научная статья по теме ПРОДОЛЬНЫЕ И ПОПЕРЕЧНЫЕ ВОЛНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ Электроника. Радиотехника
Текст научной статьи на тему «ПРОДОЛЬНЫЕ И ПОПЕРЕЧНЫЕ ВОЛНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ»
РАДИОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА, 2011, том 56, № 11, с. 1343-1347
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
ПРОДОЛЬНЫЕ И ПОПЕРЕЧНЫЕ ВОЛНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
© 2011 г. А. В. Самсонов
Поступила в редакцию 10.09.2009 г.
Показаны значение и особенности продольных и поперечных волн электрических полей в различных электрических процессах и их применение в технических приложениях. Теоретически обоснована взаимосвязь продольных и поперечных волн электрических полей друг с другом и с их источниками.
Продольные и поперечные волны электрического поля определяются направлением поля по отношению направления ее распространения. Источником продольной волны электрического поля является накопление заряда в объеме всего тела или его части. Электрическое поле такой волны суммируется из радиальных полей волн от каждого точечного объема с однородным распределением заряда. Источником поперечной волны электрического поля является изменение во времени тока, протекающего в теле. Электрическое поле этой волны суммируется из полей, поперечных радиальным для каждого точечного объема с однородным распределением тока. В результате продольные волны электрического поля каждого точечного объема не содержат члена с зависимостью от углов, который убывает, как 1/г2, а поперечные волны электрического поля каждого точечного источника содержат такую зависимость, и величина их электрического поля убывает как 1/г, где г — расстояние от точечного объема.
Условием точечного объема или другими словами условием замены малого физического объема точечным является требование, чтобы скорость изменения во времени его заряда или тока была намного меньше скорости света. Под скоростью изменения заряда или тока в малом физическом объеме в классической электродинамике принимается скорость коллективного движения заряженных "элементарных частиц" (электронов и ионов), или ее изменение. Правомерность применения понятия коллективного движения ограничивает размеры малого физического объема в теле по минимуму. Этот минимум определяется атомной структурой тела.
Техническое применение продольных и поперечных волн электрического поля связано с источниками тока, соединенных с электрической цепью; с передачей электрической энергии по проводам; с возбуждением проводников антенн. Стороннему полю в источнике тока, не подсоединенному к электрической цепи, противодействует электрическое поле зарядов, накопленных на его полюсах. При подсоединении источника тока к электрической цепи избыток зарядов на полюсах источника
отрицательного или положительного знака своим электрическим полем создает этот избыток на следующем участке проводника электрической цепи и так далее. Так распространяется продольная волна электрического поля по проводнику. Вдоль проводника устанавливается движение зарядов или ток, соответствующий току источника при уменьшении зарядов на его полюсах. Действие электрического поля каждого избытка распространяется на очень малое расстояние от его положения, но этого достаточно для тока, создающего последующий избыток. Отсутствие радиального рассеяния электрического поля позволяет передавать его энергию на большие расстояния по проводнику.
При большой скорости изменения во времени поля продольной волны и соответственно скорости изменения во времени тока в проводнике вокруг проводника возбуждается поперечная волна электрического поля. Особенность поперечной волны электрического поля состоит в том, что каждому изменению во времени поперечного направлению распространения волны электрического поля соответствует поперечное магнитное поле, а каждому изменению во времени поперечного магнитного поля соответствует поперечное электрическое поле. Таким образом, обеспечивается высокая направленность распространения поперечной волны электрического поля, которую можно назвать электромагнитной. Обратное преобразование поперечной волны электрического поля в продольную волну осуществляется антеннами в режиме приема.
Для нахождения взаимосвязи продольных и поперечных волн электрического поля друг с другом и с их источниками необходимо найти решения уравнений Максвелла, как для сторонних токов, так и для сторонних зарядов. Уравнения Максвелла для
электрического Е и магнитного Н полей в точке Р среды, создаваемые точечным источником со сторонним током ], расположенным в точке О, отстоящей от точки Р на расстояние г > d, где d—предель-