Исследование стоячих электромагнитных волн в двухпроводной линии - исследование. Экспериментальное получение электромагнитных волн. Электромагнитные волны вдоль проводов. Стоячие электромагнитные волны в двухпроводной линии

Наиболее простой случай – плоскую электромагнитную волну – можно реализовать, используя двухпроводную линию W , к одному концу которой подключен генератор высокой частоты, индуктивно связанный с ней (рис.1).

Такая система носит название линии Лехера (по имени австрийского физика Э.Лехера, исследовавшего распространение в ней электромагнитных волн).

Расстояние между проводами линии должно быть весьма мало по сравнению с длиной волны, чтобы избежать заметного излучения электромагнитных волн в пространство. Длина же линии должна быть большой.

Если длина линии бесконечно велика, то в ней возникает бегущая плоская волна, причем основные процессы, происходят в пространстве, окружающем провода. Сами же провода линии играют вспомогательную роль, задавая определенное направление распространения волны. Электрический и магнитный векторы электромагнитного поля перпендикулярны проводам, вдоль которых волна распространяется (поперечная волна ), и их колебания совпадают по фазе:

где Е 0 , Н 0 – амплитуды колебаний напряженности электрического и магнитного поля соответственно; х – координата, отсчитываемая от начала линии в направлении распространения волны; ω = 2πf – циклическая (круговая) частота ; k =ω/V= 2π/λ –волновое число , V – скорость распространения волны, f – частота колебаний, λ – длина волны.

При этом вектор напряженности электрического поля колеблется в плоскости, проходящей через провода линии, а вектор напряженности магнитного поля - перпендикулярно ей (рис.2).

Рисунок 2 Распределение электрического и магнитного полей в бегущей

электромагнитной волне

Если же линия имеет ограниченную длину, то на ее концах должны выполняться определенные граничные условия. Если концы обоих проводов свободны, то на этих концах должна обращаться в нуль напряженность магнитного поля Н (и сила электрического тока I ); если же линия закорочена, то есть на конце линии провода замкнуты перемычкой с пренебрежимо малым сопротивлением, то на этом конце должна быть равна нулю напряженность электрического поля Е (и напряжение между проводами U ).

Достигнув конца линии, волна отражается и бежит в обратном направлении. При наложении бегущей и отраженной волн в линии возникает стоячая волна , описываемая уравнением:

В стоячей волне в каждой точке совершаются колебания с амплитудой 2А coskx . Точки, в которых coskx = 0, и амплитуда колебаний в стоячей волне обращается в нуль, называются узлами . Точки, в которых coskx = ± 1, и амплитуда колебаний достигает максимального значения, называются пучностями . Узлы как бы разделяют пространство на автономные области, в которых совершаются независимые гармонические колебания. Передачи энергии от одной области к другой не происходит, поэтому волна и называется стоячей.

В стоячей электромагнитной волне можно выделить две стоячие волны – электрическую и магнитную:

Колебания электрического поля сдвинуты относительно колебаний магнитного поля по фазе на π/2, кроме того, пучности электрического поля совпадают с узлами магнитного поля, а узлы – с пучностями (рис.3).

Рисунок 3. Распределение электрического и магнитного полей в стоячей

электромагнитной волне

В ограниченной двухпроводной линии амплитуда стоячей волны будет максимальной, если частота генератора совпадает с одной из собственных частот линии. Это явление называется резонансом. Собственные частоты определяются соотношением:

где V – скорость распространения электромагнитной волны, а λ n - длина волны, зависящая от длины линии и условий на ее концах (рис.4). Как видно из рис.4, для линии, разомкнутой на обоих концах, длина линии должна быть равна или кратна половине длины волны (рис. 4а) (λ n = 2l /n ). Для линии, замкнутой на одном конце и разомкнутой на другом, на длине линии должно укладываться нечетное число четвертей длины волны (рис. 4б):

то есть λ n = 4l /(2n +1).

Рисунок 4 Распределение напряжения U и силы тока I для двух первых

собственных колебаний в двухпроводной линии:

а) разомкнутой на обоих концах;

б) замкнутой на одном конце

Еще до экспериментального исследования свойств электромагнитных волн Максвелл, исходя из построенной им теории электромагнитного поля, вычислил скорость их распространения. В вакууме она равна

где ε 0 = 8,85·10 -12 Ф/м – электрическая постоянная, μ 0 = 4π·10 -7 Гн/м – магнитная постоянная. Таким образом, теория Максвелла предсказала, что скорость распространения электромагнитных волн должна равняться скорости света, а факт совпадения скоростей явился одним из первых указаний на то, что свет имеет электромагнитную природу.

