Магнитные волны – Электромагнитные волны, свойства. Электромагнитное поле. Тесты, курсы по физике

Содержание

Магнитные волны — Alt-Sci


Магнитные волны – продольные механические волны в сплошной эфирной среде. Поскольку магнитное поле в любом случае создается веществом, магнитные волны отсутствуют в вакууме.

Поскольку плотность пропорциональна модулю вектора магнитной индукции, магнитное поле может быть направленно по отношению к направлению волны совершенно как угодно. В дополнение к обычным поперечным электромагнитным волнам любой поляризации, в веществе могут существовать волны с продольным колебанием магнитного поля.

Частота магнитных волн в 2 раза ниже частоты волн плотности и давления согласно («Масса и инерция», 2): \[\delta B=B_A\cos(\omega t-kx)\] \[\delta \rho=2\rho_A\cos^2(\omega t-kx)=\rho_A(\cos 2(\omega t-kx)+1)\] Фазовая скорость («Волны», 5) магнитных волн, как и любых других продольных волн, равна: \[v=\sqrt{\frac{P_A}{\rho_A}}=\frac{c}{n}=\frac{c}{\sqrt{\mu\varepsilon}}\] \(n\) – показатель преломления среды на данной частоте.
По аналогии с рассуждениями из гл. «Давление эфира», статическое давление волны имеет величину \(\rho с^2\) (\(с\) – скорость света в среде).

Благодаря магнитным волнам существуют следующие явления:

Электрические волны в проводниках возникают вследствие магнитных волн. Определения индуктивности и емкости позволяют построить систему уравнений Хэвисайда для сверхпроводящего одномерного проводника, известную под названием телеграфных уравнений: \[\frac{\partial J}{\partial x}=-C\frac{\partial U}{\partial t}\tag{1}\] \[\frac{\partial U}{\partial x}=-L\frac{\partial J}{\partial t}\tag{2 – СИ}\] \[c^2\frac{\partial U}{\partial x}=-L\frac{\partial J}{\partial t}\tag{2 – СГС, Упр.}\] где \(L\) – удельная (погонная) индуктивность на единицу длины;
\(C\) – удельная (погонная) емкость на единицу длины.

Под одномерным проводником здесь понимается среда распространения электромагнитного поля, как функции времени и одной координаты вдоль проводника. Поперечное сечение проводника может иметь любую конфигурацию, например: одиночный проводник, витая пара, коаксиальный кабель и т.д.

Волновые уравнения следуют из телеграфных уравнений (1, 2): \[\frac{\partial^2 U}{\partial t^2}=\frac{1}{LC}\frac{\partial^2 U}{\partial x^2}\;\;\;\;\;\frac{\partial^2 J}{\partial t^2}=\frac{1}{LC}\frac{\partial^2 J}{\partial x^2}\tag{3 – СИ}\] \[\frac{\partial^2 U}{\partial t^2}=\frac{c^2}{LC}\frac{\partial^2 U}{\partial x^2}\;\;\;\;\;\frac{\partial^2 J}{\partial t^2}=\frac{c^2}{LC}\frac{\partial^2 U}{\partial x^2}\tag{3 – СГС, Упр.}\] Разность фаз между волнами напряжения и тока определяется граничными условиями.

Скорость волн: \[v=\frac{1}{\sqrt{LC}}\tag{4 — СИ}\] \[v=\frac{c}{\sqrt{LC}}\tag{4 — СГС, Упр.}\] Произведение \(LC\) для бесконечно короткого участка проводника длиной \(\Delta x\) можно записать через определения индуктивности и емкости в системе СИ: \[LC=\lim_{\Delta x\to 0}\frac{1}{\Delta x^2}\frac{\int{\mathbf{\overrightarrow{B}}\mathrm{d}\mathbf{\overrightarrow{S}}}}{\oint{\mathbf{\overrightarrow{H}}\mathrm{d}\mathbf{\overrightarrow{l}}}}\frac{\oint{\mathbf{\overrightarrow{D}}\mathrm{d}\mathbf{\overrightarrow{S}}}}{\int{\mathbf{\overrightarrow{E}}\mathrm{d}\mathbf{\overrightarrow{l}}}}\tag{5}\] Полагая, что скорость эфирных лучей \(\mathbf{\overrightarrow{v}}\) постоянна по сечению проводника, а ее вектор по законам излучения перпендикулярен векторам магнитного и электрического полей, можно выполнить преобразования: \[\Delta x\oint{\mathbf{\overrightarrow{H}}\mathrm{d}\mathbf{\overrightarrow{l}}}=\Delta x\oint{\mathbf{\overrightarrow{v}}\times\mathbf{\overrightarrow{D}}\mathrm{d}\mathbf{\overrightarrow{l}}}=v\oint{\mathbf{\overrightarrow{D}}\mathrm{d}\mathbf{\overrightarrow{S}}}\tag{6}\] \[\Delta x\int{\mathbf{\overrightarrow{E}}\mathrm{d}\mathbf{\overrightarrow{l}}}=\Delta x\int{\mathbf{\overrightarrow{v}}\times\mathbf{\overrightarrow{B}}\mathrm{d}\mathbf{\overrightarrow{l}}}=v\int{\mathbf{\overrightarrow{B}}\mathrm{d}\mathbf{\overrightarrow{S}}}\tag{7}\]

При подстановке преобразований (6, 7) в (5) происходит сокращение до\[LC=\frac{1}{v^2}\] Таким образом, магнитные волны распространяются по идеальным прямым одиночным проводам и коаксиальным кабелям со скоростью света в среде.
Волновое сопротивление проводника, как отношение переменного напряжения к переменному току\[Z=\sqrt{\frac{L}{C}}\tag{8 — СИ}\] \(Z=\frac{1}{c}\sqrt{\frac{L}{C}}\tag{8 — СГС, Упр.}\) Волновое сопротивление имеет такой же смысл, как и показатель преломления. На границах раздела сред с различными сопротивлениями происходит отражение волн. Отдельные случаи граничного волнового сопротивления:

Граничное сопротивление \[0\] \[Z\] \[\infty\]
Граничное условие \[U=0\] \[J=0\]
Сдвиг фазы тока от напряжения +90⁰ (индуктивный) 0⁰ (активный) –90⁰ (емкостный)
Тип волн стоячие бегущие стоячие
Передача энергии возможно в эфир от конца к концу возможно в эфир
Техническая реализация замыкание кабеля,
заземление
согласование сопротивлений холостой ход,
обрыв

В общем случае, в проводнике комбинируются стоячие и бегущие волны с произвольными сдвигами фаз.

Косинус разности фаз между током и напряжением определяет эффективность проводной передачи энергии, и известен в электроэнергетике как коэффициент мощности.


