Elektr maydon energiyasi

Elektromagnit energiya: formulalar, tenglamalar, foydalanish, misollar

Elektromagnit energiya Elektromagnit to'lqinlar (EM) orqali tarqaladigan narsa. Bunga issiqlik chiqaradigan quyosh nuri, elektr tok manbaidan olinadigan tok va rentgen nurlarini hosil qilish uchun rentgen nurlari misol bo'la oladi.
Eshitish naychasini tebratganda tovush to'lqinlari singari, elektromagnit to'lqinlar energiyani uzatishga qodir, ular keyinchalik issiqlikka, elektr toklariga yoki turli xil signallarga aylanishi mumkin.
Elektromagnit energiya ham moddiy muhitda, ham vakuumda tarqaladi, har doim ko'ndalang to'lqin shaklida tarqaladi va undan foydalanish yangi narsa emas. Quyosh nuri elektromagnit energiyaning ibtidoiy manbai va ma'lum bo'lgan eng qadimgi, ammo elektr energiyasidan foydalanish biroz yaqinroq.
Bu faqat 1891 yilda bo'lganEdison kompaniyasi Vashington shahridagi Oq uyda birinchi elektr inshootini foydalanishga topshirdi. Va bu o'sha paytda ishlatilgan gazga asoslangan chiroqlarni to'ldiruvchi vosita sifatida, chunki dastlab ulardan foydalanishda juda ko'p shubha mavjud edi.

Haqiqat shuki, hatto eng chekka joylarda va elektr uzatish liniyalari mavjud bo'lmagan holda ham, kosmosdan tinimsiz keladigan elektromagnit energiya bizning koinotdagi uyimiz deb atagan narsaning dinamikasini doimiy ravishda saqlab kelmoqda.

Formulalar va tenglamalar
Elektromagnit to'lqinlar - bu elektr maydoni bo'lgan transvers to'lqinlar VA va magnit maydon B ular bir-biriga perpendikulyar, to'lqinning tarqalish yo'nalishi esa maydonlarga perpendikulyar.

Barcha to'lqinlar ularning chastotasi bilan tavsiflanadi. Bu ularning chastotasiga mutanosib bo'lgan energiyasini o'zgartirganda ko'p qirrali bo'lgan EM to'lqinlarining keng chastotasi.

2-rasmda elektromagnit to'lqin, unda elektr maydoni ko'rsatilgan VA ko'k rangda, tekislikda tebranadi zy, magnit maydon B qizil rangda uni samolyotda bajaradi xy, to'lqin tezligi o'qi bo'ylab yo'naltirilgan bo'lsa + va, ko'rsatilgan koordinatalar tizimiga muvofiq.
Agar sirt ikkala to'lqinning yo'lida aralashgan bo'lsa, aytingki, maydon tekisligi TO va qalinligi dyto'lqin tezligiga, maydon birligiga to'g'ri keladigan elektromagnit energiya oqimiga perpendikulyar bo'lganligiHa, orqali tasvirlangan poynting vektori:

S = (1 /μyoki) VA× B

μyoki vakuumning o'tkazuvchanligi (μyoki = 4π .10-7 Tesla. metr / amper), muhit elektromagnit to'lqinning harakatlanishini osonlashtirishi bilan bog'liq doimiy.

Poynting vektori 1884 yilda ingliz astrofizigi Jon Genri Poynting tomonidan kiritilgan bo'lib, u elektr va magnit maydonlarining energiyasini o'rganishda kashshof bo'lgan.

Birlik maydoni uchun oniy quvvat
Endi, biz energiya skalyar ekanligini hisobga olishimiz kerak S bu vektor.

Quvvat - bu birlik vaqtiga etkaziladigan energiya, keyin esa moduli S ni bildiradi maydon birligi uchun oniy quvvat elektromagnit to'lqinning tarqalishi yo'nalishi bo'yicha (energiya uzatish tezligi).

Beri VA Y B bir-biriga perpendikulyar, ning moduli VAx B bu shunchaki EB va oniy kuch (skalar) quyidagicha:

S = (1 / myokiEB

S ning birliklari Vatt / m ekanligini tekshirish oson2 Xalqaro tizimda.

Hali ham ko'proq. Maydonlarning kattaligi VA Y B yorug'lik tezligi bilan bir-biriga bog'liqdir v. Aslida vakuumdagi elektromagnit to'lqinlar shu qadar tez tarqaladi. Ushbu munosabatlar:

E = cB

Ushbu munosabatni S ga almashtirib quyidagilarga erishamiz:

S = (1 / myoki.EC2

Poynting vektori vaqtga qarab sinusoidal tarzda o'zgarib turadi, shuning uchun avvalgi ifoda uning maksimal qiymatidir, chunki elektromagnit to'lqin etkazib beradigan energiya, xuddi maydonlar kabi tebranadi. Albatta, tebranish chastotasi juda katta, shuning uchun uni, masalan, ko'rinadigan yorug'likda aniqlash mumkin emas.

Ilovalar
Biz yuqorida aytib o'tganimizdek, elektromagnit energiyaga ega bo'lgan ko'plab narsalar orasida bu erda ko'plab qo'llanmalarda doimiy ravishda foydalaniladigan ikkita narsa keltirilgan:

Dipolli antenna

Antennalar hamma joyda kosmosni elektromagnit to'lqinlar bilan to'ldirmoqda. Masalan, elektr signallarini radio to'lqinlariga yoki mikroto'lqinli pechga aylantiradigan transmitterlar mavjud. Va teskari ishni bajaradigan qabul qiluvchilar bor: ular to'lqinlarni yig'ib, ularni elektr signallariga aylantiradi.

Keling, elektr dipolidan kosmosda tarqaladigan elektromagnit signalni qanday yaratishni ko'rib chiqamiz. Dipol kattaligi teng va qarama-qarshi belgilarga ega bo'lgan ikkita elektr zaryadidan iborat bo'lib, ular kichik masofa bilan ajralib turadi.

Quyidagi rasmda elektr maydoni ko'rsatilgan VA + yuk ko'tarilganda (chapdagi rasm). VA ko'rsatilgan nuqtada pastga ishora qiladi.
3 -rasmda dipol o'rnini o'zgartirdi va endi VA ishora qiladi. Keling, ushbu o'zgarishni ko'p marta va juda tez takrorlaymiz, masalan, chastota bilan F. Bu maydon yaratadi VA o'zgaruvchan vaqt magnit maydonni keltirib chiqaradi B, shuningdek, o'zgaruvchan va shakli sinusoidal (4-rasmga va quyidagi 1-misolga qarang).
Faradey qonuni magnit maydonni ta'minlaganligi sababli B Vaqt o'tishi bilan o'zgaruvchan, bu elektr maydonini keltirib chiqaradi, chunki dipolni tebranishi bilan allaqachon muhitda tarqalishga qodir bo'lgan elektromagnit maydon mavjud.

Men buni his qilyapman B navbat bilan ekranga yoki tashqariga ishora qiladi (har doim perpendikulyar VA).