176

Електромагнітне поле та електромагнітні хвилі

Шпаргалка

Физика

Закон збереження електричного заряду для замкнутої системи. Закон електромагнітної індукції Фарадея. Утримування речовиною випромінювання хвиль певної довжини. Особливий вид матерії, що випромінюється і поглинається при взаємодії та переносить взаємодію між тілами.

Украинкский

2012-11-14

202 KB

48 чел.

Розділ 1. Теорія електромагнітного поля (ЕМП) у вакуумі

  1.  Що називають електромагнітним полем? 

ЕМП – особливий вид матерії, що випромінюється і поглинається при взаємодії та переносить взаємодію між тілами.

  1.  Запишіть закон Кулона.

Закон Кулона: сила та потенціальна енергії взаємодії двох точкових зарядів q1 та q2, що перебувають на відстані r один від одного, дорівнюють

    

  1.  Сформулюйте закон збереження електричного заряду для замкнутої системи.

Закон збереження електричного заряду: Повний електричний заряд замкнутої системи частинок є величиною, що зберігається у будь-яких процесах.

4. Запишіть рівняння руху зарядженої частинки в ЕМП.

 

5.Запишіть вираз для сили Лоренца.

6. Запишіть вираз для напруженосте й електричного і магнітного полів через потенціали.  

7. В чому суть калібровочної інваріантності ЕМП? Одним і тим же напруженостям електромагнітного поля  і  відповідає широкий клас електромагнітних потенціалів, зв’язаних формулами (2) і (3).

(2)  (3)

8. Що розуміють під густиною електричного заряду? Оскільки навіть у малих макрооб’єктах міститься дуже велике число елементарних заряджених частинок, можна ввести поняття про неперервно розподілений в об’ємі заряд, розуміючи під густиною заряду в деякій “точці” простору відношення

,

9. Яку величину називають густиною електричного струму? Кількісною характеристикою електричного струму є вектор густини електричного струму. Вектор густини струму  визначає в кожній точці напрям і кількість перенесеного заряду за одиницю часу через одиничну поверхню, перпендикулярну до напрямку швидкості.

10. Який фізичний зміст має вектор густини електричного струму?

Вектор густини струму  визначає в кожній точці напрям і кількість перенесеного заряду за одиницю часу через одиничну поверхню, перпендикулярну до напрямку швидкості.

11. Запишіть 1 – у пару рівнянь Максфела в диференціальній формі. Перша пара Рівнянь Максвела

1)  2)

12. Запишіть 1 – у пару рівнянь Максфела в ітнегральній формі. Перша пара в інтегрованій формі  і

13. Яку величину називають електрорушійною силою?  

14. Яку величину називають електрорушійною силою? 

15. Сформулюйте закон електромагнітної індукції Фарадея. Закон електромагнітної індукції Фарадея: ЕРС в деякому контурі рівний взятій із знаком ”–” і поділеній на швидкість світла у вакуумі похідній по часу від потоку магнітного поля через поверхню, обмежену цим контуром.

та

16?. Запишіть закон збереження електричного заряду в диференційній формі.  або

17. Запишіть 2 – у пару рівнянь Максвела у диференціальній форі. Друга пара р-нь Максвела.

1)        

2)  .

18. 17. Запишіть 2 – у пару рівнянь Максвела у інтегральній форі. Друга пара в інтегрованій формі  та

19. Що називають струмом зміщення? 

Струм зміщення обумовлений наявністю змінного в часі електричного поля. Відповідно, (11) набуває вигляду:

 

20. Запишіть вираз для вектора потенціалу. 

21. Запишіть вираз для густини енергії ЕМП.

22. Який фізичний зміст має вектор Пойнтінга? Вектор Пойтінга  є густиною потоку енергії і дорівнює кількості енергії поля, яка протікає за одиницю часу через одиницю поверхні.

23. Запишіть рівняння, що виражає закон збереження енергії частинок в ЕМП в диференціальній формі. та

24. Запишіть вираз для імпульсу ЕМП. 

