Распространение электромагнитного поля

Любое движение заряженных тел сопровождается созданием ЭМП. В качестве примера на рис. 7.13 изображено тело с зарядом q, которое двигается в выбранной системе координат со скоростью 9 «с.

Возникновение токов смещения при движении заряженного тела

Рис. 7.13. Возникновение токов смещения при движении заряженного тела

За время At тело переходит из положения 1 в положение 2. В произвольной точке пространства Л вектор смещения будет иметь значения О,, О,. Изменение вектора смещения АО = О, - О,, за время At - AD / At приводит к появлению тока смещения плотностью jcu = АО/At, который, в свою очередь, создает меняющееся МП. Сформированное ЭМП накладывается на неподвижное ЭП, энергия которого превалирует. Аналогичный эффект наблюдается при перемещении в пространстве проводника с током и связанным с ним МП.

Для создания ЭМП используют антенну — систему контуров, по которым пропускают ток высокой частоты.

В пространстве вокруг антенны одновременно создаются ЭП и МП, рис. 7.14. При этом величины напряженностей полей зависят от величины и скорости изменения тока антенны, а величина напряженности ЭП, помимо этого, зависит и от величины электрических зарядов (ЭЗ) антенны.

Энергия ЭМП колеблется между генератором и пространством вокруг антенны, и лишь малая доля этой энергии излучается в виде ЭМВ. На рис. 7.15 изображена простейшая антенна, состоящая из двух проводящих стержней, расположенных вертикально по отношению к поверхности земли и подключенных к высокочастотному генератору (дипольный вибратор).

Картина поля, представленная на рис. 7.15, соответствует моменту времени, когда на верхнем стержне находятся отрицательные ЭЗ, а на нижнем — положительные ЭЗ. Одна из линий напряженности ЭП лежит в плоскости листа и направлена вверх. Линии напряженностей МП охватывают стержни антенны и расположены в плоскостях, перпендикулярных плоскости листа. Поскольку ток I направлен вниз, то справа от стержней линии Н «смотрят» на нас, а слева — от нас (на рис. не изображены). В последующие моменты времени электродвижущая сила (ЭДС), ток и линии напряженности ЭП и МП изменяют направление на противоположное. Существовавшие до этого ЭП и МП не исчезают, а продолжают распространяться в пространстве во все стороны, удаляясь от вибратора. Их силовые линии «замыкаются». Электрическая энергия, вырабатываемая генератором, преобразуется в энергию ЭМП.

ЭМП, создаваемые дипольным вибратором

Рис. 7.14. ЭМП, создаваемые дипольным вибратором

Последовательные картины ЭП и МП

Рис. 7.15. Последовательные картины ЭП и МП

В зависимости от размера излучающей системы и длины волны пространство вокруг антенны разбивают на три зоны: ближнюю зону (зона индукции), промежуточную зону (зона интерференции) и дальнюю зону (волновая зона). В каждой из зон ЭМП характеризуется своим соотношением напряженностей ЭП и МП. Переход между зонами плавный.

Ближняя зона простирается от антенны на расстояние г «X. Для воздуха X = с / v. Граница зоны определяется соотношением

где L — максимальный размер излучающей системы.

Приближенно принято считать, что граница ближней зоны удалена от элементарных источников ЭМП на X/ 2п или «1/6 длины волны X. В этой зоне электромагнитная волна (ЭМВ) не сформировалась. Параметры ЭМП оцениваются значениями напряженностей ЭП и МП, которые сдвинуты по фазе на 0,5 л. В случае, если источник колебаний — вибратор, то Е > Н, а Z = Е / Н » Z„. Плотность энергии ЭП во много раз превышает плотность энергии МП. Теоретически, по мере удаления от антенны, действующие значения напряженности ЭП убывают быстрее, чем действующие напряженности МП - Е ~/r Н « 1 /г2. Плотность потока энергии (ППЭ) уменьшается чрезвычайно быстро, а поток энергии (П) уменьшается пропорционально 1 /г5. Среднее значение величины вектора П за период равно нулю.

При промышленной частоте /= 50 Гц длина волны X = 6000 км и в любом удалении от источника расположена ближняя зона, а параметры ЭМП оцениваются напряженностями ЭП и МП.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >