1. При каких условиях возникает электромагнитная волна? Что собой представляет электромагнитная волна?
Электромагнитная волна возникает при переменных электрическом и магнитном полях, то есть когда электрическое поле меняется во времени и порождает изменяющееся магнитное поле, а изменяющееся магнитное поле в свою очередь порождает изменяющееся электрическое поле. Электромагнитная волна представляет собой распространение взаимосвязанных колебаний электрического и магнитного полей в пространстве, причём энергия переносится без переноса вещества.
2. Как распространяются электромагнитные волны?
Электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью света c ≈ 3·10⁸ м/с, в средах со скоростью v = c / n, где n — показатель преломления. Поля волны колеблются перпендикулярно направлению распространения, волна может быть как плоской, так и сферической, отражается от границ сред, преломляется и дифрагирует на препятствиях.
3. Что собой представляет открытый колебательный контур?
Открытый колебательный контур это электрическая цепь, состоящая из индуктивности и ёмкости (катушка и конденсатор), не замкнутая на внешнее сопротивление, в которой возможны свободные электромагнитные колебания. В ней происходит периодический обмен энергией между магнитной энергией индуктивности и электрической энергией ёмкости.
4. Каковы результаты опытов Герца?
Герц в экспериментах с искровым разрядом показал, что электрические колебания в колебательном контуре создают в пространстве электромагнитные волны, которые могут вызывать искровые разряды в приёмном контуре на расстоянии. Он подтвердил распространение электромагнитных волн, измерил их длину и показал соответствие их свойств предсказаниям теории Максвелла.
Упражнение 20
1. Индуктивность катушки приёмного контура радиоприёмника равна 2 мкГн. Какую ёмкость должен иметь конденсатор, если радиоприёмник принимает сигнал, длина волны которого 800 м?
Воспользуемся тем, что частота связана с длиной волны f = c / λ, здесь c = 3·10⁸ м/с и λ = 800 м, поэтому f = 3·10⁸ / 800 = 3,75·10⁵ Гц. Резонансная частота LC контура связана с индуктивностью и ёмкостью формулой f = 1 / (2π√(L C)), откуда C = 1 / ( (2π f)² L ). Подставляем L = 2·10⁻⁶ Гн и получаем C ≈ 9,0·10⁻⁸ Ф, то есть примерно 90 нФ.
2. Каков диапазон длин волн радиоприёмника, если индуктивность катушки колебательного контура постоянна и равна 36 мкГн, а ёмкость конденсатора можно изменять от 16 до 144 пФ?
Для каждого предела ёмкости вычисляем резонансную частоту f = 1 / (2π√(L C)) и затем длину волны λ = c / f. При L = 36·10⁻⁶ Гн и C = 16·10⁻¹² Ф получаем f ≈ 6,63·10⁶ Гц и λ ≈ 45 м. При C = 144·10⁻¹² Ф получаем f ≈ 2,21·10⁶ Гц и λ ≈ 136 м. Итак при указанном диапазоне ёмкости приёмник охватывает длины волн примерно от 45 м до 136 м.