Электромагнитные волны — это… Что такое Электромагнитные волны?

Электромагни́тное излуче́ние (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение электрических и магнитных полей.

Характеристики электромагнитного излучения

Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию. Длина волны зависит от скорости распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света (принцип максимальности скорости света не нарушается, так как скорость переноса энергии и информации в любом случае не превышает световой скорости).

Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения занимается электродинамика.

Существуют различные теории, позволяющие смоделировать и исследовать свойства и проявления электромагнитного излучения. Наиболее фундаментальной из них является квантовая электродинамика, из которой путём тех или иных упрощений можно в принципе получить все перечисленные ниже теории, имеющие широкое применение в своих областях. Для описания относительно низкочастотного электромагнитного излучения в макроскопической области используют, как правило, классическую электродинамику, основанную на уравнениях Максвелла, причём существуют упрощения в прикладных применениях. Для оптического излучения (вплоть до рентгеновского диапазона) применяют оптику (в частности, волновую оптику, когда размеры некоторых частей оптической системы близки к длинам волн; квантовую оптику, когда существенны процессы поглощения, излучения и рассеяния фотонов; геометрическую оптику — предельный случай волновой оптики, когда длиной волны излучения можно пренебречь). Гамма-излучение чаще всего является предметом ядерной физики, с других позиций изучается воздействие электромагнитного излучения в радиологии.

Некоторые особенности электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики:

  • наличие трёх взаимно перпендикулярных (в вакууме) векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля
    E
    и вектора напряжённости магнитного поля H.
  • Электромагнитные волны — это поперечные волны, в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приёмнику в том числе и через вакуум.

Диапазоны электромагнитного излучения

Электромагнитное излучение принято делить по частотным диапазонам (см. таблицу). Между диапазонами нет резких переходов, они иногда перекрываются, а границы между ними условны. Поскольку скорость распространения излучения постоянна, то частота его колебаний жёстко связана с длиной волны в вакууме.

Радиоволны. Ультракороткие радиоволны принято разделять на метровые, дециметровые, сантиметровые,

миллиметровые и субмиллиметровые (микрометровые). Волны с длиной λ < 1 м (ν > 300 МГц) принято также называть микроволнами или волнами сверхвысоких частот (СВЧ). Деление радиоволн на диапазоны см. в статьях Радиоизлучение и Диапазоны частот.

Ионизирующее электромагнитное излучение. К этой группе традиционно относят рентгеновское и гамма-излучение, хотя, строго говоря, ионизировать атомы может и ультрафиолетовое излучение, и даже видимый свет. Границы областей рентгеновского и гамма-излучения могут быть определены лишь весьма условно. Для общей ориентировки можно принять, что энергия рентгеновских квантов лежит в пределах 20 эВ — 0,1 МэВ, а энергия гамма-квантов — больше 0,1 МэВ. В узком смысле гамма-излучение испускается ядром, а рентгеновское — атомной электронной оболочкой при выбивании электрона с низколежащих орбит, хотя эта классификация неприменима к жёсткому излучению, генерируемому без участия атомов и ядер (например, синхротронному или тормозному излучению).


Радиоволны

Из-за больших значений λ распространение радиоволн можно рассматривать без учёта атомистического строения среды. Исключение составляют только самые короткие радиоволны, примыкающие к инфракрасному участку спектра. В радиодиапазоне слабо сказываются и квантовые свойства излучения, хотя их всё же приходится учитывать, в частности, при описании квантовых генераторов и усилителей сантиметрового и миллиметрового диапазонов, а также молекулярных стандартов частоты и времени, при охлаждении аппаратуры до температур в несколько кельвинов.

Радиоволны возникают при протекании по проводникам переменного тока соответствующей частоты. И наоборот, проходящая в пространстве электромагнитная волна возбуждает в проводнике соответствующий ей переменный ток. Это свойство используется в радиотехнике при конструировании антенн.

Естественным источником волн этого диапазона являются грозы. Считается, что они же являются источником стоячих электромагнитных волн Шумана.

Микроволновое излучение

Инфракрасное излучение (Тепловое)

Видимое излучение (Оптическое)

Прозрачная призма разлагает луч белого цвета на составляющие его лучи.

Видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение составляет так называемую оптическую область спектра в широком смысле этого слова. Выделение такой области обусловлено не только близостью соответствующих участков спектра, но и сходством приборов, применяющихся для её исследования и разработанных исторически главным образом при изучении видимого света (линзы и зеркала для фокусирования излучения, призмы, дифракционные решётки, интерференционные приборы для исследования спектрального состава излучения и пр.).

Частоты волн оптической области спектра уже сравнимы с собственными частотами атомов и молекул, а их длины — с молекулярными размерами и межмолекулярными расстояниями. Благодаря этому в этой области становятся существенными явления, обусловленные атомистическим строением вещества. По этой же причине, наряду с волновыми, проявляются и квантовые свойства света.

Самым известным источником оптического излучения является Солнце. Его поверхность (фотосфера) нагрета до температуры 6000 градусов и светит ярко-белым светом (максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в «зелёной» области 550 нм, где находится и максимум чувствительности глаза). Именно потому, что мы родились возле такой звезды, этот участок спектра электромагнитного излучения непосредственно воспринимается нашими органами чувств.

Излучение оптического диапазона возникает, в частности, при нагревании тел (инфракрасное излучение называют также тепловым) из-за теплового движения атомов и молекул. Чем сильнее нагрето тело, тем выше частота, на которой находится максимум спектра его излучения (см. Закон смещения Вина). При определённом нагревании тело начинает светиться в видимом диапазоне (каление), сначала красным цветом, потом жёлтым и так далее. И наоборот, излучение оптического спектра оказывает на тела тепловое воздействие (см. Болометрия).

Оптическое излучение может создаваться и регистрироваться в химических и биологических реакциях. Одна из известнейших химических реакций, являющихся приёмником оптического излучения, используется в фотографии. Источником энергии для большинства живых существ на Земле является фотосинтез — биологическая реакция, протекающая в растениях под действием оптического излучения Солнца.

Ультрафиолетовое излучение

Жёсткое излучение

В области рентгеновского и гамма-излучения на первый план выступают квантовые свойства излучения. Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых заряженных частиц (электронов, протонов и пр.), а также в результате процессов, происходящих внутри электронных оболочек атомов. Гамма-излучение появляется в результате процессов, происходящих внутри атомных ядер, а также в результате превращения элементарных частиц. Оно появляется и при торможении быстрых заряженных частиц.

Особенности электромагнитного излучения разных диапазонов

Распространение электромагнитных волн, временны́е зависимости электрического \mathit E(t)\,

и магнитного \mathit H(t)\, полей, определяющий тип волн (плоские, сферические и др.), вид поляризации и прочие особенности зависят от источника излучения и свойств среды.

Электромагнитные излучения различных частот взаимодействуют с веществом также по-разному. Процессы излучения и поглощения радиоволн обычно можно описать с помощью соотношений классической электродинамики; а вот для волн оптического диапазона и, тем более, жестких лучей необходимо учитывать уже их квантовую природу.

История исследований

В 1800 году английский учёный У. Гершель открыл инфракрасное излучение.

Существование электромагнитного излучения теоретически предсказал английский физик Фарадей в 1832 году.

В 1865 году английский физик Дж. Максвелл рассчитал теоретически скорость электромагнитных волн в вакууме.

В 1888 году немецкий физик Герц подтвердил теорию Максвелла опытным путём. Интересно, что Герц не верил в существование этих волн и проводил свой опыт с целью опровергнуть выводы Максвелла.

Электромагнитная безопасность

Излучения электромагнитного диапазона при определённых уровнях могут оказывать отрицательное воздействие на организм человека, животных и других живых существ, а также неблагоприятно влиять на работу электрических приборов. Различные виды неионизирующих излучений (электромагнитных полей, ЭМП) оказывают разное физиологическое воздействие. На практике выделяют диапазоны магнитного поля (постоянного и квазипостоянного, импульсного), ВЧ- и СВЧ-излучений, лазерного излучения, электрического и магнитного поля промышленной частоты от высоковольтного оборудования, СВЧ-излучения и др..

Влияние на живые существа

Существуют национальные и международные гигиенические нормативы уровней ЭМП, в зависимости от диапазона, для селитебной зоны и на рабочих местах.

Оптический диапазон

Существуют гигиенические нормы освещённости; также разработаны нормативы безопасности при работе с лазерным излучением.

Радиоволны

Допустимые уровни электромагнитного излучения (плотность потока электромагнитной энергии) отражаются в нормативах, которые устанавливают государственные компетентные органы, в зависимости от диапазона ЭМП. Эти нормы могут быть существенно различны в разных странах.

Нахождение в зоне с повышенными уровнями ЭМП в течение определённого времени приводит к ряду неблагоприятных последствий: наблюдается усталость, тошнота, головная боль. При значительных превышениях нормативов возможны повреждение сердца, мозга, центральной нервной системы. Излучение может влиять на психику человека, появляется раздражительность, человеку трудно себя контролировать. Возможно развитие трудно поддающихся лечению заболеваний, вплоть до раковых. В частности, корреляционный анализ показал прямую средней силы корреляцию заболеваемости злокачественными заболеваниями головного мозга с максимальной нагрузкой от ЭМИ даже от использования такого маломощного источника, как мобильные радиотелефоны.[1] Эти данные не должны быть причиной для радиофобии, однако очевидна необходимость в существенном углублении сведений о действии ЭМИ на живые организмы.

В России действует СанПиН 2.2.4.1191—03 Электромагнитные поля в производственных условиях, на рабочих местах. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы, а также гигиенические нормативы ГДР (ПДУ) 5803-91 (ДНАОП 0.03-3.22-91) Предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия электромагнитных полей (ЭМП) диапазона частот 10—60 кГц Промышленное электроснабжение 50 Гц [2][3]

  • Допустимые уровни излучения базовых станций мобильной связи (900 и 1800 МГц, суммарный уровень от всех источников) в санитарно-селитебной зоне в некоторых странах заметно различаются:
Украина: 2,5 мкВт/кв.см. (самая жёсткая санитарная норма в Европе)
Россия, Венгрия: 10 мкВт/кв.см.
США, Скандинавские страны: 100 мкВт/кв.см.

Параллельное развитие гигиенической науки в СССР и западных странах привело к формированию разных подходов к оценке действия ЭМИ. Для части стран постсоветского пространства сохраняется преимущественно нормирование в единицах плотности потока энергии (ППЭ), а для США и стран ЕС типичным является оценка удельной мощности поглощения (мобильных радиотелефонов (МРТ) не позволяют прогнозировать все неблагоприятные последствия, многие аспекты проблемы не освещены в современной литературе и требуют дополнительных исследований. В связи с этим, согласно рекомендациям ВОЗ, целесообразно придерживаться предупредительной политики, т. е. максимально уменьшить время использования сотовой связи.»

Проникающая неионизирующая радиация

Допустимые нормативы регулируются нормами радиационной безопасности — НРБ-99.

Влияние на радиотехнические устройства

Существует административные и контролирующие органы — инспекция по радиосвязи (на Украине, например, Укрчастотнадзор), которая регулирует распределение частотных диапазонов для различных пользователей, соблюдение выделенных диапазонов, отслеживает незаконное пользование радиоэфиром.

См. также

Ссылки

Литература

  • Физика. Большой энциклопедический словарь/Гл. ред. А. М. Прохоров. — 4-е изд. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. — С. 874—876. ISBN 5-85270-306-0 (БРЭ)
  • Кудряшов Ю. Б., Перов Ю. Ф. Рубин А. Б. Радиационная биофизика: радиочастотные и микроволновые электромагнитные излучения. Учебник для ВУЗов. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. — 184 с — ISBN 978-5-9221-0848-5

Примечания

  1. В. Н. Дунаев «Электромагнитные излучения и риск популяционному здоровью при использовании средств сотовой связи» //Гигиена и санитария, № 6, 2007, с. 56—57
  2. ПДУ магнитных полей частот 50 Гц. Харьков, 1986, СН-3206-85.2
  3. Методические указания но гигиенической оценке основных параметров полей частотой 50Гц. Харьков, 1986. СН 3207-85

Wikimedia Foundation. 2010.

Медленные магнитные волны

Для многих исследователей и любителей физики эти данные могут стать откровением, т.к. иногда частично, а иногда и полностью они будут выходить за рамки классических представлений о магнитном поле и волновых процессах в длинной линии. В этой заметке мы расскажем об экспериментах и оборудовании для них, обсудим совершенно необычные их результаты, а затем поговорим и о генераторе на этом эффекте.

Из курса радиотехники мы знаем о волновых процессах возникающих в длинных линиях (ДЛ). Они хорошо описываются телеграфными уравнениями и теорией Максвелла, часто применяются на практике и хорошо изучены экспериментально. Главное отличие длинной линии от сосредоточенной — распределение пучностей тока и напряжения вдоль неё. В ДЛ такое распределение начинается при условии её длины равной 1/4 от длины волны, а сама волна распространяется вдоль ДЛ с около световой скоростью. В сосредоточенной линии, пучностей тока и напряжения не наблюдается, т.к. длина такой линии намного меньше длины волны. Так всё и было до открытия медленных волн, которые позже Д. Смит назовёт — магнитными.