25 . Які експериментальні докази існування імпульсу ЕМП? Імпульс ЕМП у звичайних умовах малий і часто лежить за межами похибок вимірювань. Але у області атомних явищ імпульс ЕМП зрівнюється із імпульсом частинок і відіграє важливу роль в усіх процесах взаємодії випромінювання з речовиною. Крім атомних явищ, тиск випромінювання відіграє важливу роль в процесах, що відбуваються у внутрішніх частинах зірок і у зоряних атмосферах та других явищах астрономічного масштабу, зокрема, визначає напрямок хвостів комет від Сонця внаслідок тиску сонячного світла.

Розділ 2. Стаціонарне електромагнітне поле у вакуумі

1. Як визначається робота електростатичного поля по переміщенню точкового заряду?

2. Який фізичний зміст електростатичного потенціалу?

Звідси видно, що фізичний зміст має різниця потенціалів поля: ,   

яка чисельно дорівнює роботі сил електростатичного поля по переміщенню одиничного позитивного заряду.

3. Якому рівнянню задовольняє електростатичний потенціал?

 .  

4. Запишіть формулу для електростатичного потенціалу точкового заряду. або

5. Запишіть формулу для напруженості електростатичного поля точкового заряду.

6. Сформулюйте принцип суперпозиції для системи електричних зарядів.

У випадку системи точкових зарядів, створене ними поле, згідно з принципом суперпозиції, дорівнює сумі полів, створюваних кожним із зарядів окремо. Зокрема, потенціал системи дорівнює сумі потенціалів, створюваних кожним із зарядів.

7. Запишіть формулу для електростатичного потенціалу системи точкових електричних зарядів.

,  або

8. Запишіть формулу для електростатичного потенціалу зарядженої системи з заданою об’ємною густиною заряду.

9. Чому дорівнює електростатичний потенціал системи зарядів на великій відстані у першому наближенні?

10. Який фізичний зміст першого наближення електростатичного потенціалу системи зарядів на великій відстані?

Таким чином, фізичний зміст першого доданку полягає в тому, що на великій відстані деталі розподілу заряду несуттєві і система діє як точковий заряд, розташований у початку координат.

11. Що називають дипольним моментом системи?

Величина, яка дорівнює

12 Чому дорівнює електростатичний потенціал електричного диполя?

Потенціал  називається потенціалом диполя

13. Яку систему називають елементарним електричним диполем?

Елементарним електричним диполем називають систему, що складається з двох однакових по величині і протилежних за знаком зарядів. Його дипольний момент дорівнює: 14.

14.Приведіть формулу для енергії замкнутої системи електричних зарядів. 

15.Чому дорівнює електростатична енергія взаємодії системи точкових зарядів? 

16.Чому дорівнює власна електростатична енергія точкового заряду? 

17. Про що свідчить нескінчене значення власної електростатичної енергії точкових зарядів?

.

18. Приведіть загальний розв’язок рівняння Пуассона для векторного потенціалу.

19. Приведіть закон Біо-Савара-Лапласа для об’ємних струмів.

(10) - розшукувана напруженість об’ємних струмів. Підінтегральний вираз в (10) визначає напруженість, створену елементом струму: .(11) Формули (10) і (11) носять назву закону Біо-Савара-Лапласа.

20. Що розуміють під квазілінійними струмами?

Якщо поле створюється квазілінійним струмом (струмом, що тече по тонкому провіднику, поперечні розміри якого набагато менші за повздовжні), то у формулах (10) і (11) можна від інтегрування по об’єму перейти до інтегрування вздовж контуру провідника, використовуючи заміну:

21. Приведіть закон Біо-Савара-Лапласа для квазілінійних струмів.

Закон Біо-Савар-Лапласа для квазілінійних струмів приймає вигляд:

та   

22. Запишіть формулу сили Ампера, що діє на об’ємні струми.

23. Запишіть формулу сили Ампера, що діє на квазілінійний струм.

та

24. Приведіть формулу для енергії об’ємного електричного струму в магнітному полі.

25. Приведіть вираз для енергії взаємодії провідників через індуктивність.

26. Приведіть вираз для коефіцієнта взаємної індукції квазілінійних струмів.

 або

Розділ 3. Електромагнітні хвилі у вакуумі

  1.  Запишіть хвильове рівняння для електромагнітної хвилі.

  1.  Який загальний розв’язок хвильового рівняння для електромагнітного поля?