Исследуя стоячие волны в двухпроводной линии, можно определить скорость распространения электромагнитных волн экспериментально. Действительно, измерив длину стоячей волны и частоту генератора, можно найти скорость волны по формуле:

Для электромагнитных волн в воздухе V должно быть примерно равна скорости света в вакууме с .

Описание установки и метода

Устройство двухпроводной линии показано на рис.5 . Она состоит из двух туго натянутых параллельных проводов, подвешенных через изоляторы 1 к неподвижным опорам 2, которыми являются противоположные стены лаборатории. Вдоль линии перемещается металлическая перемычка М , замыкающая провода линии накоротко. К началу линии подводится напряжение от генератора G через петлю индуктивной связи ПС1 . Под действием этого напряжения в короткозамкнутой линии устанавливается стоячая электромагнитная волна. Распределение действующих значений тока I и напряжения U вдоль линии при резонансе показано в верхней части рис.5. На замкнутом конце линии всегда имеет место пучность тока и узел напряжения. Расстояние между двумя соседними пучностями равно λ/2.

Рисунок 5 Линия Лехера и распределение тока и напряжения вдоль линии

Перемещая перемычку вдоль линии, мы меняем ее длину l. При длине линии, соответствующей формуле (6), будет иметь место резонансная настройка. Задача измерения длины волны сводится к определению расстояния между положениями перемычки М при резонансных настройках.

Положение перемычки М , соответствующее настройке линии в резонанс можно определять по наибольшей яркости свечения лампочки HL , включенной в перемычку. Яркость свечения лампочки определяется силой тока I к на конце линии (в перемычке). При перемещении перемычки сила тока I к изменяется в соответствии с графиком, приведенным на рис.6.

Рисунок 6 Зависимость силы тока в перемычке от ее положения

При резонансе ток в перемычке резко возрастает; его амплитуда ограничивается сопротивлением перемычки и потерями в линии. Включение в перемычку лампочки HL увеличивает активное сопротивление перемычки. Это приводит к появлению в линии, наряду со стоячими, бегущих волн, что уменьшает резкость изменения тока вблизи максимумов и повышает погрешность измерений. С ламповыми генераторами погрешность измерений достигает 5 – 10 %.

Лучшие результаты достигаются при использовании стрелочного индикатора, состоящего из высокочастотного диода VD , фильтрующего конденсатора С и магнитоэлектрического измерителя напряжения И (см. рис. 5). Для регулировки чувствительности индикатора последовательно с измерительным прибором И включают переменный резистор R . Петлю связи индикатора ПС2 с генератором неподвижно закрепляют в начале линии. Резонанс характеризуется резким возрастанием амплитуды напряжения, что и фиксируется индикатором.

Порядок выполнения работы

1. Включить генератор G и дать ему прогреться в течение 5 – 10 мин.

2. Вращением барабана B установить перемычку М на первый от начала линии максимум. Настройка на резонанс оценивается по максимуму отклонения стрелки индикатора И . Лампочка HL перемычки при этом должна гореть наиболее ярко.

3. Совместить указатель нуля, расположенный позади барабана, с нулевым делением барабана.

4. Перемещая перемычку вдоль линии и отсчитывая число оборотов барабана, измерить расстояние L от первого до последнего на линии максимума (один оборот барабана соответствует перемещению перемычки на 1 м). Записать значение L в таблицу 1. Определить количество m полуволн, укладывающихся между первым и последним максимумом.

Например, между первым и пятым максимумами укладывается четыре полуволны (m = 4).

5. Повторить измерения по п.п. 2 – 4 еще четыре раза.

Таблица 1 Экспериментальные результаты

№ п/п	L , м	m
…

Похожая информация.

Чтобы воспроизвести некоторые из опытов Герца и получить тем самым более подробное представление об электромагнитной волне, в настоящее время нет надобности обращаться к старинной «искровой» технике возбуждения волн. Мы уже знаем, как с помощью автоколебательных систем - генераторов с электронными лампами - была решена задача получения незатухающих электрических колебаний (§§ 30, 31). Существенно, что в случае незатухающего гармонического колебания излучаемая передатчиком энергия сконцентрирована на одной частоте, а не распределена по всему спектру, как это имеет место при излучении сильно затухающих колебаний. Благодаря этому приемник, настроенный в резонанс на эту частоту, поставлен в значительно более выгодные условия.

