ГДЗ Фізика 9 клас Бар’яхтар В. Г. — сторінка 146

§ 19. Електромагнітне поле та електромагнітні хвилі

Завдання 1 (с. 146)

Електромагнітні хвилі та поля в підйомнику

Електромагніт підіймального крана живиться постійним струмом. Потрібно визначити: 1) коли електромагніт створює для оператора і електричне, і магнітне поля; 2) коли електромагніт випромінює електромагнітні хвилі. Варіанти відповідей: а) у момент замикання кола; б) у момент розмикання кола; в) коли електромагніт, рухаючись рівномірно, переносить вантаж; г) коли нерухомий електромагніт тримає вантаж.

Розв’язання

Розглянемо випадок нерухомого електромагніта, що тримає вантаж (пункт г). Струм тече рівномірно, поле постійне, хвиль немає. Оператор бачить лише магнітне поле (оскільки він нерухомий відносно крана), електричного поля немає.
Розглянемо випадок рівномірного перенесення вантажу (пункт в). Електромагніт рухається з постійною швидкістю, струм тече рівномірно. Для оператора, що йде разом із краном, поле виглядає як постійне магнітне. Хвиль немає.
Розглянемо випадок замикання кола (пункт а). У момент замикання сила струму різко зростає від нуля до певного значення — це прискорення зарядів. Згідно з теорією Максвелла, при зміні швидкості руху зарядів випромінюються електромагнітні хвилі.
Розглянемо випадок розмикання кола (пункт б). У момент розмикання сила струму різко падає до нуля — це також прискорення (гальмування) зарядів, що призводить до випромінювання хвиль.
Щодо наявності обох складників поля: оскільки електромагніт живиться постійним струмом, він створює магнітне поле. Електричне поле виникає лише тоді, коли є змінний струм або коли ми розглядаємо систему відліку, де заряд рухається (наприклад, якщо кран летить). Однак у контексті завдання йдеться про те, що саме в момент зміни стану (замикання/розмикання) виникають хвилі. Для нерухомого спостерігача біля постійного струму є лише магнітне поле.

Відповідь:

1) Немає моменту, коли для нерухомого оператора крана з постійним струмом існували б одночасно значні електричне та магнітне поля (це можливо лише при змінному струмі або русі відносно спостерігача). Якщо ж розглядати систему відліку, де кран рухається, то в пункті «в» для оператора на землі будуть і електричне, і магнітне поля. Але за умовою про постійний струм: 1) у момент руху (пункт в) — є обидва поля (для спостерігача на землі); 2) випромінює хвилі лише в моменти зміни стану: а) та б).

Завдання 2 (с. 146)

Заповнення таблиці характеристик хвиль

Потрібно доповнити таблицю для трьох джерел хвиль, що поширюються в повітрі. Дані: 1) Провід лінії електропередачі — частота $ν = 50 Гц$ ; 2) Радіопередавач — довжина хвилі $λ = 10 см$ ; 3) Інфрачервоний випромінювач — довжина хвилі $λ = 1, 5 мкм$ . Швидкість поширення в повітрі прийняти рівною швидкості світла у вакуумі: $c \approx 3 \cdot 1 0^{8} м / с$ .

Розв’язання

Розглянемо перший рядок (провід лінії електропередачі). Частота $ν = 50 Гц$ . Оскільки хвилі поширюються в повітрі, швидкість $v \approx c = 3 \cdot 1 0^{8} м / с$ . Довжина хвилі не задана, але можна перевірити розрахунок: $λ = \frac{c}{ν} = \frac{3 \cdot 1 0 ^{8}}{50} = 6 \cdot 1 0^{6} м = 6000 км$ .
Розглянемо другий рядок (радіопередавач). Довжина хвилі $λ = 10 см = 0, 1 м$ . Знайдемо частоту: $ν = \frac{c}{λ} = \frac{3 \cdot 1 0 ^{8} м / с}{0 , 1 м} = 3 \cdot 1 0^{9} Гц = 3 ГГц$ . Швидкість $v \approx c = 3 \cdot 1 0^{8} м / с$ .
Розглянемо третій рядок (інфрачервоний випромінювач). Довжина хвилі $λ = 1, 5 мкм = 1, 5 \cdot 1 0^{- 6} м$ . Знайдемо частоту: $ν = \frac{c}{λ} = \frac{3 \cdot 1 0 ^{8} м / с}{1 , 5 \cdot 1 0 ^{- 6} м} = 2 \cdot 1 0^{14} Гц$ . Швидкість $v \approx c = 3 \cdot 1 0^{8} м / с$ .

Відповідь:

Для провід лінії електропередачі: довжина хвилі $6000 км$ , швидкість $3 \cdot 1 0^{8} м / с$ .
Для радіопередавача: частота $3 ГГц$ ( $3 \cdot 1 0^{9} Гц$ ), швидкість $3 \cdot 1 0^{8} м / с$ .
Для інфрачервоного випромінювача: частота $2 \cdot 1 0^{14} Гц$ , швидкість $3 \cdot 1 0^{8} м / с$ .