Электромагнитные колебания и волны

Магнетизм

Вопрос 1

Взаимодействие движущихся зарядов называется магнитным.

Магни́тная инду́кция. — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства

Как определить:

· Правило буравчика: «Если направление поступательного движения буравчика (винта) совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции». Определяет направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле

· Правило правой руки: «Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый большой палец направить по движению проводника, то 4 вытянутых пальца укажут направление индукционного тока».

· Для соленоида оно формулируется так: «Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида».

Закон Био Савара Лапласа — Магнитное поле любого тока может быть вычислено как векторная сумма полей, создаваемая отдельными участками токов.

Закон Био-Савара-Лапласа для некоторых токов:

Магнитное поле прямого тока:

Магнитное поле кругового тока:

 

Линией магнитной индукции называют линию, в каждой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной к ней.
Линии магнитной индукции - замкнутые линии.

 

Вопрос 2

Сформулируем теорему о циркуляции вектора магнитной индукции (закон полного тока): циркуляция вектора магнитной индукции по произвольному замкнутому контуру, охватывающему токи прямо пропорциональна алгебраической сумме токов, пронизывающих этот контур

, где I – ток, охваченный контуром L.

 

магнитная индукция внутри соленоида:

,

Произведение nI – называется число ампер витков на метр.

– магнитная проницаемость вещества.

 Вне соленоида В=0

 

Величина р_m = IS называется магнитным моментом тока, а контур с током называется магнитным диполем. Магнитный момент контура с током величина векторная. Он направлен по нормали к плоскости контура и связан с направлением тока правилом буравчика. Магнитный момент имеет общее значение и определяется выражением р_m = IS для любой формы контура.

На контур с током в магнитном поле действует вращающий момент, стремящийся повернуть контур М_вр = [р_mВ], М_вр = р_mВ sinα. В положении устойчивого равновесия магнитный момент контура направлен вдоль линий индукции.

Вопрос 3

Сила Лоренца - это сила, действующая на движущийся точечный электрический заряд во внешнем магнитном поле.

Формула для расчета силы Лоренца выглядит следующим образом:

Где q – электрический заряд частицы, V – ее скорость, а B – величина магнитной индукции магнитного поля.

Правило левой руки

Представьте себе, что наша левая рука расположена таким образом, что линии магнитного поля направлены перпендикулярно внутренней поверхности руки (так, что они проникают внутрь руки), а все пальцы за исключением большого указывают на направление протекания положительного тока, отклоненный большой палец указывает на направление электродинамической силы, действующий на положительный заряд, помещенный в это поле.

 

 

Сила Ампера – сила, действующая на проводник тока, находящийся в магнитном поле и равная произведению силы тока в проводнике, модуля вектора индукции магнитного поля, длины проводника и синуса угла между вектором магнитного поля и направлением тока в проводнике.

F=IBLsin

Здесь F – сила Ампера, I – сила тока в проводнике, B – модуль вектора индукции магнитного поля, L – длина участка проводника, на который воздействует магнитное поле, – угол между вектором индукции магнитного поля и направления тока.

Направление силы ампера определяют по правилу левой руки:

Если вектор магнитной индукции входит в ладонь левой руки и четыре пальца вытянуты в сторону направления вектора движения тока, тогда отогнутый в сторону большой палец показывает направление силы Ампера.

Исторически электрическим током принято считать движение положительного заряда, то есть направление сила тока – от плюса к минусу.

Два параллельных проводника с одинаковым направлением тока притягиваются, с разным – отталкиваются

 

Вопрос 4

МАГНИТНЫЙ ПОТОК

Магнитный поток Ф (поток магнитной индукции) через поверхность площадью S – физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла а между вектором и нормалью к поверхности:

Ф=BScos

Электромагнитная индукция -явление возникновения электрического тока в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

сила индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром:

Возникающий в замкнутом контуре, индукционный ток имеет такое направление, что своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван (правило Ленца).

При помещении в магнитное поле проводника и его движении с пересечением силовых линий поля, в проводнике появляется электродвижущая сила под названием ЭДС индукции. Также она возникает, если проводник остается в неподвижном состоянии, а магнитное поле перемещается и пересекается с проводником силовыми линиями.
Согласно закону Фарадея, формулы ЭДС индукции определяются следующим образом: Е = — dФ/dt. Знак «минус» указывает на взаимосвязь между полярностью индуцированной ЭДС, направлением потока и изменяющейся скоростью.

 

5 Вопрос:

Формула Индуктивность соленоида

Входящие величины

μ - относительная магнитная проницаемость

μ 0- магнитная постоянная ≈1.26∗10−6 Гнм

V - объём соленоида (м3)

L - индуктивность соленоида (Гн)

N - число витков соленоида

l - длина соленоида (м)

Самоиндукция — это явление возникновения ЭДС индукции в проводящем  контуре  при изменении протекающего через контур тока.

Направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию (направлена против тока), а при убывании тока — убыванию (сонаправлена с током).

 

Характер изменения тока при при замыкании и размыкании цепи, содержащей индуктивность.

За счёт явления самоиндукции в электрической цепи с источником ЭДС при замыкании цепи ток устанавливается не мгновенно, а через какое-то время. Аналогичные процессы происходят и при размыкании цепи, при этом (при резком размыкании) величина ЭДС самоиндукции может в этот момент значительно превышать ЭДС источника. Кроме того, его надо учитывать всегда при размыкании контактов, если ток течет по нагрузке с заметной индуктивностью: возникающий скачок ЭДС может приводить к пробою межконтактного промежутка и/или другим нежелательным эффектам.

 

 

6 Вопрос:

Энергия однородного магнитного поля определяется значением его индукции, магнитными свойствами среды и объемом пространства, занятого полем:

где B — модуль индукции магнитного поля; V — объем пространства, занятого полем; µ₀ — магнитная постоянная, µ₀ = 4π ⋅ 10^–7 Гн/м; µ — магнитная постоянная.

В Международной системе единиц энергия магнитного поля измеряется в джоулях (1 Дж).

Энергия магнитного поля, созданного током, проходящим по участку цепи с индуктивностью L, определяется по формуле

 

 

 

7 Вопос:

Магнитная проницаемость- это способность материала поддерживать распростарнение магнитного поля в нем.  Магнитная проницаемость (µ) измеряется в Гн/м.

Магнитная восприимчивость — физическая величина, выражающая отношение между магнитным моментом единицы объёма (намагниченностью) вещества и напряжённостью магнитного поля в этом веществе.

Диамагне́тики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля.

Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J↑↑H) и имеют положительную магнитную восприимчивость

Ферромагнетик — такое вещество, которое (при температуре ниже точки Кюри) способно обладать намагниченностью в отсутствии внешнего магнитного поля

 

Домены — это образования, состоящие из огромного числа [упорядоченных] атомов и видимые иногда невооружённым глазом (размеры порядка 10⁻² см³).

Электромагнитные колебания и волны

Вопрос 1:

Электромагнитными колебаниями называют периодические изменения напряжённости электрического поля, магнитной индукции, силы тока, заряда и других характеристик электромагнитного поля.

- дифференциальное уравнение свободных электромагнитных колебаний.

Решением этого уравнения является выражение .

 

Условия  при которых колебания затухают:  Затухающие колебания - это колебания с постоянной убывающей по времени амплитудой. Свободные колебания электромагнитных систем всегда затухают, потому что в электромагнитных системах происходит сопротивление.

Время релаксации затухающий электромагнитных колебаний:

                                         , где - Время релаксации

                                                    -коэффициент затухания

 Вопрос 2

Электромагнитная волна — процесс распространения электромагнитного поля в пространстве.

Вопрос 3

Плоская волна – это волна, имеющая плоский фронт волны. Плоской волне также можно дать следующее определение. Волна называется плоской однородной, если векторное поле и в любой точке плоскости перпендикулярны направлению распространения и не изменяются по фазе и амплитуде.

Если в пространстве происходит распространение волны с одной частотой w, то такая волна называется монохроматической.

Пло́тность пото́ка эне́ргии — физическая величина, численно равная потоку энергии через малую площадку единичной площади, перпендикулярную направлению потока.

Интенсивностью электромагнитной волны (I) считают скалярную физическую величину, равную энергии, которую переносит электромагнитная волна в единицу времени через единичную площадку поверхности, нормальной к направлению по которому эта волна распространяется.

 

. Как интенсивность электромагнитной волны связана с амплитудными значениями напряженностей электрического и магнитного полей?- вот ваще не ебу, все сайты перерыла, похуй, вряд ли спросит этот вопрос

 

Волновая оптика

Вопрос 1

Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления:

Абсолютный показатель преломления среды (вещества) n − безразмерная величина, которая показывает, во сколько раз скорость V света в веществе меньше, чем скорость c света в вакууме:

 

коэффициентом отражения называют безразмерную физическую величину, характеризующую способность тела отражать падающее на него излучение. Для этого коэффициента принято обозначение греческой буквой ρ.

Коэффициент отражения численно равен отношению отраженного потока света к падающему потоку:

Здесь — величина отраженного потока, — величина исходного, то есть, падающего потока света.

Аналогично определяют и коэффициент пропускания как отношение пропущенного потока света к падающему потоку:

где — величина пропущенного потока света, а – как и прежде, величина исходного потока света.

 

Угол падения, которому соответствует угол преломления 90°, называют предельным углом полного внутреннего отражения (α0).