Рассмотрим простейшую схему с генератором G1, подключённым к длинной линии L2 через индуктор L1 (рис. 1.1). К слову, это схема классического трансформатора Теслы. Найдём в ней такую частоту генератора, чтобы длина ДЛ стала равной 1/4 его длины волны. В этом случае, установится режим с пучностью тока в начале ДЛ и пучностью напряжения в её конце, что полностью соответствует классическим представлениям. Для магнитного поля это означает его максимум в начале ДЛ, а максимум электрического — в её конце, что и изображено на рисунке (1.2).

Как вы думаете, что в реальности будет с распределением магнитного поля (МП) вдоль ДЛ, если мы начнём уменьшать частоту генератора? С позиций классической радиотехники мы получим схему с сосредоточенными параметрами, где не должно наблюдаться перераспределения тока и напряжения. Но так ли это на самом деле? Постепенно уменьшая частоту генератора сначала мы доберёмся до режима 1/8 длины волны, где, при определённых условиях, сможем наблюдать первое неклассическое явление — отсутствие МП вокруг проводника по которому течёт ток. А чтобы наблюдать ещё более необычное поведение МП, нам необходимо будет спуститься генератором до частот, соответствующих 1/100 (и меньше) от длины волны L2. Казалось бы, вот уже где никакого перераспределения МП мы не сможем увидеть, но именно здесь и начинается самое интересное!

Неклассическое распределение магнитного поля

Для исследования такого необычного, с точки зрения классики, поведения МП соберём ещё более простую схему (рис. 2.2). К слову, можно оставить и предыдущую (1.1), но поскольку здесь электрическое поле здесь не выявляет никаких аномалий, и свободный конец L2 не нужен, то и индуктор L1 из схемы можно убрать. Те из наших читателей, кто ни разу не обращал своё внимание на такую аномалию, будут сильно удивлены, т.к. вместо ожидаемого постоянного распределения МП по длине катушки, в реальности мы будем наблюдать совсем другую картину.

Распределение МП в катушке будет таким, как изображено на рисунке (2.2), где положительные значения H соответствуют одному полюсу, а отрицательные — другому. Это соответствует полно волновому распределению в классической ДЛ с двумя явными отличиями: электрическое поле (E) здесь постоянно по всей длине, а график распределения магнитного смещён и показывается без модуля! Эти отличия представлены на рисунках 2.3 (распределение магнитного и электрического полей в классической полно волновой ДЛ) и 2.4 (распределение магнитного и электрического полей с медленными волнами).

Но как такое возможно? Ведь частота генератора G1 соответствует сотым долям классической длины волны. Здесь нужно вспомнить, что в теории длинных линий скорость распространения волны около световая, и от неё мы и отсчитываем длину волны. Если быть более точным, то в классике скорость волны в ДЛ считается, как скорость света умноженная на коэффициент, учитывающий свойства проводника. Но для меди или даже для изоляции провода это будут величины, немного отличающиеся от единицы, но никак не порядка 1/100. А значит, мы имеем дело с принципиально другим типом волн! Далее, мы продолжим изучение необычных свойств таких полей, а сами волны будем называть медленными или магнитными.

К слову, хоть электрическое поле и отражено на рисунке (2.4), на самом деле представляет собой очень маленькую величину, что вполне логично для таких низких частот.

Индикатор магнитного поля

Для получения более объективной картины распределения МП с медленными волнами одного компаса будет недостаточно. Не подойдут и тестеры точно измеряющие величину МП.

Рис.3. Индикатор МП показывающий направление его силовых линий

Дело в том, что все эти приборы не могут определять направление магнитных силовых линий во всех плоскостях. Как ни страно, но помочь нам в этом сможет достаточно простой индикатор, схема которого представлена на рисунке слева. На отрезок ферритового стержня длиной в 3-5см и проницаемостью 400-600НМ, наматывается медный провод диаметром 0.3-0.4мм в количестве 50-70 витков. К концам таким образом намотанной катушки подпаиваются два встречно включённых светодиода VD1, VD2. Сами светодиоды желательно выбирать из разряда сверхъярких, на напряжение 1.5В, тогда чувствительность индикатора возрастёт на порядок. На последующих рисунках свечение светодиодов такого индикатора условно будем обозначать синим и красным цветом.

Ещё лучшие результаты для чувствительности даст феррит, применяемый в фильтрах питания или — от кабеля монитора. При выборе феррита нужно руководствоваться следующим принципом: у него должны быть два ярко выраженных полюса и он не должен быть слишком высокочастотным.

Пользоваться таким индикатором также довольно просто: необходимо будет проносить его вдоль исследуемой катушки, причём, как соосно, так и в перпендикулярной к ней плоскости. Об этих исследованиях, а также о генераторе на медленных волнах, читайте в следующем разделе.

 

Электромагнитные волны

Дж. Максвелл доказал существование электромагнитных волн еще в 1864 после того, как решил применить их к изменяющимся во времени электромагнитным полям. Проанализировав все известные на тот момент законы электродинамики, увидел связь и асимметрию между электрическими и магнитными полями.

Понятие вихревого электрического поля

Максвеллом было введено понятие вихревого электрического поля, после чего он предложил иную формулировку закона электромагнитной индукции, которая была открыта в 1831 году Фарадеем:

Определение 1

Всякое изменение магнитного поля может стать причиной порождения в окружающем пространстве вихревого электрического поля с замкнутыми силовыми линиями.

Максвелл показал гипотезу, которая говорит совсем об обратном, а именно:

Определение 2

Электрическое поле, изменяющееся во времени, является причиной появления в окружающем пространстве магнитного поля.

Рисунки 2.6.1 и 2.6.2 показывают взаимное преобразование электрического и магнитного полей.

Понятие вихревого электрического поля

Рисунок 2.6.1. Закон электромагнитной индукции по определению Максвелла.

Понятие вихревого электрического поля

Рисунок 2.6.2. Гипотеза Максвелла об изменяющемся электрическом поле, порождающим магнитное поле.

Свойства уравнений Максвелла

Вначале данная гипотеза не имела экспериментального подтверждения, а выступала как теоретическое предположение. Основываясь на ней, Максвеллу смог зафиксировать непротиворечивую систему уравнений, которые описывали взаимные превращения электрического и магнитного полей. Данная запись называлась системой уравнений электромагнитного поля, иначе говоря, уравнениями Максвелла. Исходя из теории, используются выводы:

  1. Электромагнитные волны существуют. Они могут распространяться как в пространстве, так и во времени электромагнитного поля. Электромагнитные полны поперечные, а векторы E→ и
    B→ располагаются перпендикулярно друг другу в одной плоскости, которая перпендикулярна относительно направления распространения волны. Это отчетливо видно на приведенном ниже изображении.

Свойства уравнений Максвелла

Рисунок 2.6.3. Снусоидальная (гармоническая) электромагнитная волнагде заданные векторы
E→, B→ и v→ перпендикулярны друг к другу
.

  1. Распространение электромагнитных волн имеет конечную скорость, которая обозначается

v=1ε·ε0·μ·μ0.

По формуле ε и μ являются диэлектрической и магнитной проницаемостью веществ, а ε0 и μ

Электромагнитные волны, свойства. Электромагнитное поле. Тесты, курсы по физике

Тестирование онлайн

  • Колебательный контур. Электромагнитные волны

Электромагнитное поле

В 1860-1865 гг. один из величайших физиков XIX века Джеймс Клерк Максвелл создал теорию электромагнитного поля. Согласно Максвеллу явление электромагнитной индукции объясняется следующим образом. Если в некоторой точке пространства изменяется во времени магнитное поле, то там образуется и электрическое поле. Если же в поле находится замкнутый проводник, то электрическое поле вызывает в нем индукционный ток. Из теории Максвелла следует, что возможен и обратный процесс. Если в некоторой области пространства меняется во времени электрическое поле, то здесь же образуется и магнитное поле.

Таким образом, любое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению изменяющегося электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает изменяющееся магнитное поле. Эти порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля образуют единое электромагнитное поле.

Свойства электромагнитных волн

Важнейшим результатом, который вытекает из сформулированной Максвеллом теории электромагнитного поля, стало предсказание возможности существования электромагнитных волн. Электромагнитная волна — распространение электромагнитных полей в пространстве и во времени.

Источник электромагнитного поля — электрические заряды, движущиеся с ускорением.

Электромагнитные волны, в отличие от упругих (звуковых) волн, могут распространяться в вакууме или любом другом веществе.

Электромагнитные волны в вакууме распространяются со скоростью c=299 792 км/с, то есть со скоростью света.

В веществе скорость электромагнитной волны меньше, чем в вакууме. Соотношение между длиной волна, ее скоростью, периодом и частотой колебаний, полученные для механических волн выполняются и для электромагнитных волн:

Колебания вектора напряженности E и вектора магнитной индукции B происходят во взаимно перпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны (вектору скорости).

Электромагнитная волна переносит энергию.

Диапазон электромагнитных волн

Вокруг нас сложный мир электромагнитных волн различных частот: излучения мониторов компьютеров, сотовых телефонов, микроволновых печей, телевизоров и др. В настоящее время все электромагнитные волны разделены по длинам волн на шесть основных диапазонов.

Радиоволны — это электромагнитные волны (с длиной волны от 10000 м до 0,005 м), служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. В радиосвязи радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

Электромагнитные излучения с длиной волны, от 0,005 м до 1 мкм, т.е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением. Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела. Источником инфракрасного излучения служат печи, батареи, электрические лампы накаливания. С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте.

К видимому свету относят излучения с длиной волны примерно 770 нм до 380 нм, от красного до фиолетового цвета. Значение этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.

Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны меньше, чем у фиолетового цвета, называют ультрафиолетовым излучением. Оно способно убивать болезнетворные бактерии.

Рентгеновское излучение невидимо глазом. Оно проходит без существенного поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого света, что используют для диагностики заболеваний внутренних органов.

Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.

Принцип радиосвязи

Колебательный контур используют как источник электромагнитных волн. Для эффективного излучения контур «открывают», т.е. создают условия для того, чтобы поле «уходило» в пространство. Это устройство называется открытым колебательным контуром — антенной.

Радиосвязью называется передача информации с помощью электромагнитных волн, частоты которых находятся в диапазоне от до Гц.

Радар (радиолокатор)

Устройство, которое передает ультракороткие волны и тут же их принимает. Излучение осуществляется короткими импульсами. Импульсы отражаются от предметов, позволяя после приема и обработки сигнала установить дальность до предмета.

Радар скорости работает по аналогичному принципу. Подумайте, как радар определяет скорость движущейся машины.

Магнитные волны Солнца ведут себя не так, как считалось ранее — Naked Science

Изучение солнечной активности за 10 лет показало, что самый верхний слой атмосферы звезды — корона — реагирует на звуковые волны, исходящие из нее. Эти данные могут серьезно повлиять на современные модели звезд.

Команда физиков из Нортумбрийского университета в Великобритании обнаружили, что магнитные волны солнечной короны — самый внешний слой атмосферы звезды — реагируют на звуковые волны, исходящие из недр. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

 

Большинство людей знакомы с тремя состояниями вещества: твердым, жидким и газообразным. Однако мало кто знает о его четвертом состоянии — плазме, — при котором атомы разбиваются на электроны и ионы.

 

На самом деле во Вселенной плазма встречается чаще, чем твердые вещества, жидкости и газы, так как она существует при температурах и плотностях, с которыми люди сталкиваются крайне редко. Поведение плазмы напоминает жидкости и газы, только у нее, помимо прочего, есть еще магнитные поля.

 

Сигнатура корональных волн Альвена / © Northumbria University

 

В 1942 году шведский физик Ханнес Альвен совместил математику механики жидкостей и электромагнетизма, предсказав, что плазма способна поддерживать волнообразное состояние в магнитном поле — этот феномен сегодня известен как волны Альвена.

 

Эти волны играют важную роль в транспортировке энергии вокруг Солнца и по всей Солнечной системе. Ранее считалось, что они появляются на поверхности светила, когда кипящий водород достигает шести тысяч градусов Цельсия и буквально «вспенивает» солнечное магнитное поле.

 

Однако доктор Ричард Мортон и его коллеги из Нортумбрийского университета нашли доказательство того, что магнитные волны также реагируют на звуковые волны, исходящие из Солнца, при этом находясь в более высоких слоях его атмосферы. Исследователи обнаружили, что звуковые волны оставляют своего рода метку на магнитных волнах.

 

Присутствие этой метки означает, что вся солнечная корона единообразно «сотрясается» в ответ на звуковые волны. Из-за этого она вибрирует в очень чистом диапазоне частот.

 

Эта метка обнаружилась по всей короне и постоянно присутствовала в ней на протяжении десятилетнего периода, который и был изучен в ходе исследования. Результаты указывают на то, что это фундаментальная константа Солнца может быть фундаментальной константой и других звезд.

 

Таким образом, новые данные могут иметь серьезные последствия для современных идей о распределении и использовании магнитной энергии в звездных атмосферах.

 

Корона Солнца в сотни раз горячее его поверхности, и считается, что энергия, исходящая от волн Альвена, напрямую связана с нагреванием короны до температуры около миллиона градусов. Также существуют гипотезы, что они связаны с нагреванием и ускорением мощного солнечного ветра, распространяющегося по Солнечной системе. Этот ветер движется со скоростью до 1200 километров в секунду и влияет на атмосферы планет, их магнитные поля и вызывает такие феномены, как полярное сияние.