Для опытов целесообразно воспользоваться достаточно короткими электромагнитными волнами, чтобы размеры приборов - резонансных вибраторов, экранов, призм и т. п. - были не слишком велики. Наиболее удобны волны, имеющие длину несколько сантиметров, В настоящее время во многих школах имеется передающая и приемная аппаратура, работающая на трехсантиметровых волнах.

Современная радиотехника использует и миллиметровые и еще более короткие (субмиллиметровые) волны, но для описываемых ниже опытов столь малые длины волн неудобны. Эти опыты можно осуществить и с волнами метрового диапазона (например, когда длина резонансного вибратора составляет ). Однако сантиметровый и дециметровый диапазоны наиболее удобны: с приборами на длину волны опыты следует делать на открытом воздухе, на ровном открытом месте, так как в противном случае результаты искажаются из-за отражения радиоволн от окружающих предметов (прежде всего металлических: железные балки в здании, электропроводка, телеграфные провода и т. п.).

Перечислим некоторые из возможных опытов, предполагая, что генератор снабжен излучающим вибратором, а приемник - приемным вибратором.

Отражение, преломление, стоячие волны. В этих опытах излучающий и приемный вибраторы надо располагать параллельно друг другу, например оба вертикально.

При включении генератора гальванометр в приемнике показывает отклонение. Если между излучателем и приемником поставить теперь металлический экран (например, железный лист), размеры которого велики по сравнению с длиной волны (§ 41), то можно наблюдать образование тени: когда приемный вибратор заслонен листом, ток в гальванометре резко падает. При устранении экрана или при вынесении приемного вибратора из области тени ток опять возрастает (рис. 127).

Рис. 127. Образование тени. В нижней части рисунка расположение приборов показано в плане: 1 - генератор с излучающим вибратором, 2 - экран, 3 - приемник с индикатором

Тело человека также отбрасывает заметную тень: если кто-либо пройдет между излучающим и приемным вибраторами, ток в индикаторе упадет и вновь возрастет.

Взяв вместо металлического экрана лист картона, фанеры, толстую деревянную доску, вообще экран из какого-либо изолирующего материала, нетрудно убедиться, что они прозрачны для исследуемых электромагнитных волн.

Заслонив приемник от излучателя металлическим листом 1 (рис. 128), нетрудно наблюдать отражение электромагнитной волны от второго металлического листа 2. Передвигая лист 2 вдоль прямой , параллельной отрезку (излучатель - приемник), мы обнаружим, что наиболее сильный отклик (отклик индикатора) возникает тогда, когда лист 2 находится против середины отрезка и его плоскость параллельна . Мы убеждаемся, таким образом, в справедливости закона равенства угла падения и угла отражения (§ 40). Замена металлического листа 2 экраном из изолирующего материала показывает, что от такого экрана отражение получается очень слабое.

Рис. 128. Отражение электромагнитной волны: - угол падения, - угол отражения

Отражением от металла можно воспользоваться для того, чтобы получить направленное излучение в виде почти плоской волны. Для этого надо поместить излучающий вибратор в фокусе цилиндрического зеркала из металлического листа, согнутого по дуге параболы (рис. 129, а). Интенсивность плоской волны, выходящей из такого рефлектора, существенно больше, чем в ненаправленном излучении самого вибратора в отсутствие рефлектора. Таким же рефлектором можно снабдить и приемный вибратор (рис. 129, б), что повышает его чувствительность. Описанные выше опыты лучше производить поэтому с вибраторами, снабженными рефлекторами. Провода, идущие от излучающего вибратора к генератору, пропускаются через отверстие, размер которого одна - две длины волны, проделанное в рефлекторе. У приемного вибратора провода к гальванометру можно пропустить через маленькие отверстия в рефлекторе. Размеры рефлекторов должны быть в три - пять раз больше .

