Переменный магнитный диполь реально связан не с магнитными зарядами, а с электрическим током, когда ток образует вокруг себя магнитное поле с чётко выраженными признаками его полярности. Такими признаками обладает магнитное поле плоского витка с током, магнитный момент которого реально существует и определяется выражением
где n – единичная правовинтовая нормаль к плоскости витка, а S – его площадь. Уместно подчеркнуть, что магнитный момент микрочастицы трактуется двояко как по амперовской, так и по кулоновской моделям. При макроскопических размерах витка с током двойная трактовка его магнитного момента формально тоже возможна путём замены реального витка на модельный магнитный диполь с адекватным магнитным моментом
Читать дальше…
В отличие от макроскопических излучателей в виде переменных диполей или антенн, требующих своего технологического изготовления, квантовые источники существуют естественно и представляют собой излучающие микросистемы в виде молекул, атомов и атомных ядер. Хотя сами макро – и микроисточники отличны друг от друга в принципе, их излучения обладают целым рядом одинаковых свойств фундаментальной физической значимости. Это прежде всего то, что излучаемые поля в обоих случаях имеют одинаковую электромагнитную природу и распространяются с одинаковой скоростью, совпадающей со скоростью света, а также то, что излучаемые поля в обоих случаях обладают энергией и переносят ее в направлении своего распространения.
Они так же обладают массой, импульсом и другими физическими признаками своей материальности. Но столь же значимы и фундаментальные различия между источниками и их излучением. В отличие от макроисточника, способного к непрерывному излучению электромагнитного поля, микроисточник способен только к единичным практически мгновенным актам излучения отдельных квантов электромагнитного поля. Существенно то, что квант проявляет себя как автономная частица с сосредоточенной массой и импульсом
Вместе с тем квант ведет себя как электромагнитная волна, частотно – волновые свойства которой определяют энергию кванта
где h – постоянная Планка. Таким образом, кванты электромагнитного излучения обладают двойственными свойствами или иначе корпускулярно – волновым дуализмом.
Читать дальше…
Электрический диполь становится излучателем при периодическом изменении своего электрического момента p = ql, когда
Электрический момент p может осциллировать в двух случаях, когда l = const и осциллирует q и наоборот, когда q = const и осциллирует l. Как показывают расчеты, в обоих случаях результаты по мощности излучения получаются аналогичными
где постоянные A и K соответственно равны:
На рисунке схематично показан один из вариантов технической реализации переменного диполя с осциллирующим зарядом на неподвижных полюсах, формально представленных в виде металлических шаров.
Переменный электрический диполь
Как видно из рисунка, перезарядка полюсов связана с электрическим током между полюсами. Именно переменные заряды на полюсах и электрический ток между ними создают в синфазной зоне квазистационарное электромагнитное поле, как это показано на рисунке. Излучение свободного электромагнитного поля происходит вдали от диполя в волновой зоне (за пределами рисунка).
Читать дальше…
Электрический заряд при постоянной скорости движения является источником двух полей E и H. Но данное электромагнитное поле не отрывается от заряда и не излучается в окружающее пространство. Излучение возбуждается только при переменной скорости движения, когда заряд обладает некоторым ускорением α. Мощность излучения свободного электромагнитного поля определяется при этом квадратом ускорения
Только при гармонических колебаниях заряда происходит монохроматическое излучение поля на частоте осциллятора. При иных негармонических ускорениях заряда в излучаемом поле образуется частотный спектр.
Читать дальше…
Отрыв свободного электромагнитного поля происходит не от самого источника, а в волновой зоне на некотором расстоянии r v от него. Тогда как в близи источника в зоне r 0 при r0 << rv действует переменное квазистационарное электромагнитное поле, которое связи с источником не теряет и к излучению не способно. В промежуточной зоне
происходят сложные процессы преобразования неспособного к излучению квазистационарного поля к полю нестационарному, способному к излучению. По достижении волновой зоны излучение свободного электромагнитного поля возникает потому, что в соответствии с уравнениями Максвелла
периодически изменяющиеся поля Ε и H в этой зоне становятся способными порождать друг друга и распространяться по пространству без участия источника. Эти два уравнения Максвелла после своих преобразований приводятся к волновым уравнениям для полей E и H, а из них следует, что излучаемое свободное электромагнитное поле обладает волновыми свойствами. Удаляясь от источника, оно распространяется по пространству самостоятельно со скоростью
которая во всех веществах со свойствами ε ≈ 1 и μ ≈ 1 практически совпадает со скоростью света в вакууме (u ≈ c ). Это в основном идеальные диэлектрики и близкие к ним несовершенные диэлектрики.
Читать дальше…
Свободное электромагнитное поле, отрываясь от источника, уходит в окружающее пространство и потоком уносит с собой энергию. Произведение плотности энергии поля w на скорость его распространения u выражает плотность потока энергии P, а интеграл от плотности потока по замкнутой поверхности S вокруг источника определяет весь поток излучаемой энергии Ф соответственно
где П и Ф измеряется соответственно в Вт/м2 и в Вт.
Не всякий источник переменного электрического или магнитного поля способен образовать эффективно действующую волновую зону, в которой возникает и отрывается с выходом наружу свободное электромагнитное поле. К наиболее эффективно действующим излучателям такого поля относятся антенны. Основное их назначение – задать электромагнитному полю необходимую частоту колебаний и обеспечить на этой частоте максимально возможную мощность излучения (как правило, в избранном направлении). К самым простым излучателям относятся:
Квантованное электромагнитное поле состоит из множества квантов электромагнитного излучения. В квантовой физике квантованное электромагнитное поле рассматривается как релятивистский квантовый Бозе – газ. Методами квантовой механики устанавливается формальная взаимосвязь между квантованным и классическим электромагнитным полем для теоретического перехода от одной концепции поля к другой.
Переменное электромагнитное поле становится свободным в результате своего излучения, т.е. отрыва от источника, без связи с которым оно может существовать и распространяться самостоятельно. Такое поле существует только в движении и только со скоростью света, обладает энергией и переносит ее по пространству с этой же скоростью. Оно может излучаться источником отдельным импульсом или непрерывно. Свободное электромагнитное поле не может быть ни стационарным, ни квазистационарным, оно только нестационарное, обычно периодическое с простым или сложным спектральным составом по частоте.