движущаяся заряженная частица, например, электрон, летящий в вакууме, порождает магнитное поле. В-третьих, согласно теории Максвелла, переменное электрическое поле также является источником магнитного поля, что обеспечивает возможность существования электромагнитных волн. Наконец, на микроуровне источником магнетизма являются собственные магнитные моменты элементарных частиц (связанные со спином) и орбитальные моменты электронов в атомах. Суммарное действие этих моментов в таких веществах, как ферромагнетики, создает макроскопическое поле постоянных магнитов.

Ответ: Источником магнитного поля являются движущиеся электрические заряды и переменные электрические поля.

4. Механизм возникновения индукционного тока объясняется с позиций теории электромагнитного поля, которая утверждает, что электрическое и магнитное поля — это две стороны единого целого. Основная идея заключается в том, что любое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле. В отличие от электростатического поля, создаваемого неподвижными зарядами, силовые линии вихревого поля замкнуты сами на себя. Этот постулат является физическим смыслом одного из уравнений Максвелла, известного как закон электромагнитной индукции Фарадея. В дифференциальной форме он записывается так:

$ \nabla \times \vec{E} = -\frac{\partial \vec{B}}{\partial t} $

Здесь $ \nabla \times \vec{E} $ (ротор вектора $\vec{E}$) характеризует "завихренность" электрического поля, а $ \frac{\partial \vec{B}}{\partial t} $ — скорость изменения магнитного поля во времени.

Сам процесс возникновения тока происходит следующим образом. Когда изменяется магнитный поток, пронизывающий замкнутый проводящий контур, это означает, что в области контура изменяется магнитное поле. Это изменяющееся магнитное поле, согласно указанному закону, индуцирует вихревое электрическое поле. Это поле возникает во всем окружающем пространстве, включая и сам материал проводника. Далее, индуцированное электрическое поле действует на свободные носители заряда в проводнике (например, на электроны) с силой $ \vec{F} = q\vec{E} $, заставляя их двигаться упорядоченно. Это направленное движение зарядов и есть индукционный ток. Таким образом, причиной тока является не само магнитное поле, а порождаемое его изменением вихревое электрическое поле.

Ответ: Изменение магнитного поля во времени порождает вихревое электрическое поле. Это электрическое поле действует на свободные заряды в замкнутом проводнике, вызывая их упорядоченное движение — индукционный ток.

5. Представленный на изображении вопрос под номером 5 является неполным, его текст обрывается. В связи с этим предоставить на него развернутый и корректный ответ не представляется возможным.

Ответ: Вопрос сформулирован не до конца.

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

Теория электромагнетизма, созданная Джеймсом Клерком Максвеллом в середине XIX века, представляет собой систему из четырех фундаментальных уравнений. Эти уравнения не только обобщили все известные на тот момент законы электричества и магнетизма, но и привели к ряду важнейших выводов о природе электромагнитных волн. Основные из них:

• 1. Существование электромагнитных волн и их источник

  Главный вывод теории Максвелла — это теоретическое предсказание самого факта существования электромагнитных волн. Согласно его уравнениям, переменное во времени электрическое поле ($\frac{\partial \vec{E}}{\partial t}$) порождает вихревое магнитное поле ($\nabla \times \vec{B}$), а переменное во времени магнитное поле ($\frac{\partial \vec{B}}{\partial t}$) порождает вихревое электрическое поле ($\nabla \times \vec{E}$). Эти два процесса неразрывно связаны и поддерживают друг друга. В результате в пространстве может распространяться единый процесс — электромагнитная волна, представляющая собой распространяющиеся в пространстве и времени колебания векторов напряженности электрического поля $\vec{E}$ и индукции магнитного поля $\vec{B}$. Источником таких волн, согласно теории, являются ускоренно движущиеся электрические заряды.

  Ответ: Теория Максвелла предсказывает существование электромагнитных волн как процесса взаимного порождения переменных электрического и магнитного полей, распространяющегося в пространстве. Источником этих волн служат заряды, движущиеся с ускорением.

