«Электромагнитные колебания»

взаимосвязанные колебания электрического (Е) и магнитного (Н) полей, составляющих единое Электромагнитное поле. Распространение Э. к. происходит в виде электромагнитных волн (См. Электромагнитные волны), скорость которых в вакууме равна скорости света с,а длина волны λ связана с периодом Ти частотой ω соотношением: λ= cT = 2πс/ω. По своей природе Э. к. представляют собой совокупность фотонов, и только при большом числе фотонов их можно рассматривать как непрерывный процесс.

Различают вынужденные Э. к., поддерживаемые внешними источниками, и собственные Э. к., существующие и без них. В неограниченном пространстве или в системах с потерями энергии (диссипативных) возможны собственные Э. к. с непрерывным спектром частот. Пространственно ограниченные консервативные (без потерь энергии) системы имеют дискретный спектр собственных частот, причём каждой частоте соответствует одно или несколько независимых колебаний (мод (См. Мода)). Например, между двумя отражающими плоскостями, отстоящими друг от друга на расстояние λ, возможны только синусоидальные Э. к. с частотами ω_n = пπс/l, где п — целое число. Собственно моды имеют вид синусоидальных стоячих волн (См. Стоячие волны), в которых колебания векторов Е и Нсдвинуты во времени на T/4, а пространственные распределения их амплитуд смещены на λ/4, так что максимумы (пучности) Е совпадают с нулями (узлами) Н и наоборот. В таких Э. к. энергия в среднем не переносится в пространстве, но внутри каждого четвертьволнового участка между узлами полей происходит независимая периодическая перекачка электрической энергии в магнитную и обратно.

Представление Э. к. в виде суперпозиции мод с дискретным или непрерывным спектром допустимо для любой сложной системы проводников и диэлектриков (см. Радиоволновод, Объёмный резонатор, Открытый резонатор), если поля, токи, заряды в них связаны между собой линейными соотношениями. В квазистационарных системах, размеры которых значительно меньше длины волны, области, где преобладают электрические или магнитные поля, могут быть пространственно разделены и сосредоточены в отдельных элементах: Е — в ёмкостях С, Н — в индуктивностях L. Типичный пример такой системы с сосредоточенными параметрами — Колебательный контур, где происходят колебания зарядов на обкладках конденсаторов и токов в катушках самоиндукции. Э. к. в системах с распределёнными параметрами L и С, имеющие дискретный спектр собственных частот, могут быть представлены как Э. к. в связанных колебательных контурах (электромагнитных осцилляторах), число которых равно числу мод.

В средах Э. к. взаимодействуют со свободными и связанными заряженными частицами (электронами, ионами), создавая индуцированные токи. Токи проводимости обусловливают потери энергии и затухание Э. к.; токи, обусловленные поляризацией и намагниченностью среды, определяют значения её диэлектрической проницаемости (См. Диэлектрическая проницаемость) и магнитной проницаемости (См. Магнитная проницаемость), а также скорость распространения в ней электромагнитных волн и спектр собственных частот Э. к. Если индуцированные токи зависят от Еи Н нелинейно, то период, форма и другие характеристики Э. к. зависят от их амплитуд (см. Нелинейные колебания);при этом принцип суперпозиции недействителен, и может происходить перекачка энергии Э. к. от одних частот к другим. На этом основаны принципы работы большинства генераторов, усилителей и преобразователей частоты Э. к. (см. Генерирование электрических колебаний, Автоколебания). Возбуждение Э. к. в устройствах с сосредоточенными параметрами, как правило, осуществляется путем прямого подключения к ним генераторов, в высокочастотных устройствах с распределёнными параметрами — путём возбуждения Э. к. при помощи различных элементов связи (вибраторов, петель связи, рамок, отверстий и др.), в оптических устройствах — с применением линз, призм, отражающих полупрозрачных зеркал и т. д.

Лит.: Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; Андронов А. А, Витт А. А., Хайкин С. Э., Теория колебаний, 2 изд., М., 1959; Парселл Э., Электричество и магнетизм, пер. с англ., 2 изд., М., 1975 (Берклеевский курс физики, т. 2); Крауфорд Ф., Волны, пер. с англ., 2 изд., М., 1976 (Берклеевский курс физики, т. 3).

М. А. Миллер, Л. А. Островский.

electromagnetic oscillations

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

взаимосвязанные колебания электрич. (E) и магн. (Н) полей, составляющих единое электромагнитное поле. Распространение Э. к. происходит в виде электромагнитных волн. Э. к. представляют собой совокупность фотонов, и только при очень большом числе фотонов их можно рассматривать как непрерывный процесс.

Различают вынужденные Э. к., поддерживаемые внеш. источниками, и собственные колебания, существующие и без них. В неограниченном пр-ве или в системах с потерями энергии (диссипативных) возможны собств. Э. к. с непрерывным спектром частот. Пространственно огранич. консервативные (без потерь энергии) системы имеют дискретный спектр собств частот, причём каждой частоте соответствует один или неск. независимых типов колебаний (мод). Напр., между двумя отражающими плоскостями в вакууме, отстоящими друг от друга на расстояние l, возможны только синусоидальные Э. к. с круговыми частотами wnпpс/l, где n — целое число. Собств. колебания имеют вид синусоидальных стоячих волн, в к-рых колебания векторов Е и Н сдвинуты во времени на T/4, а пространств. распределения их амплитуд смещены на l/4, так что максимумы (пучности) Е совпадают с нулями (узлами) Н, и наоборот. В таких Э. к. энергия в среднем не переносится в пр-ве, но внутри каждого четвертьволнового участка между узлами полей происходит независимая периодич. перекачка электрич. энергии в магнитную и обратно.