  1.  Який фізичний зміст розв’язку хвильового рівняння у випадку плоскої електромагнітної хвилі?

Потік енергії в плоскій ЕМХ. Він визначається вектором Пойтінга :

  1.  Який зв'язок між напруженостями електричного і магнітного полів у плоскій електромагнітній хвилі?

- електричного поле

- магнітного поле , цих два рівняння називають хвильовими рівняннями.

  1.  Що означає поперечність плоскої ЕМХ?

в плоскій ЕМХ напруженості перпендикулярні одна одній і перпендикулярні напрямку поширення хвилі: . З (9) також випливає, що електричне і магнітне поля плоскої хвилі однакові за абсолютною величиною:

.

  1.  Чому дорівнює густина потоку енергії плоскої електромагнітної хвилі?

  1.  Яким є співвідношення між енергією і імпульсом для кванта світла?

Густина імпульсу (імпульс одиниці об’єму) ЕМХ дорівнює:

Це співвідношення між густиною імпульсу  і густиною енергії ЕМХузгоджується із формулою зв’язку між енергією ε і імпульсом  фотонів – квантів світла, або інших частинок, що рухаються зі швидкістю світла.

  1.  Яку хвилю називають плоскою монохроматичною електромагнітною хвилею?

Серед біжучих плоских хвиль, важливе місце займають монохроматичні хвилі для яких будь-яка компонента змінюється по гармонічному закону:

,     

де  - сталі величини, значення яких визначається умовами збудження хвилі.

  1.  Яке співвідношення між циклічною частотою і хвильовим вектором монохроматичної ЕМХ?

Величину  називають циклічною частотою.

 – так званий хвильовий вектор.\

  1.  Приведіть визначення фазової і групової швидкостей монохроматичної електромагнітної хвилі.

Групова швидкість: . Фазова швидкість визначається умовою :

  1.  Що означає рівність групової і фазової швидкостей монохроматичної електромагнітної хвилі?

Це означає, що хвильові пакети, тобто, суперпозиції плоских монохроматичних хвиль з різними частотами, поширюється у вакуумі без зміни форми.

  1.  Яке співвідношення між довжиною хвилі і хвильовим вектором плоскої монохроматичної ЕМХ?

Модуль хвильового вектору зв’язаний з довжиною хвилі співвідношенням .

  1.  В чому суть ефекту Допплера?

Ефект Доплера – зміну частоти ЕМХ, викликану відносним рухом джерела і приймача.

  1.  Приведіть формулу релятивістського ефекту Допплера.

  1.  Яку електромагнітну хвилю називають еліптично поляризованою?

Якщо в кожній точці простору вектор електричного поля обертається в площині, перпендикулярній до напрямку поширення хвилі, причому його кінець описує еліпс, то така хвиля називається еліптично поляризованою.

  1.  Яку електромагнітну хвилю називають лінійно поляризованою?

Якщо в рівнянні  або  або , то еліпс вироджується в пряму лінію. Це означає, що вектор  завжди паралельний одному і тому ж напрямку. Така хвиля називається лінійно поляризованою.

  1.  Яку електромагнітну хвилю називають поляризованою по колу?

Якщо  в рівнянні , то хвиля називається поляризованою по колу.

  1.  Чим викликана назва потенціалів електромагнітного випромінювання, що запізнюються?

Щоб врахувати скінченність швидкості поширення електромагнітного сигналу, потрібно врахувати запізнення сигналу на час його поширення від заряду до точки Р і замінити в густині заряду час t на . Звідки і назва.

  1.  Запишіть вираз для потенціалів, що запізнюються.

 

  1.  Запишіть вираз для потенціалів дипольного електромагнітного випромінювання на великих відстанях від випромінюючої системи.

  1.  Чому дорівнює інтенсивність дипольного випромінювання?

  1.  Яку систему називають дипольним осцилятором?

Випромінювання системи, дипольний момент якої змінюється з часом по гармонічному закону: , називаються дипольними осциляторами.

  1.  Приведіть вираз для середнього значення за період інтенсивності випромінювання дипольного осцилятора.

  1.  Від чого і як залежить середня за період інтенсивність випромінювання дипольного осцилятора?

Середнє значення енергії, що випромінюється осцилятором за період, прямо пропорційне квадрату амплітуди і четвертій степені частоти, або обернено пропорційне четвертій степені довжини хвилі.

  1.  Який висновок випливає із виразу для інтенсивності випромінювання дипольного осцилятора для радіозв’язку?

З  випливає, що енергія, яка випромінюється антеною, різко збільшується із зменшенням довжини хвилі. Це пояснює, чому в радіотехніці використовуються ЕМХ з довжиною кілька сот метрів і менше.

Розділ 4. Електродинаміка суцільних середовищ

1. Що розуміють під наведеними зарядами і струмами в речовині?

Заряди, з яких складається речовина, під дією електромагнітного поля можуть рухатись, що приводить до появи наведених струмів і зарядів з густинами  і . Але ці наведені заряди і струми самі можуть бути джерелом електромагнітного поля.

2. Що називають вектором магнітної індукції?

– магнітною індукцією.

3. Приведіть закон Ома у диференціальній формі.

, відомий як закон Ома у диференційній формі, де  –електропровідність речовини.

4. Який зв'язок між вектором електричної поляризації і густиною наведеного заряду?

. Ця рівність перетворюється в тотожність, якщо покласти: . Це і є шуканий зв’язок між густиною наведеного заряду і вектором електричної поляризації.

5. Яка формула зв’язує густину наведеного струму з векторами електричної поляризації і намагніченості речовини?  .      

6. Як визначається вектор електричної індукції?  

7. Як визначається вектор напруженості магнітного поля у середовищі? .        

8. Який вигляд має система рівнянь Максвела у середовищі?

     

9. Приведіть вираз для густини енергії електромагнітного в речовині.

є густина ЕПМ в середовищі;

10. Запишіть закон збереження енергії електромагнітного поля у речовині.

, ????

11. Запишіть закон Ома у диференціальній формі при наявності сторонніх сил.

 Це є узагальнений закон Ома, справедливий при наявності будь-яких сил.

.

12. Приведіть закон Джоуля-Ленца у диференціальній формі.

виражає диференціальний закон Джоуля-Ленца.

13. Якою формулою визначається швидкість електромагнітної хвилі у середовищі? ;

14. Як показник заломлення виражається через електричну і магнітну проникності?

де  називається показником заломлення середовища

15. Яке явище називають дисперсією електромагнітних хвиль?

Явище залежності показника заломлення від довжини хвилі називають дисперсією.????

16. Яке явище називають абсорбцією електромагнітних хвиль?

абсорбція — явище утримування речовиною випромінювання хвиль певної довжини, наприклад, шматок синього скла абсорбує світло всього видимого спектра, крім хвиль у синій частині спектру, це також відноситься до часткових втрат енергії світла і іншого електромагнітного випромінювання при проходженні через якесь середовище.

17. При якій умові в іонізованому газі неможливе поширення ЕМХ?

Інтервал частот (), де  при , називається областю аномальної дисперсії. Коефіцієнт поглинання має максимум при . Відмітимо, що у розрідженому іонізований газі: . Тоді , і при  маємо , а  - уявним. Це означає неможливість поширення відповідних ЕМХ.

18. Які діелектрики називають неполярними?

неполярні діелектрики, молекули яких в наслідок електронної будови при відсутності зовнішнього електричного поля мають нульовий дипольний момент;

19. Яка природа поляризації неполярних діелектриків?

При появі зовнішнього поля діелектрик поляризується; цей процес є наслідком появи дипольних моментів у неполярних молекул

Під дією зовнішнього поля  неполярні молекули поляризуються, тому що позитивний і негативний заряди молекул зміщуються в протилежних напрямах, і кожна молекула набуває дипольний момент , який в першому наближені можна вважати пропорційним полю: .

20. Чому дорівнює діелектрична проникність неполярного діелектрика?

Нулю

21. Які діелектрики називають полярними?

полярні діелектрики молекули яких при відсутності зовнішнього мають ненульовий дипольний момент . До першого класу відносяться гази  до другого – гази , вода, ефіри, органічні кислоти тощо.

