<<< ВСЕ МАТЕРИАЛЫ

Виртуальный эксперимент. 10 класс. Поле движущегося заряда Вариант для дистантного обучения 10-8-charts.

Задание

Эта анимация (в формате swf) позволяет наглядно представить себе характер поведения силовых линий электрического поля при движении заряда тем или иным способом с учетом конечности скорости распространения электромагнитных волн. Вы можете установить себе Flash-проигрыватель и в нем проиграть все важные для понимания темы ситуации.

Если вы не хотите устанавливать к себе Flash-проигрыватель, то эти же ситуации показаны нами в коротком видеофрагменте (см. в окне справа).

1. Кликните кнопку "Reset" во Flash-проигрывателе или наблюдайте за нашими действиями, запустив видеофрагмент. Вместе с появлением заряда появляется и электростатическое поле, распространяющееся от него со скоростью света.
2. Двигаем мышкой заряд в поле анимации, не превышая скорость света. Ускоренное движение заряда по прямой или его движение по кривой приводит к деформации силовых линий поля, которая распространяется от заряда со скоростью ЭМ волны. Наряду с электростатическим полем в этом случае появляется и вихревое. Следует понимать, что вихревое электрическое поле порождает вихревое магнитное поле, а значит, появление ЭМ излучения в окружающее пространство. Сдвинув заряд с места, дадим ему остановиться, наблюдайте тормозное излучение, при этом энергия движения заряда превращается в энергию излучения.
3. Кликнем "Linear". Равномерное прямолинейное движение заряда приводит к смещению электростатического поля без его деформации и без образования ЭМ волн. Смещение распространяется в пространстве с конечной скоростью - скоростью света. Такое движение не требует затрат энергии, излучения не происходит.
4. Кликнем "Sinusoidal". Колебательное движение заряда приводит к деформации поля заряда, которая распространяется в окружающем пространстве со скоростью ЭМ волны. Вихревое электрическое поле порождает вихревое магнитное поле. Если заряд движется гармонически, то ЭМ волна будет синусоидальной.
5. При равномерном движении заряда по окружности (то есть с центростремительным ускорением) всегда излучается синусоидальная ЭМ волна. Н. Бор не прав! В атоме нет таких электронных орбит, при движении по которым ЭМ волна не излучалась бы. Немыслимо себе представить, чтобы движение заряда с ускорением не приводило бы к искривлению линий электростатического поля, а значит к излучению ЭМ волн. Другое дело, электрон, находясь в потенциальной яме положительного поля ядра с абсолютно упругими стенками, на некоторых расстояниях от ядра порождает стоячую волну, а в таком случае ее энергия возвращается к электрону и излучения в окружающее пространство не происходит.

Вывод: Энергия электростатического поля создается при появлении заряда, и в дальнейшем неизменна. Попытка сдвинуть заряд с места приводит к деформации поля, которая начинает распространяться в окружающем пространстве. Появление ЭМ волн есть результат конечности скорости света. Возмущение электрического поля приводит к появлению вихревого поля, что требует затрат энергии, которая излучается в пространство в виде ЭМ волны.

Примеры цели наблюдения

• Как плотность радиальных силовых линий зависит от скорости линейного движения заряда (сжатие силовых линий).
• Как анизотропия картины поля связана с колебательным или круговым движением.
• Как приложенная сила и движение связаны в релятивистской динамике (действие постоянной силы не приводит со временем к перемещению с бесконечной скоростью, а только со скоростью, не превышающей скорость света).
• Как ускорение создает поперечные поля (вихревые), а постоянная скорость создает радиальные поля (статические).
• При колебательном движении вызывается дипольное излучение, силовые линии эволюционируют от радиальных близлежащих к плоским волнам вдали.
• Как внезапное замедление заряда вызывает тормозное излучение.