Рис. 129. Параболический рефлектор у излучающего вибратора и у приемного

Следующий опыт показывает, что электромагнитная волна, проходя из одного прозрачного материала в другой, испытывает преломление, т. е. изменяется направление ее распространения. Явление преломления волн на границе двух веществ также принадлежит к числу общеволновых явлений, но мы ранее не останавливались на нем, так как наблюдать его на звуковых или поверхностных волнах в воде не особенно просто. (Легче всего наблюдать и исследовать преломление на световых волнах, и в разделе «Геометрическая оптика» это явление рассматривается подробно).

Для опыта с преломлением электромагнитной волны длиной, например, надо изготовить из парафина или асфальта призму с преломляющим углом, равным примерно 30° (рис. 130). Размеры этой призмы должны быть велики по сравнению с . На рис. 131 показано, как меняется направление распространения волны вследствие преломления в такой призме. Если в отсутствие призмы наибольший отклик в приемном вибраторе получается в положении , то при наличии призмы волна преломляется и наибольший отклик получается в . Преломление происходит на двух гранях призмы: при переходе волны из воздуха в парафин и затем при ее выходе из парафина в воздух. Отклонение волны от первоначального направления распространения составляет (в зависимости от материала призмы и длины волны) .

Рис. 130. Призма из парафина или асфальта

Рис. 131. Преломление электромагнитной волны в призме

На рис. 132 изображена постановка опыта для получения стоячей электромагнитной волны. Плоский металлический экран ставится против рефлектора излучающего вибратора так, чтобы отраженная волна распространялась навстречу падающей. Если теперь на пути от рефлектора к экрану перемещать приемный вибратор, то ток в гальванометре будет поочередно то увеличиваться (пучности), то уменьшаться (узлы).

Рис. 132. Образование стоячей электромагнитной волны

Расстояние между двумя соседними пучностями или двумя соседними узлами равно, как мы знаем, (§ 47). Если нам заранее известна частота колебаний генератора, то, измерив указанным путем , мы можем но формуле

найти скорость распространения электромагнитной волны в воздухе. При самых точных измерениях такого рода она оказывается совпадающей со скоростью света.

В описанном опыте остался пока невыясненным вопрос о том, какие пучности и узлы регистрирует приемный вибратор - колебаний электрического ноля или колебаний магнитного поля. Ответ мы получим в следующем разделе.

Рис. 133. Наиболее сильный ток в индикаторе возникает только при вертикальном расположении приемного вибратора. При любом горизонтальном положении вибратора тока нет.

Поперечность электромагнитных волн. Радиопеленгация. Оставаясь на каком-то неизменном расстоянии от вертикального излучающего вибратора, повернем приемный вибратор из вертикального в любое горизонтальное положение. Мы увидим, что ток в индикаторе приемника падает при этом до нуля (рис. 133). Объяснить это можно только тем, что элкетрическое поле приходящей волны имеет вертикальное направление. Действительно, такое поле может перемещать заряды (вызывать ток) вдоль приемного вибратора, когда он вертикален, и не может этого делать, когда он горизонтален. Отсюда следует, что в описанном выше опыте со стоячей волной приемный вибратор выявлял узлы и пучности электрического поля.

Повторим такой же опыт, как на рис. 133, но возьмем вместо приемного вибратора проволочный виток. При этом получается следующее. Когда виток расположен в вертикальной плоскости, проходящей через излучающий вибратор, ток в нем есть. Но при всяком повороте витка на от указанной плоскости ток в нем исчезает (рис. 134).

Рис. 134. Наиболее сильный ток в приемном витке получается при его расположении, показанном слева. В двух других изображенных положения тока нет

Мы знаем, что ток в витке (или катушке) наводится переменным магнитным полем только в том случае, если это поле пронизывает виток. Следовательно, отсутствие тока при расположениях витка, показанных на рис. 134 посередине и справа, объясняется тем, что магнитное поле приходящей волны направлено горизонтально и перпендикулярно к направлению излучения. Действительно, при этом оно пронизывает виток в первом положении и не пронизывает в двух других.

Мы приходим, таким образом, к выводу, что напряженность и индукция электрического и магнитного полей в волне перпендикулярны друг к другу и к направлению распространения волны (рис. 135); при этом направление совпадает с направлением вибратора, а вектор лежит в плоскости, перпендикулярной к вибратору.

