Задачи: Найти и прочитать материал по моей теме. Разобрать данный материал (стр. 1 из 2)
ГОЦУ гимназия №1505 «Московская городская педагогическая гимназия-лаборатория»
Дипломная работа
«исследование процессов прохождения электромагнитных волн через различные среды»
выполнил:
ученик 10 «Б» класса
Ермолаев Иван
руководитель:
Дмитриев Г.В.
Москва 2010
Содержание:
1. Введение.
2. Основные понятия и история изучения об электродинамике и электромагнитных излучениях.
3. Описание установки, созданной для исследований.
4. Описание исследований по прохождению электромагнитных волн через различные среды.
5. Анализ результатов исследований.
6. Вывод.
Введение.
Тема моей дипломной работы – исследование процессов прохождения электромагнитных волн сквозь различные среды. Я выбрал эту тему, так как она одна из самых актуальных тем в наше время. Электромагнитные волны – часть нашего окружающего мира и мы постоянно встречаемся с ними, так как электромагнитное излучение хорошо распространяется в пространстве, например земля по которой мы ходим, тоже излучает электромагнитные волны. К электромагнитному излучению относятся радиоволны (начиная со сверхдлинных), инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и жесткое (гамма-)излучение. Поэтому человек научился сам создавать и использовать их. Следовательно, интерес к этой части был и есть до сих пор.
Цель моей дипломной работы заключается в том, чтобы создать научно – популярное пособие по исследованию процессов прохождения электромагнитных волн сквозь различные среды и также провести ряд исследований по этой теме. При написании данной работы я поставил несколько задач.
Задачи:
1. Найти и прочитать материал по моей теме.
2. Разобрать данный материал.
3. Изучить теорию электромагнитных волн Максвелла.
4. Подобрать материалы и инструменты для создания установки.
5. Провести исследования по прохождению электромагнитных волн через различные среды.
6. Проанализировать полученные результаты исследований.
7. Написать теоретическую и практическую части и результаты в четырех главах диплома.
Результатом дипломной работы будет являться написанное пособие по электромагнитным волнам и собранная установка для исследований их через различные среды. Поэтому мой диплом будет включать следующие параграфы:
7. Введение.
8. Основные понятия и история изучения об электродинамике и электромагнитных излучениях.
9. Описание установки, созданной для исследований.
10. Описание исследований по прохождению электромагнитных волн через различные среды.
11. Анализ результатов исследований.
12. Вывод.
При написании дипломной работы буду пользоваться следующей литературой:
1. Физика: Учеб. для 10кл. общеобразоват. учереждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский. – 14-е изд. – М.: Просвещение, ОАО «Моск. Учеб.», 2005. – 366 с.
2. Физика. 11кл.: Учебн. для общеобразоват. учереждений / Касьянов В.А. – 3-е изд., дораб. – М.: Дрофа, 2003. – 416 с.: ил., 8л. цв. вкл.
3. Тамми И.Е. Основы теории электричества: Учеб. пособие для вузов – 11-е изд., испр. и доп. – М.:ФИЗМАЛИТ, 2003. – 616с.
Основные понятия и история изучения об электродинамике и электромагнитных излучениях.
Дадим определение электродинамике.
«Электродинамика — раздел физики, изучающий электромагнитное поле в наиболее общем случае (то есть, рассматриваются переменные поля, зависящие от времени) и его взаимодействие с телами, имеющими электрический заряд (электромагнитное взаимодействие). Предмет электродинамики включает связь электрических и магнитных явлений, электромагнитное излучение (в разных условиях, как свободное, так и в разнообразных случаях взаимодействии с веществом), электрический ток (вообще говоря, переменный) и его взаимодействие с электромагнитным полем (электрический ток может быть рассмотрен при этом как совокупность движущихся заряженных частиц). Любое электрическое и магнитное взаимодействие между заряженными телами рассматривается в современной физике как осуществляющееся через посредство электромагнитного поля, и, следовательно, также является предметом электродинамики.» [1]
Но мне больше всего понадобится часть электродинамики –изучения об электромагнитном излучении(электромагнитных волнах). А теперь дадим определение и этому термину.
«Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля (то есть, взаимодействующих друг с другом электрического и магнитного полей). Среди электромагнитных полей вообще, порожденных электрическими зарядами и их движением, принято относить собственно к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием. К электромагнитному излучению относятся радиоволны (начиная со сверхдлинных), инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и жесткое (гамма-)излучение.» [2]
Существование электромагнитных волн было предсказано М. Фарадеем в 1832. Джеймс Максвелл в 1865 теоретически показал, что электромагнитные колебания распространяются в вакууме со скоростью света. В 1888 максвелловская теория электромагнитных волн получила подтверждение в опытах Генриха Герца, что сыграло решающую роль для её утверждения.
Табл.1
Теория Максвелла позволила установить, что радиоволны, свет, рентгеновское излучение и гамма-излучение представляют собой электромагнитные волны с различной длиной волны (табл1.), причём между соседними диапазонами шкалы Электромагнитных волн нет резких границ (рис1).
Рис. 1
Особенности электромагнитных волн, законы их возбуждения и распространения описываются Максвелла уравнениями. Если в какой-то области пространства существуют электрические заряды е и токи I, то изменение их со временем t приводит к излучению электромагнитных волн. На характер распространения электромагнитных волн существенно влияет среда, в которой они распространяются. Электромагнитных волн могут испытывать преломление, в реальных средах имеет место дисперсия волн, вблизи неоднородностей наблюдаются дифракция[3] волн, интерференция[4] волн, полное внутреннее отражение[5] и другие явления, свойственные волнам любой природы. Пространственное распределение электромагнитных полей, временные зависимости E(t) и H(t), определяющие тип волн (плоские, сферические и другие), вид поляризации и другие особенности электромагнитных волн, задаются, с одной стороны, характером источника излучения, с другой - свойствами среды, в которой они распространяются. В случае однородной и изотропной среды вдали от зарядов и токов, создающих электромагнитное поле, уравнения Максвелла приводят к волновым уравнениям:
описывающим, в частности, распространение плоских монохроматических электромагнитных волн:
Здесь e-диэлектрическая, m-магнитная проницаемости среды, Е0 и H0- амплитуды колебаний электрического и магнитного полей, w = 2pv - круговая частота этих колебаний, j - произвольный сдвиг фазы, k - волновой вектор, r - радиус-вектор точки,
-оператор Лапласа, E | H | k, Н0 = 
Если среда неоднородна или содержит поверхности, на которых изменяются её электрические либо магнитные свойства, или если в пространстве имеются проводники, то тип возбуждаемых и распространяющихся электромагнитных волн может существенно отличаться от плоской линейно поляризованной волны. Электромагнитные волны могут распространяться вдоль направляющих поверхностей (поверхностные волны), в передающих линиях, в полостях, образованных хорошо проводящими стенками.
Характер изменения во времени Е и Н определяется законами изменения тока I(t) и зарядов e(t), возбуждающих электромагнитные волны. Однако форма волны в общем случае не следует I(t ) или e(t). Она в точности повторяет форму тока только в случае линейной среды, если I=I0 sin wt. Так как волны любой формы можно представить в виде суммы гармонических составляющих, то для линейных сред, для которых справедлив принцип суперпозиции, все задачи излучения, распространения и поглощения электромагнитных волн произвольной формы сводятся к решению задач для гармонических электромагнитных волн.
В изотропном пространстве скорость распространения гармонических электромагнитных волн, тое есть фазовая скорость u= c/
. При наличии дисперсии скорость переноса энергии (групповая скорость) может отличаться от u. Плотность потока энергии, переносимой электромагнитной волны, определяется Пойнтинга вектором S=(c/4p)[EH]. Так как в изотропной среде векторы Е, Н и k образуют правовинтовую систему, то S совпадает с направлением распространения электромагнитных волн. В анизотропной среде (вблизи проводящих поверхностей) S может не совпадать с направлением распространения электромагнитных волн.Простейшим излучателем электромагнитных волн является электрический диполь- отрезок проводника длиной l<l, по которому протекает ток i=i0 sin wt. На расстоянии от диполя r>l образуется волновая зона (зона излучения), где распространяются сферические волны.