Якщо зовнішнє електричне поле відсутнє, дипольний момент в діелектриках дорівнює 0 в обох випадках; в другому випадку – через хаотичність орієнтацій диполів полярних діелектриків в наслідок теплового руху.

22. Яка природа поляризації полярних діелектриків?

При появі зовнішнього поля діелектрик поляризується; цей процес є наслідком певної орієнтації дипольних моментів полярних молекул відносно напряму електричного поля.

23. Чому дорівнює діелектрична проникність полярного діелектрика у слабких електричних полях?

,    

24. Що розуміють під станом насичення полярного діелектрика?

Для сильних полів і низьких температур , , тому за . отримаємо , тобто всі дипольні моменти орієнтовані приблизно в напрямі поля, в  вже не залежить від  - досягається стан насичення.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13653. ЦЕНООБРАЗОВАНИЕ В ГОСУДАРСТВЕННОМ СЕКТОРЕ И ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТИКА ЦЕН 7.79 MB
  Рынок - это сфера, пространство, где осуществляется купля-продажа товаров (продуктов, услуг). В самом общем виде цена выражается в сумме денег, за которую продавец готов продать свой товар, а покупатель готов его купить. Таким образом, цена - это компромисс между противоречивыми желаниями контрагентов.
13654. Бизнес-это искусство извлекать деньги из кармана другого человека, не прибегая к насилию 15.29 KB
  Бизнесэто искусство извлекать деньги из кармана другого человека не прибегая к насилию.Удивительно как точно М.Амстердам охарактеризовал суть бизнеса с точки зрения предпринимателя. Я с ним полностью согласна. Когда человек открывает свое дело он задается тремя вопр...
13655. Главная цель капитала – не добыть как можно больше денег, а добиться, чтобы деньги вели к улучшению жизни 14.62 KB
  Эссе на тему: €œГлавная цель капитала – не добыть как можно больше денег а добиться чтобы деньги вели к улучшению жизни€ Генри ФордВ своем высказывании создатель первого в мире автомобиля Генри Форд затрагивает проблему главной задачи экономической сферы жизни общес
13656. Нажить много денег - храбрость; сохранить – мудрость, а умело расходовать - искусство 14.19 KB
  Нажить много денег храбрость; сохранить – мудрость а умело расходовать искусство. Я считаю что нажить много денег – это умение. Что же имел в виду автор изречения когда утверждал что это – храбрость Видимо то что нужно быть очень смелым человеком чтобы подвергнуть себ...
13657. Налоги – это деньги, взимаемые властью с части общества в интересах целого 14.44 KB
  Налоги – это деньги взимаемые властью с части общества в интересах целого.С. ДжонсонЯ полностью согласна с позицией автора т.к. налоги регулируют экономику и составляя значительную часть доходов госбюджета расходуются в интересах всего общества. Налоги – это необход...
13658. Монтень. Н. Не быть жадным - уже есть богатство, не расточительным - доход 14.26 KB
  Не быть жадным уже есть богатство не расточительным доход. М. Монтень На мой взгляд это высказывание сродни поговорке: Не тот богат у кого много денег а тот у кого меньше потребностей. О чем же эти высказывания в чем их суть Каждый человек сам для себя определяет бог...
13659. Торговля не разорила еще ни одного народа (Б. Франклин) 14.27 KB
  Торговля не разорила еще ни одного народа.Б. ФранклинАвтор хотел сказать что занятие торговой деятельностью полезно для общества это может привести к его процветанию. Я думаю что с этим стоит согласиться. Торговля развивалась с момента развития общественных отношен
13660. Цены и другие инструменты рынка 14.27 KB
  Цены и другие инструменты рынка регулируют распределение редких ресурсов в обществе ограничивая тем самым желания участников координируя их действия.Г. С. БеккерЧто означает цена и какие другие инструменты рынка имел в виду Беккер Цена это денежное выражение стоим...
13661. Алкоголизм дает больше опустошения, чем три исторических бича вместе взятых: голод, чума и война 15.45 KB
  Алкоголизм дает больше опустошения чем три исторических бича вместе взятых: голод чума и война. У. Гладстон Алкоголизм одна из проблем современного общества которая волнует педагогов и конечно же нас подрастающее поколение. У. Гладстон считает что алкоголи...