• 2. Скорость распространения электромагнитных волн

  Из своих уравнений Максвелл вывел формулу для скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. Эта скорость ($c$) оказалась связана с двумя фундаментальными физическими константами: электрической постоянной $\varepsilon_0$ и магнитной постоянной $\mu_0$.

  $c = \frac{1}{\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}}$

  Подстановка численных значений этих констант дала величину, поразительно близкую к экспериментально измеренной скорости света (около 300 000 км/с). Это позволило Максвеллу сделать гениальное предположение, что свет является частным случаем электромагнитных волн.

  Ответ: Электромагнитные волны в вакууме распространяются с конечной скоростью, равной скорости света, которая определяется фундаментальными электрической и магнитной постоянными ($c = 1/\sqrt{\varepsilon_0 \mu_0}$).

• 3. Поперечность электромагнитных волн

  Решение уравнений Максвелла для волнового процесса показывает, что колебания векторов напряженности электрического поля ($\vec{E}$) и индукции магнитного поля ($\vec{B}$) происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Кроме того, векторы $\vec{E}$ и $\vec{B}$ всегда перпендикулярны друг другу. Таким образом, электромагнитные волны являются поперечными. Тройка векторов ($\vec{E}$, $\vec{B}$, вектор скорости $\vec{v}$) образует правую тройку, то есть они ориентированы так же, как оси x, y, z в правой системе координат.

  Ответ: Электромагнитные волны являются поперечными: векторы электрического ($\vec{E}$) и магнитного ($\vec{B}$) полей перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны.

• 4. Перенос энергии и импульса

  Теория показывает, что электромагнитные волны переносят энергию. Плотность потока энергии, то есть количество энергии, переносимое волной через единичную площадку за единицу времени, описывается вектором Пойнтинга $\vec{S}$:

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

  Направление вектора $\vec{S}$ совпадает с направлением распространения волны. Помимо энергии, электромагнитные волны переносят и импульс. Это означает, что при поглощении или отражении волны на тело действует сила — сила светового давления. Существование этой силы также было предсказано Максвеллом.

  Ответ: Электромагнитные волны переносят энергию и импульс, что проявляется, в частности, в способности света оказывать давление на объекты.

• 5. Существование широкого спектра электромагнитных волн

  Из теории Максвелла не следует никаких ограничений на возможные частоты (и, соответственно, длины волн) электромагнитных колебаний. Это означало, что видимый свет — это лишь узкая часть огромного спектра электромагнитных волн. Теория предсказала существование волн с частотами как ниже, так и выше частот видимого света. Это предсказание блестяще подтвердилось последующими открытиями радиоволн (Г. Герц), рентгеновских лучей (В. Рентген), гамма-излучения и других видов электромагнитного излучения.

  Ответ: Теория Максвелла предсказала существование непрерывного спектра электромагнитных волн, различающихся по частоте и длине волны, частью которого является видимый свет.

6. Какие физические величины периодически меняются в электромагнитной волне?

В электромагнитной волне происходят периодические во времени и пространстве колебания характеристик электромагнитного поля. Основными физическими величинами, которые периодически меняются, являются:

• Напряженность электрического поля (вектор $\vec{E}$). Это силовая характеристика электрического поля.

• Индукция магнитного поля (вектор $\vec{B}$). Это силовая характеристика магнитного поля.

Колебания векторов $\vec{E}$ и $\vec{B}$ происходят в одинаковой фазе (синфазно) и во взаимно перпендикулярных плоскостях. При этом оба вектора перпендикулярны направлению распространения волны, что означает, что электромагнитные волны являются поперечными.

Вследствие колебаний полей, также периодически изменяются и связанные с ними величины, такие как:

• Плотность энергии электрического поля: $w_E = \frac{\varepsilon_0 E^2}{2}$

• Плотность энергии магнитного поля: $w_B = \frac{B^2}{2\mu_0}$

• Плотность потока электромагнитной энергии (описывается вектором Пойнтинга $\vec{S}$).