Представление Э. к. в виде суперпозиции мод с дискретным или непрерывным спектром допустимо для любой сложной системы проводников и диэлектриков, если поля, токи, заряды в них связаны между собой линейными соотношениями. В квазистационарных системах, размеры к-рых <-l области, где преобладают электрич. или магн. поля, могут быть пространственно разделены и сосредоточены в отд. элементах: Е — в ёмкостях С, Н — в индуктивностях L. Типичный пример системы с сосредоточенными параметрами - - колебательный контур, где происходят колебания зарядов на обкладках конденсаторов и токов в катушках самоиндукции. Э. к. в ограниченных консервативных системах с распределёнными параметрами С и L имеют дискретный спектр собств. частот.

В средах эл.-магн. поле взаимодействует с заряж. ч-цами (эл-нами, ионами), создавая индуциров. токи. Токи проводимости обусловливают потери энергии и затухание Э. к.; токи, связанные с поляризацией и намагниченностью среды, определяют значения её диэлектрич. и магн. проницаемостей, а также скорость распространения в ней эл.-магн. волн и спектр собств. частот Э. к. Если индуциров. токи зависят от E и Н нелинейно, то период, форма и др. хар-ки Э. к. зависят от их амплитуд (см. НЕЛИНЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ); при этом принцип суперпозиции недействителен и может происходить перекачка энергии Э. к. от одних частот к другим (см. НЕЛИНЕЙНАЯ ОПТИКА). На этом основаны принципы работы большинства генераторов, усилителей и преобразователей частоты Э. к.

Возбуждение Э. к. в устройствах с сосредоточенными параметрами, как правило, осуществляется путём прямого подключения к ним генераторов, в ВЧ устройствах с распределёнными параметрами — при помощи элементов связи (вибраторов, петель связи, рамок, отверстий и др.), а в оптич. устройствах — применением линз, призм, отражающих полупрозрачных зеркал и т. д.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

- взаимосвязанные колебания электрич. (E) и магн. ( Н )полей, составляющих единое эл.-магн. поле. Распространение Э. к. происходит в виде эл.-магн. волн. Э. к. представляют собой дискретную совокупность фотонов, и только при очень большом числе фотонов их можно рассматривать как непрерывный процесс.

Различают вынужденные Э. к., поддерживаемые внеш. источниками, и собственные колебания, существующие и без них. В неогранич. пространстве, а также в ограниченных системах с потерями энергии (диссипативных) возможны собств. Э. к. с непрерывным спектром частот. Пространственно ограниченные консервативные (без потерь энергии) системы имеют дискретный спектр собств. частот, причём каждой частоте соответствует один или неск. независимых типов колебаний (мод). Напр., между двумя отражающими плоскостями в вакууме, отстоящими друг от друга на расстояние l, возможны только синусоидальные Э. к. с круговыми частотами w_n = np с/l, где п - целое число. Собств. колебания имеют вид синусоидальных стоячих волн, в к-рых колебания векторов Е и Н сдвинуты во времени на Т/4 ( Т=2p/w- период колебаний), а пространственные распределения их амплитуд смещены на l/4 (l = cT- длина волны), так что максимумы (пучности) Е совпадают с нулями (узлами) Н, и наоборот. В таких Э. к. энергия в среднем не переносится в пространстве, но внутри каждого четвертьволнового участка между узлами полей происходит независимая от др. участков периодич. перекачка электрич. энергии в магнитную и обратно.

Представление Э. к. в виде суперпозиции мод с дискретным или непрерывным спектром допустимо для любой сложной системы проводников и диэлектриков, если поля, токи, заряды в них связаны между собой линейными соотношениями. В квазистационарных системах, размеры к-рых <<l, области, где преобладают электрич. или магн. поля, могут быть пространственно разделены и сосредоточены в отд. элементах: Е- в ёмкостях С, Н- в индуктив-ностях L. Типичный пример системы с сосредоточенными параметрами - колебат. контур, где происходят колебания зарядов на обкладках конденсаторов и токов в катушках самоиндукции. Э. к. в огранич. консервативных системах с распределёнными параметрами С и L имеют дискретный спектр собств. частот.

В средах эл.-магн. поле взаимодействует с заряж. частицами (электронами, ионами), создавая индуцир. токи. Токи проводимости обусловливают потери энергии и затухание Э. к.; токи, связанные с поляризацией и намагниченностью среды, определяют значения её диэлектрич. и магн. прони-цаемостей, а также скорость распространения в ней эл.-магн. волн и спектр собств. частот Э. к. Если индуцир. токи зависят от Е и Н нелинейно, то период, форма и др. характеристики Э. к. зависят от их амплитуд; при этом принцип суперпозиции недействителен и может происходить перекачка энергии Э. к. от одних частот к другим (см. Нелинейная оптика). На этом основаны принципы работы большинства генераторов, усилителей и преобразователей частоты Э. к.

Возбуждение Э. к. в устройствах с сосредоточенными параметрами, как правило, осуществляется путём прямого подключения к ним генераторов, в ВЧ-устройствах с распределёнными параметрами - при помощи элементов связи (вибраторов, петель связи, рамок, отверстий и др.), а в оптич, устройствах-применением линз, призм, отражающих полупрозрачных зеркал и т. д.

Лит.: Горелик Г. С., Колебания и волны, 2 изд., М., 1959; Парселл Э., Электричество и магнетизм, пер. с англ., 3 изд., М., 1983; Крауфорд Ф., Волны, пер. с англ., 3 изд., М., 1984.

М. А. Миллер, Л. А. Островский.