Скопировать ссылку

Магнитодинамические волны в воздухе

В работе описаны эксперименты по поиску переменного магнитного поля вблизи перезаряжаемых проводящих плоской пластины и шара. А также эксперимент по поиску переменного электрического поля вблизи вращающегося постоянного магнита. Обнаружено, что переменные электрическое и магнитное поля не порождают друг друга в пределах погрешности измерений. Делается заключение о существовании поперечных магнитодинамических волн. Экспериментально исследуются статическое магнитное поле и магнитодинамические волны вблизи постоянного стержневого магнита. Выделяется четыре типа поляризации таких волн: линейная, круговая, торовая и смешанная. Наблюдалась концентрация и отклонение магнитодинамических волн при внесении неоднородности — феррита на пути их распространения, что подобно дифракции в оптике. Зарегистрированы вторичные магнитодинамические волны от наведенных магнитных моментов атомов феррита вблизи его поверхности, что подобно отражению в оптике. Представлены идеи экспериментов по наблюдению эффектов, подобных дисперсии и интерференции, для магнитодинамических волн. Обсуждаются структура и свойства электродинамических, магнитодинамических и электромагнитных волн. Описаны идеи экспериментов по поиску их неизвестных свойств. В заключении описывается применение магнитодинамических волн в технике- такие как магнитография и магнитотомография, например.

Введение

В классической электродинамике утверждается, что переменное электрическое поле порождает переменное магнитное и наоборот [1], [2]. Связь между ними задаётся уравнениями Максвелла [3]. Основой для такого утверждения является гипотеза о существовании магнитного поля у токов смещения. Однако, эта гипотеза не имеет экспериментального подтверждения. Наблюдаемое кольцевое магнитное поле между обкладками плоского конденсатора в демонстративном эксперименте по наблюдению токов смещения, как утверждается, например, в [5], вызвано радиальными токами проводимости, текущими по обкладкам. Там же теоретически описывается распространение поперечных магнитодинамических волн с помощью модифицированной системы уравнений Максвелла.

С целью поиска переменного магнитного поля в области переменного электрического проведены два эксперимента. В первом производилось измерение магнитного поля вблизи медной пластины, находящейся под переменным потенциалом, во втором- вблизи стального шара.

Измерение магнитного поля в области переменного электрического

Сделаем оценку нормальной составляющей напряженности электрического поля E вблизи центра перезаряжаемой пластины. Используем известную из электростатики формулу:

E = |grad(φ)| ~ φ/d (1)

Где φ — потенциал пластины относительно земли, d – расстояние от точки измерения до пластины. Максимально возможная амплитуда импульсов с ГИ составляла 50 В. Напряженность электрического поля при этом на расстоянии 1 мм от пластины т.о. E ~ 5·103 В/м.

Согласно четвертому уравнению Максвелла, вокруг области переменного электрического поля должно существовать переменное магнитное, напряженность которого в воздухе задается выражением:

rot(B) = dE/dt (2)

Разобъем такую область на кусочки. Вокруг каждого, согласно (2), должны возникать кольцевые магнитные поля- см. рис. 1. 

Затем, суммируя магнитные поля соседних кусочков, получим ноль. Т.о. в области однородного переменного электрического поля магнитного наблюдаться не должно. Однако, в реальных условиях необходимо учитывать граничный эффект. Область максимального магнитного поля над плоской пластиной должна иметь вид замкнутого контура- там, где максимален градиент электрического поля, см. рис. 1.

Область переменного электрического поля. Линии E направлены на нас. В центральной части области поле E однородно, ближе к краям спадает до 0.

Рис. 1. Область переменного электрического поля. Линии E направлены на нас. В центральной части области поле E однородно, ближе к краям спадает до 0.

Кроме того над пластиной теоретически может происходить ослабление магнитного поля за счёт наложения магнитных полей токов смещения, текущих с обратной от пластины стороны. Для учёта чего магнитное поле измерялось также вблизи торцов пластины.

С другой стороны, как известно из электродинамики [4], электромагнитная волна в ближней зоне излучения еще не является сформированной, электрическое и магнитное поля в ней с высокой точностью изменяются независимо. Таким образом, уравнения Максвелла для этой зоны должны быть не применимы. И понятие тока смещения теряет физический смысл. Для разрешения этого противоречия проведены описанные ниже эксперименты.

На рис. 2 представлена функциональная схема экспериментальной установки.

Схема экспериментальной установки для наблюдения переменного магнитного поля в области переменного электрического.

Рис. 2. Схема экспериментальной установки для наблюдения переменного магнитного поля в области переменного электрического.

С генератора импульсов Г5- 82 производилась подача прямоугольных импульсов положительной полярности (ПИПП) на медную пластину размером 115·150·1 мм. Вокруг пластины возникало переменное электрическое поле. Наблюдения магнитного поля вблизи пластины производились в ближней зоне. Для измерения магнитного поля вблизи пластины использовался датчик Холла Honeywell 840G- М. Датчик способен регистрировать магнитные поля до 840 Гс по одной координате. Время отклика датчика составляет 3 мкс, средняя чувствительность при НКУ 2,4 мВ/Гс. Далее сигнал усиливался на широкополосном усилителе УЗ-29 и подавался на осциллограф С1-73. ПИПП формировались длительностями 1 мкс ; 1 ,10, 100 мс и с задержками 6 мкс; 6, 60, 600 мс соответственно.

Производились измерения магнитного поля по трем координатам над разными участками пластины. Минимальное расстояние до датчика составляло 1 мм при измерении продольных составляющих магнитного поля и до 0.2 мм при измерении поперечной. По результатам всех измерений B = 0 ± 1 Гс. Плотность энергии магнитного поля таким образом составляет не более ~ 10-10 от плотности энергии электрического.

Во втором эксперименте вместо медной пластины использовался стальной шар диаметром 22 мм. Длительности импульсов составляли 1, 10 мс. Результаты измерения магнитного поля те же. Применим четвертое уравнение Максвелла для оценки магнитного поля вблизи поверхности шара. Ввиду сферической симметрии магнитные поля кусочков пространства над поверхностью перезаряжаемого шара все, кроме области токового подвода, целиком вычитаются. Т.о., в рамках классической электродинамики магнитное поле токов смещения вокруг шара и должно быть нулевым. Магнитное поле реальных токов, протекающих по шару, не наблюдается ввиду его малости: суммарная величина токов проводимости, текущих от ГИ по пластине или шару, не превышала 0,05 А.

