|
| |
|
Слаботочка Книги диально относительно своих зарядов и длина их обратно пропорциональна квадратам расстояний от соответствующих зарядов. Для такого поля Е характерно, что на любом его участке число силовых линий, входящих в замкнутую поверхность и выходящих из нее (одна из них очерчена пунктирной линией), различно, т. е. поток 0E=f=O. Иное наблюдается в вихревом поле (рис. 13. 8, б): здесь соблюдается равенство входящих и выходящих силовых линий и, несмотря на наличие электрического поля, поток Фв = 0. Вывод: третье положение теории Максвелла, связанное с теоремой Гаусса - Остроградского, устанавливает, что электрическое поле, полученное в результате изменения магнитного поля, имеет вихревой характер. 4. Магнитное поле всегда вихревое. Это значит, что независимо от того, обусловлено магнитное поле постоянным током или переменным электрическим полем, линии магнитного поля всегда замкнуты и в этих линиях нет истоков и стоков (начала и конца). Теория Максвелла имеет большое теоретическое и практическое значение. В частности, она позволяет установить физическую сущность образования электромагнитных волн. Свободное электромагнитное поле распространяется со скоростью света во всех направлениях от излучателя. Электромагнитные поля считаются свободными тогда, когда они не связаны с зарядами излучателя. Если к вибратору (проволочной антенне) приложено переменное напряжение, то возле вибратора существует переменное электрическое поле, а ток, протекающий по вибратору, вызывает переменное магнитное поле. Эти поля связанные: они появляются и исчезают вместе с зарядами и током вибратора. Но поскольку электромагнитное поле вибратора переменное, то по первому уравнению Максвелла изменение электрической составляющей связанного поля вызывает в данной точке и ее окрестностях магнитное поле, а по второму уравнению Максвелла изменение магнитной составляющей связанного поля вызывает в этой точке и в ее окрестностях электрическое поле. Вновь образованные поля уже свободные, они непрерывно изменяются во времени и благодаря этому распространяются в пространстве со скоростью света, образуя электромагнитные волны. В соответствии с третьим и четвертым . положениями теории Максвелла обе составляющие электромагнитных волн имеют вихревой характер и изображаются замкнутыми линиями. Необходимо помнить, что электромагнитные волны представляют особую форму материи. Материальность их в философском смысле заключается в том, что они существуют реально, а не являются чем-то вымышленным для облегчения анализа явлений в радиотехнике. Особые качества электромагнитных волн как материи заключаются в том, что электромагнитное поле может существовать даже в свободном пространстве, т. е. в такой среде, где нет каких-либо тел или электрически заряженных частиц. В полной мере термину свободное пространство отвечает вакуум, имеющий относительную диэлектрическую проницаемость 8=1 (т. е. 8а = Eq) и относительную магнитную проницаемость р- = 1 (т. е. р-а = р-о)* Однако вакуум перестает быть пустотой, как только в нем появляются электромагнитные волны, так как электромагнитное поле материально не только в философском, но и в физическом смысле. Свободное электромагнитное поле, например, обладает определенной энергией, которая переносится волной со скоростью света. С такой большой скоростью никакое вещество не в состоянии перемещаться. Основные принципы теории Максвелла были экспериментально доказаны Герцем в 1888 г. В своих опытах Герц получил электромагнитные волны и продемонстрировал их способность отражаться и преломляться подобно свету. Герцем былы получены стоячие волны путем отражения бегущих электромагнитных волн от большой металлической пластшы. Возможность использования электромагнитных волн для радиосвязи была впервые реализована Александром Степановичем Поповым. 84. Электромагнитные волны в идеальном диэлектрике Различают свободные и направляемые электромагнитные волны. Первые излучаются антеннами и распространяются в свободном пространстве, а вторые направляются от генератора вдоль линии передачи (фидера). Наличие электромагнитных волн в линии передачи следует из того, что в ней имеются волны напряжения и тока, а, как известно, напряжение неразрывно связано с электрическим полем, а ток - с магнитным. Будем считать, что изоляция между проводами линии, как и свободное пространство, обладает свойствами идеального диэлектрика. Направляемые волны. На рис. 13.9 изображено распределение тока, напряжения и линий электрического и магнитного полей по длине двухпроводной линии, работающей в режиме бегущих волн (/?2 = 2в). Изменения различных величин показаны следующим образом: на рис. 13.9, а стрелки указывают направление тока и его величину (длина стрелок пропорциональна току); здесь же изображены линии магнитного поля в виде замкнутых кривых, направление которых определяется правилом правого винта, а число пропорцирнально напряженности поля; на рис. 13.9, б показаны электрические заряды на проводах линии знаками -f и - и электрические силовые линии, которые 324  !(т\ 5-6 \ \ \ \ , / / /  Диаграммы, иллюстрирующие электромагнитные поля двухпроводной линии. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 [107] 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 |