Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Проблема излучения и ее значение в физике и технике

ТЕМА №2. ВВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭМВ

 

При наиболее общей постановке проблема излучения включает в себя обширную группу вопросов, относящихся к исследованию связи волновых электромагнитных полей с токами и зарядами. Проблема излучения имеет две стороны: во-первых, собственно излучение, т. е. возбуждение волн электромагнитными системами (эти системы в дальнейшем будем называть источниками волн или излучателями), во-вторых, обратный процесс, воздействие волн на электромагнитные системы, обусловливающий поглоще­ние энергии волн и создающий этим, в частности, возможность ин­дикации последних.

Проблема излучения в электродинамике занимает одно из важнейших, если не самое важное место. Ее значение в историческом развитии электродинамики определено тем, что Фарадей и Максвелл указали лишь на возможность существования волн. Но реализуется ли эта возможность на самом деле, из работ Фарадея и Мак­свелла не вытекало. Максвелл утверждал, что электромагнитными волнами является свет. Но некоторые расхождения теоретических данных с прямым экспериментом (нарушение равенства ) давало повод к поискам других теорий. Лишь создание Герцем в опытах 1886—1888 гг. излучателя волн и прямое эксперименталь­ное обнаружение и исследование волновых полей убедительно до­казало справедливость электродинамики Фарадея — Максвелла.

После классических экспериментов Герца электродинамика была единодушно принята как единственно правильная теория электро­магнетизма.

Однако роль проблемы излучения отнюдь не только истори­ческая. Анализ процессов излучения и поглощения позволил Лорентцу на базе молекулярно-кинетических представлений объяс­нить ряд закономерностей в излучении и поглощении света веще­ством, рассмотреть явление дисперсии света и объяснить наруше­ние закономерности разъяснить воздействие магнитного поля на излучающие атомы и т. п. Теория Лорентца (теория элек­тронов) в значительной мере опирающаяся на теорию излучения, явилась, таким образом, следующим этапом в развитии электромаг­нетизма. Она подготовила завершение теорий, осуществленное Эйн­штейном в специальной теории относительности.

Столь мощная теория несомненно находит и разнообразные ин­женерные приложения. Расчет и проектирование антенн всех ти­пов базируется на теории излучения. В частности, к этой области относится и такой практически важный вопрос, как обеспечение из­лучения (и приема) в заданных направлениях. Вопросы возбуж­дения полых электромагнитных систем и вывода из них энергии также разрешаются на основе теории излучения. Теория излучения объясняет взаимодействие волн с пото­ками заряженных частиц и поэтому используется для расчета элек­тронных и ионных приборов. Наконец, один из главных вопросов радиолокации — анализ отражения волн от объектов, введение по­нятия эффективной отражающей поверхности и разработка мето­дов ее определения — также основан на результатах теории излу­чения.

В заключение отметим, что как раз в области проблем излучения были обнаружены явления, не укладывающиеся в представлении макроскопической электродинамики. Тем самым был очерчен круг явлений, в пределах которых макроскопическая теория верна. Именно, изучая явление излучения и поглощения света раскален­ными телами, Макс Планк в 1900 г пришел к выводу о дискретности этих процессов и ввел в физику понятие о кванте энергии (из­лучения). Дальнейшее развитие идей Планка привело к разработке современных микроскопических теорий вещества и излучения - квантовой механики и квантовой электродинамики.

Обратимся теперь к выяснению возможных путей решения про­блемы излучения. Для этого вспомним, что заряды и токи в об­ласти статических, стационарных и квазистационарных явлений волновых полей не создают. Этот результат установлен путем ре­шения системы уравнений Максвелла. Однако в области стати­ческих и стационарных явлений такие данные получены из анализа решений уравнений, совершенно точно выполняющихся в иссле­дованных условиях и поэтому бесспорны. В то же время понятие квазистационарности явлений базируется на приближенном рас­смотрении, когда допустимо пренебречь токами смещения. Отсюда немедленно следует, что если возбуждение волн возможно, то оно может осуществляться лишь тогда, когда токи смещения играют в процессах существенную роль. Это соображение указывает и путь к созданию волн в экспериментах, и требует нахождения решений полной системы уравнений Максвелла в теоретических исследова­ниях. Последняя задача в общем виде не решена. Возникающие расчетные трудности не случайны, а имеют в основе физическую причину. Они коренятся в том, что и при излучении и при поглощении наблюдается обратное воздейст­вие поля на источник, то есть излучение и поглощение всегда со­путствуют друг другу. Лишь в тех случаях, когда удается это об­ратное воздействие («реакция поля») как-то учесть или разумно отделить, задача становится разрешимой.

Прямое решение уравнений Максвелла приводит к весьма гро­моздким вычислениям. Поэтому задачу будем решать при помощи метода электродинамических по­тенциалов.

 

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.