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

7. Основные соотношения связывают длину волны ($\lambda$), ее период ($T$), частоту ($\nu$) и скорость распространения ($v$).

Длина волны — это расстояние, которое волна проходит за один период колебаний. Следовательно, она связана со скоростью распространения и периодом следующим образом:

$ \lambda = v \cdot T $

где:

$\lambda$ – длина волны (в метрах, м),

$v$ – скорость распространения волны в данной среде (в метрах в секунду, м/с),

$T$ – период колебаний (в секундах, с).

Частота колебаний $\nu$ является величиной, обратной периоду: $\nu = \frac{1}{T}$. Подставив это соотношение в предыдущую формулу, получим связь между длиной волны, скоростью и частотой:

$ \lambda = \frac{v}{\nu} \quad $ или $ \quad v = \lambda \cdot \nu $

где $\nu$ – частота колебаний (в герцах, Гц).

Для электромагнитных волн, распространяющихся в вакууме, скорость распространения $v$ равна скорости света $c$ (приблизительно $3 \cdot 10^8$ м/с). В этом важном частном случае формула принимает вид:

$ \lambda = \frac{c}{\nu} $

Ответ: Длина волны $\lambda$ связана с ее скоростью распространения $v$ и периодом $T$ соотношением $\lambda = v \cdot T$, а с частотой $\nu$ — соотношением $\lambda = v / \nu$. Для электромагнитных волн в вакууме $\lambda = c / \nu$, где $c$ — скорость света.

7. Какие соотношения между длиной волны, её скоростью, периодом и частотой колебаний справедливы для электромагнитных волн?

Для электромагнитных волн, как и для любых других волн, существует ряд фундаментальных соотношений, связывающих их ключевые характеристики: длину волны, скорость распространения, период и частоту колебаний.

Решение:

Основные характеристики электромагнитной волны и соотношения между ними:

1. Частота колебаний ($\nu$) и период колебаний ($T$) являются взаимообратными величинами. Период представляет собой время, за которое векторы напряженности электрического поля $\vec{E}$ и индукции магнитного поля $\vec{B}$ совершают одно полное колебание. Частота — это количество таких колебаний за единицу времени. Их связь выражается формулой:

$T = \frac{1}{\nu}$

2. Скорость распространения волны ($v$) и длина волны ($\lambda$) связаны с частотой и периодом. Длина волны — это расстояние, на которое волна распространяется за один период. Скорость волны — это произведение её длины на частоту. В вакууме электромагнитные волны распространяются со скоростью света $c$ ($c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с). Таким образом, для вакуума справедливы следующие соотношения:

$c = \lambda \nu$

Из этой формулы можно выразить длину волны:

$\lambda = \frac{c}{\nu}$

Подставив соотношение для периода, получим связь длины волны со скоростью и периодом:

$\lambda = cT$

3. В оптически прозрачной среде скорость распространения электромагнитной волны ($v$) меньше, чем в вакууме, и определяется показателем преломления среды $n$:

$v = \frac{c}{n}$

При переходе волны из вакуума в среду (или из одной среды в другую) её частота $\nu$ остается неизменной. Изменяются скорость распространения и, следовательно, длина волны:

$\lambda_{среды} = \frac{v}{\nu} = \frac{c}{n\nu}$

Ответ: Основные соотношения, связывающие длину волны $\lambda$, скорость $v$, период $T$ и частоту $\nu$ для электромагнитных волн: $\nu = \frac{1}{T}$, $v = \lambda\nu$, $\lambda = vT$. В вакууме скорость $v$ равна скорости света $c$, поэтому $c = \lambda\nu$ и $\lambda = cT$.

8. Предполагается, что полный вопрос звучит так: "Как должна двигаться заряженная частица, чтобы излучать электромагнитные волны?".

