ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 36.4: Электромагнитное поле. Электромагнитная волна

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо вспомнить фундаментальный принцип электродинамики: источник электромагнитного поля — это электрический заряд. Однако не всякое движение заряда приводит к излучению волн. Нужно проанализировать два основных случая движения частицы: равномерное прямолинейное и равноускоренное (или с изменением направления скорости).

Вычисление и обоснование:

1. Если частица движется равномерно и прямолинейно , её скорость постоянна по модулю и направлению (v=const). В этом случае вокруг частицы существует только статическое электрическое поле и магнитное поле, связанные с движением заряда, но они не отрываются от частицы и не распространяются в пространстве как волны. Энергия поля остается локализованной около частицы.

2. Если частица движется с ускорением (a≠0), то есть изменяет свою скорость по модулю или направлению, ситуация меняется. Изменение положения заряда во времени создает возмущение электромагнитного поля. Это возмущение не может мгновенно передать информацию о новом положении заряда на большие расстояния (из-за конечности скорости света c). Поэтому часть энергии поля «отрывается» от частицы и начинает распространяться в пространстве независимо от неё в виде электромагнитных волн.

Проверка:

Данный вывод согласуется с классической электродинамикой Максвелла. Например, электрон в атоме, движущийся по орбите (центростремительное ускорение), должен был бы непрерывно терять энергию на излучение и упасть на ядро, что исторически привело к созданию квантовой механики. Также антенны радиопередатчиков работают именно за счет принудительного ускорения свободных электронов переменным током, что вызывает эффективное излучение волн. Следовательно, условием излучения является наличие ускорения.