 

Вопрос 2

Дисперсией света называют явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества n от частоты света ω (или длины волны λ) или зависимость фазовой скорости V световой волны от ее частоты

Следствием дисперсии света является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через одну или несколько преломляющих поверхностей, например, через призму. В вакууме световая волна распространяется с постоянной скоростью, не зависящей от частоты. Дисперсия света называется нормальной в случае, если показатель преломления монотонно возрастает с увеличением частоты (убывает с увеличением длины волны); в противном случае дисперсия называется аномальной.

Поляризация света — свойство света, в результате которого векторы напряженности электрического и магнитного полей световой волны ориентируются в плоскости, параллельной плоскости, в которой свет распространяется.

Световая волна со всевозможными одинаково вероятными направлениями колебаний электрического и магнитного векторов называется естественным светом.

Если колебания вектора E̅(как и B̅) происходят только в одной проходящей через луч плоскости, волна называется плоско поляризованной или линейно поляризованной.

Плоскость, в которой колеблется световой вектор в плоско поляризованной волне, называется плоскостью колебаний. По историческим причинам плоскость, перпендикулярная к плоскости колебаний, названа плоскостью поляризации

Вопрос 3

Из первого поляризатора выйдет плоскополяризованный свет, интенсивность которого составит половину интенсивности естественного света:

Закон Брюстера:

При угле падения, равном углу Брюстера і_{Б р}: 1. отраженный от границы раздела двух диэлектриков луч будет полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения; 2. Степень поляризации преломленного луча достигает максимального значения меньшего единицы; 3. Преломленный луч будет поляризован частично в плоскости падения; 4. Угол между отраженным и преломленным лучами будет равен 90°; 4. Тангенс угла Брюстера равен относительному показателю преломления

- закон Брюстера.

Двойно́е лучепреломле́ние или двулучепреломле́ние — эффект расщепления в анизотропных средах луча света на две составляющие. Если луч света падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то на этой поверхности он расщепляется на два луча. Первый луч продолжает распространяться прямо, и называется обыкновенным, второй же отклоняется в сторону, и называется необыкновенным

Оптическая ось кристалла — выделенное направление в кристалле. Чаще всего данный термин употребляется в связи с двулучепреломлением. Из-за особенностей внутренней структуры кристалла (специфической структуры кристаллической решётки, формы атомов или молекул его составляющих) свет распространяется вдоль оптической оси иначе чем в других направлениях. Так если свет будет распространяться вдоль оптической оси одноосного кристалла (например, кальцит, кварц), то ничего необычного не произойдёт. Однако если луч света будет не параллелен оптической оси, то, при прохождении через кристалл он расщепится на два: обыкновенный и необыкновенный, которые будут взаимно перпендикулярно поляризованы.

 Вопрос 4

Интерференция — взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга.

Две волны или несколько волн являются полностью когерентными (согласованными), если частоты их одинаковы, амплитуды и разность фаз постоянны

 

 

Вопрос 5

Интерференция — взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга.

Две волны или несколько волн являются полностью когерентными (согласованными), если частоты их одинаковы, амплитуды и разность фаз постоянны

Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), в мыльных пузырях, бензине, на крыльях бабочек

 

Вопрос 6

Дифракция света – это явление отклонения света от прямолинейного направления его распространения во время прохождения рядом с препятствиями.

Зоны Френеля, участки, на которые можно разбить поверхность световой (или звуковой) волны для вычисления результатов дифракции света (или звука).

Вопрос 7

Одной из важнейших характеристик дифракционной решетки является ее разрешающая способность, характеризующая возможность разделения с помощью данной решетки двух близких спектральных линий с длинами волн λ и λ + Δλ. Спектральной разрешающей способностью R называется отношение длины волны λ к минимальному возможному значению Δλ, то есть

Разрешающая способность спектральных приборов, и, в частности, дифракционной решетки, также как и предельное разрешение оптических инструментов, создающих изображение объектов (телескоп, микроскоп) определяется волновой природой света. Принято считать, что две близкие линии в спектре m -го порядка различимы, если главный максимум для длины волны λ + Δλ отстоит от главного максимума для длины волны λ не менее, чем на полуширину главного максимума, т. е. на δθ = λ / Nd. По существу, это критерий Релея, примененный к спектральному прибору. Из формулы решетки следует:

где Δθ – угловое расстояние между двумя главными максимумами в спектре m -го порядка для двух близких спектральных линий с разницей длин волн Δλ. Для простоты здесь предполагается, что углы дифракции малы (cos θ ≈ 1). Приравнивая Δθ и δθ, получаем оценку разрешающей силы решетки:

Таким образом, предельное разрешение дифракционной решетки зависит только от порядка спектра m и от числа периодов решетки N.