Особливо важливим і відповідальним етапом у формуванні поняття матеріальності електромагнітного поля є розгляд питань, пов’язаних з випромінюванням електромагнітного поля (електромагнітних хвиль).
Доцільно виклад цього питання розпочати із з’ясування механізму передачі електромагнітних взаємодій. Якщо один із зарядів почне рухаться (наприклад, починає коливатися), то це зумовлює збурення електричного поля поблизу нього. Це змінне електричнеполе спричинює магнітне, яке в свою чергу зумовлює появу “вихора” електричного поля і т. д. Другий заряд відчуває на собі зміну стану першого, коли це електромагнітне збудженняйого досягне. Цю сукупність взаємопов’язаних змінних електричних і магнітних полів, що поширюються в просторі, називають електромагнітною хвилею.
Таким чином, з погляду теорії електромагнітниого поля, запропонованої Мксвеллом, взаємодія електричних зарядів здійснюється за допомогою випромінюваних ними хвиль.
Слід звернути увагу, що при рівномірному і прямолінійному русі заряду електромагнітні хвилі не виникають (завжди можна обрати інерціальну систему відліку, відносно якої заряд перебуває у спокої). Обов’язковою умовою випромінювання електромагнітних хвиль є прискорений рух зарядів. Це означає, що не лише коливання зарядів, а й будь- яка швидка зміна їхньої швидкості приводить до випромінювання електромагнітних хвиль. Причому, на відміну від статичної взаємодії, яка описується законом Кулона, сили взаємодії, здійснювані задопомогою електромагнітного поля залежать не лише від відстані між зарядами, а й від їхньої швидкості і прискорення.
Важливо зазначити, що ці наслідки з теорії електромагнітного поля Максвелла відіграли величезну роль у подальшому поглибленні розуміння електромагнітного поля як виду матерії. Зокрема, теорія передбачала існування зовсім нового фізичного об’єкта - електромагнітних хвиль. Скінченна, хоч і дуже велика, швидкість поширення цих хвиль робила можливою експериментальну перевірку їх існування і незабаром електромагнітні хвилі були відкриті Г.Герцом .
Учні повинні добре усвідомити, що електромагнітні хвилі (поле) випромінюються зарядами, але після випромінювання можуть існувати самостійно як незалежний вид матерії, причому, на відміну механічних хвиль , для їх поширення не потрібне ніяке середовище. Часто говорять, що електромагнітні хвилі – це електромагнітні поля у вакуумі, які існують при відсутності зарядів.
Слід наголосити на тому, що разом з електромагнітним полем переміщаються властиві йому, як і будь-якому іншому виду матерії, енергія і маса. Досить часто можна зустріти невдалі вирази (“вібратор чи коливальний контур випромінює енергію”, “передавання енергії” тощо),які можуть призвести до помилкових уявлень про електромагнітну енергію як про щось таке, що самостійно існує, що може випромінюватися у вигляді хвиль, відбиватися, передаватися по проводах. Треба пояснити, що енергія є характеристикою стану тієї чи іншої системи і не існує відірвано від матерії, а тому слід говорити про перенесення енргії електромагнітним полем (електромагнітними хвилями).
Просторовий графік електромагнітної хвилі можна зобразити так:
мал. 2
Електрична і магнітна складові хвилі, коливаючись синфазно, взаємоперетворюються, забезпечуючи цим самим існування самого електромагнітного поля.
Звертають увагу
учнів на одну властивість електромагнітних хвиль, завдяки якій стало можливим
свореня радіозв’язку й телебачення: із збільшенням відстані від джерела
випромінювання значення векторів 
і
в електромагнітній хвилі зменшується
дуже повільно, а саме – обернено пропорційно відстані у першій степені, тобто 
~
і 
~. Внаслідок цієї властивості
електромагнітних хвиль їхня енергія може передаватися на великі відстані. Слід
нагадати, що кулонівські сили зменшуються значно швидше (~
) і тому на великих відстанях зовсім не
відчуваються.
Аналізуючи явища електромагнітної індукції, доцільно розглянути поле магніту в різних системах відліку і підвести учнів до висновку, що лише в тій системі, в якій магніт нерухомий, поле проявляє себе як магнітне; в будь-якій іншій системі навколо нього існує і елктричне, і мегнітне поля. Таким чином, магніт, як і заряд, завжди отчений електромагнітним полем, яке по-різному проявляє себе в різниз системах відліку.
Під час вивчення
явища елктромагнітної індукції важливо розглянути, чи виникає ЕРС індукції в
інерціальній системі відліку, зв’язаній з провідником. У такій системі відліку
провідник нерухомий, а магнітне поле рухається відносно нього з швидкістю -
. Згідно із законом Фарадея
.
ЕРС виникає незалежно від того, що рухається – провідник чи магнітне поле. Важливою є лише наявність відносного руху. Отже, ЕРС індукції виникає і в системі відліку “провідник”. Однак закон Фарадеє не пояснює причини появи ЕРС, і якщо в системі відліку пов’язаній з лабораторією, відносно якої рухається провідник, такою причиною є сила Лоренца, то постає питання: що є причиною в системі відліку, зв’язаній з провідником?
Оскільки на нерухомі заряди магнітне поле не діє, то спостерігач, виявивши появу струму в провіднику, буде змушений сказати, що виникнення струму зумовлене електричним полем. Жодної іншої причини він назвати не зможе, оскільки змусити рухатися заряди нерухомого порвідника може лише електричне поле. Коли б замість повідника взяли діелектрик, то дане елктричне поле поляризувало б його.
Переміщаючи заряд qна відстань l, це поле виконує роботу
Оскільки існнуюче в системі відліку “провідник” електричне поле не є електростатичним (воно не створене якимись нерухомими зарядами), то сила, яка діє з його боку на заряди провідника, є сторонньою силою (тобто силою неелектричного походження). Тоді, за означенням ЕРС, дістанемо
.
При виведенні цієї формули припускалося, що електричний струм виникає і в системі відліку, зв’язаній з провідником. Дослідний закон Фардея це припущення підтверджує. Однак таке підтвердженя можна дістаті і на основі одного з найбільш фундаментальних принципів сучасної фізики, який встановлює рівноравність всіх інерціальних систем відліку, - принцип відносності: у природі не існує явищ, за допомогою яких можна було б відрізнити одну інерціальну систему відліку від іншої, тобто всі процеси в природі відбуваються однаково в будь-якій інерціальній системі відліку. Порівнючи два вирази для ЕРС
і 
,
встановлюють зв’язок між напруженістю електричного поля в рухомій системі відліку і ііндукцією магнітного поля в лабораторній системі відліку:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.