Эксперимент с шаром не является столь показательным, как с пластиной. Однако, он наводит на мысль о том, что в пространстве, помимо электромагнитных волн могут распространяться волны электрического поля, т.н. электродинамические волны. Эти волны имеют продольный характер, т.к. электрическое поле- скалярное. Затухают они, очевидно, обратно пропорционально квадрату расстояния, и скорость изменения электрического поля в такой волне ограничена инерционностью среды распространения. Экспериментально такие волны наблюдались в работе [6].

Измерение электрического поля в области переменного магнитного

На рис. 3 представлена схема экспериментальной установки. Для создания переменного магнитного поля был выбран вращающийся постоянный магнит. Магнит стержневой, диаметром 10 мм и длиной 15 мм. Максимальная напряженность магнитного поля у торца 0,3 Т. Для приведения во вращение использовался электродвигатель QX Motor 5-24 V. Для измерения электрического поля применялась плоская прямоугольная антенна из меди, размерами 105·12·1 мм. Сигнал с неё поступал через усилитель на осциллограф.

Схема экспериментальной установки для наблюдения переменного электрического поля в области переменного магнитного. Наблюдение магнитодинамических волн производилось при использовании датчика Холла вместо антенны.

Рис. 3. Схема экспериментальной установки для наблюдения переменного электрического поля в области переменного магнитного. Наблюдение магнитодинамических волн производилось при использовании датчика Холла вместо антенны.

Для калибровки антенна подносилась плоской частью к перезаряжаемому шару. При амплитуде электрических импульсов с ГИ в 50 В пиковое значение потенциала на антенне, находящейся на расстоянии 1 мм от шара, составило 0,25 В. Минимальное расстояние, на которое вращающийся магнит можно было поднести к антенне, составляет 1,5±0,5 мм. Магнитное поле на таком расстоянии по оси магнита составляет примерно 0,25 Т.

Обратная связь напряжённости переменного электрического поля с переменным магнитным задаётся вторым уравнением Максвелла:

rot(E) = -dB /dt (3)

При вращении магнита вектор B меняется как по амплитуде, так и по направлению, поэтому компенсации кольцевых электрических полей вокруг кусочков пространства вблизи магнита теоретически происходить не должно.

При измерениях в сигнале, снимаемом с антенны, было обнаружено две помехи. Первая на частоте 50 Гц от работающей аппаратуры вблизи установки. Вторая- помеха с частотой вращения магнита ~ 250 Гц. После снятия магнита с вала электродвигателя картина помех не менялась. Вторая помеха таким образом была вызвана переменным электрическим полем, наводимым зарядами в обмотке электродвигателя. Искомый потенциал на антенне от магнита составил φ = 0 ± 0,05 мВ. Искомое электрическое поле, соответственно, E = 0 ± 0,05 В/м. Плотность энергии электрического поля т. о. составляла не более ~ 10-5 от плотности энергии магнитного.

По результату эксперимента можно утверждать, что в пространстве, помимо электромагнитных и электродинамических должны наблюдаться волны магнитного поля, которые можно назвать «магнитодинамическими».

Моделирование распространения магнитодинамических волн

Линии магнитного поля диполя в пространстве, как известно, представляют собой вложенные торовые поверхности. Постоянный магнит можно считать диполем в некотором приближении. Если такой магнит привести в движение, в пространстве вокруг него образуется возмущение магнитного поля, распространяющееся с некоторой скоростью в разные стороны от магнита. Зависимость вектора напряженности магнитного поля от времени в каждой точке вокруг источника возмущения даст картину распространяющихся магнитодинамических волн.

Картину распространяющихся волн можно рассчитать строго математически, зная распределение поля вокруг неподвижного источника магнитного поля и характер движения источника. Любой источник можно разбить на элементарные магнитные диполи. Поле неподвижного магнитного диполя вычисляется по известным формулам. Движение диполя представляет собой перемещение в пространстве и вращение оси магнитного момента диполя. Таким образом, зависимость магнитного поля от времени на некотром расстоянии от диполя определяется шестью независимыми пространственными переменными. Переменные меняются непрерывно во времени. Затем, суммируя магнитные поля всех диполей источника с учетом экранирования и вторичных (наведённых) магнитных полей, получим искомую зависимость магнитного поля от времени в некторой точке. Рассчитав поля во множестве точек вокруг источника получим картину распространяющихся магнитодинамических волн.

Магнитодинамические волны являются поперечными, т.к. силовые линии магнитного поля всегда замкнуты. Скорость изменения вектора магнитного поля в волне ограничена инерционностью среды распространения.

Если возмущение магнитного поля имеет периодический характер, можно говорить об его амлитуде, фазе и частоте.

Затухание магнитодинамических волн от диполя в вакууме обусловлено распределением магнитной энергии по увеличивающимся торовым поверхностям и происходит обратно пропорционально квадрату расстояния.

Рассмотрим вопрос о поляризации. Можно выделить два главных типа поляризации магнитодинамических волн. Первая- торовая, наблюдалась в дипольном приближении в (а). Её можно определить как поляризацию магнитодинамической волны, распространяющейся от одного магнитного диполя при его движении. Вектор B в каждой точке при этом перемещается по объемному контуру, форма которого зависит от характера движения диполя. При периодическом возмущении контур замкнут. Торовая поляризация может вырождаться в круговую на поясе безразличия магнитного диполя и в линейную- на его оси. Второй главный тип поляризации- смешанный, наблюдающийся от источника, состоящего из множества магнитных диполей.

Скорость распространения электрическго, магнитного, электромагнитного и гравитационного полей в теории относительности полагается равной c. Однако, экспериментов по измерению скоростей распространения электрического, магнитного и гравитационного полей в отдельности не проводилось. В связи с этим представляет интерес экспериментальное определение этих скоростей. Подобно тому, как в механике скорости распространения продольных, поперечных звуковых волн и вихрей (солитонов) различны, в физическом вакууме скорости распространения разных возмущений: электрического, магнитного, электромагнитного и гравитационного могут быть различны.

Наблюдение магнитодинамических волн в воздухе

Вначале было произведено измерение статического магнитного поля вблизи постоянного магнита. На рис. 4а, 4б представлены зависимости напряженности магнитного поля от координат: по оси магнита (а) и в перпендикулярном направлении (б).

Распределение магнитного поля по оси магнита.

Рис. 4 а. Распределение магнитного поля по оси магнита.

Распределение магнитного поля по оси, перпендикулярной оси магнита и проходящей через его центр.

Рис. 4 б. Распределение магнитного поля по оси, перпендикулярной оси магнита и проходящей через его центр.