Решение:

Согласно фундаментальным принципам классической электродинамики, электромагнитные волны излучаются заряженной частицей только в том случае, если она движется с ускорением.

Рассмотрим различные состояния движения заряженной частицы:

- Покоящаяся заряженная частица ($\vec{v} = 0$). Такая частица создает вокруг себя только постоянное во времени (статическое) электростатическое поле. Магнитное поле отсутствует. Излучения электромагнитных волн не происходит.

- Заряженная частица, движущаяся равномерно и прямолинейно ($\vec{v} = \text{const}$, $\vec{a} = 0$). Такая частица создает постоянное электрическое и постоянное магнитное поля. Поскольку оба поля не изменяются со временем, процесс их взаимного порождения, характерный для волны, не возникает. Излучения нет.

- Заряженная частица, движущаяся с ускорением ($\vec{a} \neq 0$). Ускорение означает, что вектор скорости частицы $\vec{v}$ изменяется со временем (либо по модулю, либо по направлению, либо и то, и другое). Это приводит к тому, что создаваемые частицей электрическое и магнитное поля также изменяются со временем. Согласно уравнениям Максвелла, переменное электрическое поле порождает переменное вихревое магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает переменное вихревое электрическое поле. Этот самоподдерживающийся процесс распространяется в пространстве со скоростью света, образуя электромагнитную волну.

Таким образом, наличие ускорения у заряженной частицы является необходимым и достаточным условием для излучения ею электромагнитных волн. Интенсивность излучения пропорциональна квадрату ускорения частицы.

Примерами ускоренного движения, приводящего к излучению, являются:

- Колебательное движение зарядов, например, электронов в передающей антенне.

- Движение заряженной частицы по криволинейной траектории (например, по окружности в ускорителе), так как такое движение всегда происходит с центростремительным ускорением.

- Прямолинейное движение с переменной скоростью (разгон или торможение).

Ответ: Для того чтобы заряженная частица излучала электромагнитные волны, она должна двигаться с ускорением.

8. Как должна двигаться заряженная частица, чтобы она излучала электромагнитные волны?

Для того чтобы заряженная частица излучала электромагнитные волны, она должна двигаться с ускорением. Рассмотрим этот принцип подробнее, проанализировав различные виды движения заряда.

Неподвижная заряженная частица создает вокруг себя только постоянное во времени (статическое) электрическое поле. Магнитное поле в этом случае отсутствует, и никакого излучения не происходит.

Заряженная частица, движущаяся равномерно и прямолинейно (то есть с постоянной скоростью, $v = \text{const}$), создает вокруг себя как электрическое, так и постоянное магнитное поле. Эти поля перемещаются в пространстве вместе с частицей. Несмотря на то, что для неподвижного наблюдателя поля в фиксированной точке пространства изменяются, такая система не излучает энергию в виде волн. Энергия полей просто переносится вместе с зарядом.

Излучение электромагнитных волн происходит только тогда, когда заряженная частица движется с ускорением ($a \neq 0$). Ускорение означает любое изменение вектора скорости со временем. Это может быть изменение величины скорости (разгон или торможение) или изменение направления скорости (движение по криволинейной траектории). При ускоренном движении создаваемые частицей электрическое и магнитное поля становятся переменными во времени таким образом, что они начинают порождать друг друга и распространяться в пространстве независимо от источника, унося с собой энергию. Эта распространяющаяся в пространстве система переменных электрического и магнитного полей и есть электромагнитная волна.

Например, электроны, совершающие колебательные движения в антенне, постоянно испытывают ускорение, что приводит к излучению радиоволн. Другой пример — синхротронное излучение, которое возникает, когда заряженные частицы, например электроны, движутся с высокой скоростью по криволинейной траектории в магнитном поле ускорителя.

Ответ: Чтобы заряженная частица излучала электромагнитные волны, она должна двигаться с ускорением. Это означает, что ее вектор скорости должен изменяться со временем (либо по модулю, либо по направлению, либо и то и другое одновременно).