Дәріс №21-22 тақырыбы: Толқындық процесстер. Фазалық және топтық жылдамдықтар. Умов векторы.
Электромагниттік толқындар – электр және магнит өрістерінің тербелісінен тұратын көлденең толқындар. Олар вакуумда, сондай-ақ ауа, су, шыны және т.б. сияқты әртүрлі орталарда тарай алады.
Электромагниттік толқын белгілері
Электромагниттік толқын:
Көлденең болып саналады.
Е, Н және v векторлары әрқашан перпендикуляр орналасады және дұрыс жүйе түзеді.
Е және Н векторлары әрқашан бір фазада тербеледі.
Электромагниттік толқындардың негізгі қасиеттері:
Дискреттілік: Электромагниттік толқындар энергия кванттары деп аталатын дискретті бөліктерде ғана шығарылуы және жұтылуы мүмкін.
Поляризация қабілеті: Электромагниттік толқындар бір жазықтықта (сызықтық поляризация), екі өзара перпендикуляр жазықтықта (дөңгелек поляризация) немесе кез келген басқа жазықтықта (эллиптикалық поляризация) поляризациялануы мүмкін.
Таралуы: Электромагниттік толқындар жарық жылдамдығымен түзу сызықта таралады.
Таралу жылдамдығы: Электромагниттік толқындардың вакуумдегі таралу жылдамдығы 300 000 км/с. Орталарда электромагниттік толқындардың таралу жылдамдығы вакуумға қарағанда аз және ортаның қасиеттеріне байланысты.
Кедергі: Электромагниттік толқындар бір-біріне кедергі жасап, тұрақты толқындарды немесе кедергі үлгілерін құра алады.
Дифракция: Электромагниттік толқындар көлемі жағынан толқын ұзындығымен салыстырылатын кедергілер арқылы дифракциялануы мүмкін.
Абсорбция: электромагниттік толқындарды зат жұтуы мүмкін.
Шашырау: Электромагниттік толқындар затпен шашырауы мүмкін.
Толқын теңдеуі толқындардың таралуын сипаттайтын дифференциалдық теңдеу. Электромагниттік толқындар үшін толқын теңдеуі келесі түрде болады:
∂^2E/∂t^2 - c^2∂^2E/∂x^2 = 0
мұндағы E – электр өрісінің кернеулігі, с – электромагниттік толқындардың таралу жылдамдығы.
Бұл теңдеу электромагниттік толқындардың вакуумдегі таралуын сипаттайды. Ортада толқындық теңдеу ортаның қасиеттерін ескеретін күрделірек түрге ие.
Электромагниттік толқындардың энергиясы олардың жиілігімен анықталады. Монохроматикалық электромагниттік толқын үшін энергия жиілікке мына формула бойынша байланысты:
E = hν
мұндағы h – Планк тұрақтысы, ν – толқын жиілігі.
Электромагниттік толқындардың энергия тығыздығы толқынның таралу бағытына перпендикуляр уақыт бірлігінде бірлік аудан арқылы берілетін энергия мөлшері ретінде анықталады. Монохроматикалық электромагниттік толқын үшін энергияның тығыздығы мына формуламен анықталады:
u = E^2/2ε0
мұндағы E – электр өрісінің кернеулігі, ε0 – электр тұрақтысы.
- электр энергиясының көлемдік тығыздығы
-магнит өрісінің энергиясының көлмдік тығыздығы.
Умов-Пойнтинг векторы электромагниттік энергия ағынының тығыздығын анықтайтын векторлық шама. Ол 1878 жылы оны дербес ашқан орыс физиктері Петр Николаевич Умов пен Джон Генри Пойнтингтің құрметіне аталған.
Умов-Пойнтинг векторы мына формуламен анықталады:
S = E * B / μ0
мұндағы Е – электр өрісінің кернеулігі, В – магнит өрісінің кернеулігі, μ0 – магниттік тұрақты.
Умов-Пойнтинг векторының бағыты электромагниттік толқынның таралу бағытымен сәйкес келеді. Умов-Пойнтинг векторының модулі электромагниттік энергия ағынының тығыздығына тең, ол бірлік уақыт ішінде толқынның таралу бағытына перпендикуляр бірлік аудан арқылы берілетін энергия мөлшері ретінде анықталады.
Умов-Пойнтинг векторының физикалық мағынасы ол электромагниттік энергияның берілу бағыты мен шамасын анықтайды. Умов-Пойнтинг векторы электромагниттік өріс теориясындағы ең маңызды шама болып табылады. Ол электромагниттік толқындардың таралуы, электромагниттік энергияның жұтылуы мен таралуы, электромагниттік өрістің затпен әрекеттесуі сияқты құбылыстарды сипаттау үшін қолданылады.
3-сұрақ. Электр өрісі: 1) Электр өрісінің кернеулік вектор ағыны; 2)Гаусс теоремасы және дифференциал, интеграл түрдегі өрнектері; 3) Гаусс теоремасын электр өрістерінің кернеуліктерін есептеу үшін қолдануға мысал келтіріңіз.
1)11-12 дарис 7 бет и 16 бет (16 бет более подробнее)
2)11-12 дарис 17-18бет
3)13-14 9-13 бет
Достарыңызбен бөлісу: |