В соответствии с формулой Био для плотности магнетизма стержневого магнита [7] они должны иметь экспоненциальный вид. Однако, для них лучше подходит степенная аппроксимация. Показатель степени в случае идеального магнитного диполя должен быть равен -3. Для реального стержневого магнита он зависит от направления оси наблюдения спада магнитного поля, см. аппрксимирующие функции на рис. 4а, 4б.

Производилось наблюдение магнитодинамических волн от вращающегося стержневого магнита: в плоскости вращения- на расстоянии 15 ± 2 мм от торца, и по оси вращения — в 10 ± 2 мм от поверхности магнита. На рис. 5 представлены зависимости напряженности магнитного поля от времени для этих двух случаев.

Зависимости магнитного поля от времени при вращении магнита

Рис. 5. Зависимости магнитного поля от времени при вращении магнита: в плоскости вращения- на расстоянии 15 ± 2 мм от торца (а), и по оси вращения — в 10 ± 2 мм от поверхности магнита (б). Период следования импульсов 4 ± 0,5 мс.

Период следования импульсов составляет 4 ± 0,5 мс. Амплитуда импульсов совпадает с измеренными значениями магнитного поля неподвижного магнита, см. рис. 4 а, б. Узкие пики в случае (а) связаны с моментами прохождения торца магнита вблизи датчика. Вектор B при этом перемещается по касательным к торовым поверхностям, меняясь, как по модулю, так и по направлению. В случае (б) зависимость почти гармоническая, вектор B вращается по окружности, не меняясь по модулю.

Для магнитодинамических волн можно ожидать наличие эфеектов, подобных оптическим. Так, искажение картины магнитных силовых линий при внесении неоднородности подобно дифракции э/м излучения. Возникновение вторичной магнитодинамической волны от магнитных диполей неоднородности подобно отражению э/м волны от границы раздела сред.

Наблюдение этих эффектов производилось при помещении длинного ферритового стержня диаметром 10 мм вблизи вращающегося магнита. Измерение магнитного поля осуществлялось датчиком Холла.

Фиксировалось усиление сигнала с датчика Холла в плоскости вращения магнита при поднесении ферритового стержня торцом вплотную к датчику с обратной от магнита стороны- до 2-х раз. Это вызвано концентрацией линий магнитного поля. Ослабление наблюдалось при поднесении ферритового стержня в область между магнитом и датчиком- до 5-ти раз, что вызвано отклонением магнитных силовых линий. При этом вблизи поверхности ферритового стержня обнаруживались слабые вторичные (наведённые) волны магнитного поля. При поднесении стержня импульсы «вытягивались» по вертикали, других искажений формы не наблюдалось.

Эффект, подобный дисперсии э/м волн, можно наблюдать, используя в качестве источника магнитную катушку. На обмотку следует подавать сигнал со спектром частот в ГГц диапазоне. Для отклонения магнитных силовых линий использовать феррит, характерное время намагничения которых ~ 10-9 с. Чем выше частота гармоники в спектре сигнала, тем меньше будет отклоняться ферритом соответствующая гармоника магнитодинамической волны вблизи катушки.

Описанные выше эффекты зависят от магнитных свойств материала, помещаемого на пути следования магнитодинамической волны. Помимо ферримагнетика для исследования искажения картины магнитных линий можно использовать другие магнитоактивные материалы.

Эффект, подобный интерференции э/м волн, можно наблюдать, например, от двух магнитных катушек, расположенных на расстоянии, большем длины волны. Технически это осуществимо в СВЧ диапазоне частот магнитодинамических волн от катушек.

Магнитодинамические волны в среде называются спиновыми [1,2,8]. Посредниками в передаче магнитного поля (течения) являются атомы среды. В вакууме же, согласно современным представлениям квантовой физики,- виртуальные частицы.

Заключение

Проведённые эксперименты по поиску переменного электрического поля в области переменного магнитного и переменного магнитного в области переменного электрического показали, что одно времяпеременное поле не порождает другое в пределах погрешности измерений. Из чего следует существование в пространстве, помимо электромагнитных волн, электродинамических и магнитодинамических. Проведено исследование свойств магнитодинамических волн в воздухе. Наблюдалось распространение волн от вращающегося постоянного магнита. При введении неоднородности на пути распространения магнитодинамических волн обнаружены эффекты, подобные дифракции и отражению э/м волн. Предложены четыре типа поляризации B волн. Ставится вопрос о скорости распространения магнитодинамических волн в вакууме. Описаны идеи экспериментов по наблюдению эффектов, подобных дисперсии и интерференции э/м волн, для магнитодинамических волн.

Источником магнитного поля в магнитоактивных материалах является нарушение симметрии электронных оболочек атомов, из которых они состоят. Для свободных элементарных частиц надёжного измерения магнитного поля не проводилось. Отклонения пучков заряженных частиц магнитным полем не означает наличие собственного магнитного поля у пучка в отсутствии внешнего поля. Поэтому магнитное поле элементарных частиц, связываемое с их спином, может быть вызвано внешним магнитным полем.

Для образования в пространстве электрического и магнитного полей необходимо наличие материальных частиц среды. Величина поля зависит от заряда частицы и характера её движения. В одних условиях сильнее проявляется электрическое поле, в других- магнитное. То же касается и возмущений (волн) в вакууме, наблюдающихся как электродинамические, магнитодинамические, электромагнитные (смешанные) и другие.

Вопрос о структуре фотона, кванта электромагнитного поля, на настоящий момент остаётся открытым. Представление о фотоне, как о волновом цуге, не раскрывает его структуры, т.к. не вводится понятия амплитуды фотона, основной характеристики волны. Также волновой пакет имеет свойство расплываться, что не обнаруживается для фотонов. Для исследования структуры электромагнитной волны (потока фотонов) следует провести точные измерения электрического и магнитного полей в пределах длины волны и исследовать воздействие сильного электрического и магнитного полей [9] на неё.

В заключение стоит сказать о технических применениях магнитодинамических волн. Спиновые волны в веществе уже широко применяются в технике- для передачи энергии и информации. Используются, как правило, магнитопроводы из материалов с высокой магнитной проницаемостью. В силовых трансформаторах, например, основным является передача магнитной энергии, а в жестких дисках компьютеров- информации.

В воздухе магнитодинамические волны используются для дистанционного заряда некоторых мобильных устройств- по принципу рядом расположенных магнитных катушек. Регистрация изображения различных предметов в магнитодинамических волнах (переменном магнитном поле) называется магнитографией (по аналогии с электрографией). Это даёт полезную информацию об окружающем мире в дополнение к фото, видео и электро- съемке. Регистрация прошедших через предметы магнитодинамических волн называется магнитотомографией. Полученные изображения позволяют получать дополнительную информацию о внутреннем строении предметов. Магнитография и магнитотомография уже используются для дистанционной диагностики оборудования из магнитоактивных материалов, например, трубопроводов и в медицине.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о