Рис. 135. Расположение векторов электрического и магнитного полей при вертикальном излучателе для волн, распространяющихся в горизонтальном направлении

Нами исследован здесь случай вертикального вибратора и горизонтального направления распространения волны. Исследование любых других направлений распространения показывает, что для всякого из них остается справедливым аналогичное расположение векторов и :1) оба они перпендикулярны к направлению распространения, а значит, и колебания их происходят перпендикулярно к этому направлению, т. е. электромагнитная волна поперечина; 2) вектор лежит в плоскостях, проходящих через излучающий вибратор, а вектор - перпендикулярно к этим плоскостям (рис 136).

Рис. 136. Электромагнитная волна поперечна

Поперечность колебаний является совершенно общим свойством всякой электромагнитной волны, не зависящим ни от выбора направления распространения, ни от характера излучателя. Таким же общим свойством является и взаимная перпендикулярность полей и в электромагнитной волне. Мы еще вернемся к этому вопросу при изучении световых волн.

Возвращаясь к рис.136, можно заметить следующее: если мы установили направления электрического и магнитного полей и , то мы найдем тем самым направление, по которому приходит волна. Другими словами, мы узнаем направление на излучатель волны из места, где производится прием. Направление электрического поля почти для всех применяемых в технике антенн вертикально. Установить же направление магнитного поля можно с помощью приемного витка (или катушки из нескольких витков – так называемой рамочной антенны). На этом основана радиопеленгация – определение направления из данного пункта на принимаемую радиостанцию.

Рис. 137 изображает переносной радиопеленгатор - приемник, снабженный рамочной антенной, которую можно поворачивать вокруг вертикальной оси. Такую антенну нетрудно изготовить собственными силами. Присоединив ее к обычному широковещательному ламповому приемнику (клеммы «антенна» и «земля»), можно произвести пеленгацию мощных радиостанций.

Рис. 137. Внешний вид переносного радиопеленгатора

Обычно при пеленгации рамочную антенну поворачивают в такое положение, при котором интенсивность приема проходит через нуль (это точнее, чем установка на максимальную интенсивность). При таком положении индукция магнитного поля волны лежит в плоскости антенны, а значит, направление на радиостанцию - это прямая, перпендикулярная к плоскости антенны. Прибор не указывает, по какую сторону от антенны находится на этой прямом пеленгуемая станция, но обычно это известно заранее.

Если направление на радиостанцию (пеленг) определено из двух пунктов, расстояние между которыми известно ( и на рис. 138), то, построив по известной стороне и двум углам треугольник, можно засечь радиостанцию, т. е. определить ее местонахождение.

Рис. 138. Пеленгация радиопередатчика из двух точек определяет его положение

Принцип, положенный в основу пеленгации, используется и для целей радионавигации - вождения кораблей и самолетов по определенному направлению, заданному специальными передатчиками (радиомаяками). На корабле или самолете ставится при этом специальный приемник с рамочной антенной - радиокомпас, показывающий отклонения от требуемого курса. Иногда сигналы, принимаемые радиокомпасом, используются для управления рулевыми механизмами, т. е. осуществляется автоматическое сохранение заданного курса (автопилот).

«Прости меня, Ньютон…» А.Эйнштейн
«Прости меня, Эйнштейн…» Ю.Никольский

Объяснен механизм корпускулярно — волнового дуализма: все микро — и макрообъекты являются пакетами стоячих (электромагнитных) волн, которые могут находиться в двух фазовых состояниях: волновом и корпускулярном («более точно» – в состоянии поля и вещества).

Объяснена природа гравитации: сила тяжести (разновидность Универсальной Силы Вселенной – УСВ) обусловлена взаимодействием пакетов стоячих волн объектов живой и неживой природы с пакетом стоячих волн Земли. Величина и направление УСВ зависит от величины фазового сдвига пакетов стоячих (электромагнитных) волн объектов относительно пакета стоячих волн Земли.

Ключевые слова : корпускула, дуализм, поле, вещество, гравитация, левитация, (стоячая) электромагнитная волна, материализация, дематериализация.

1. Единая теория поля – и вещества

Из школьного курса физики нам известно, что все материальные объекты делятся на 2 больших класса: вещество и поле. Вещество локализовано в пространстве и обладает массой. Поле, в отличие от вещества, не имеет массы покоя, не локализовано в пространстве и распространяется в нем в виде волн.

Выдающийся английский физик и химик У. Крукс (1832 — 1919), изучая поведение электронов, которых он назвал «лучистой материей», в изобретенной им знаменитой «трубке Крукса», впервые выдвинул гипотезу: «лучистая материя» должна быть и волной, и частицей одновременно.

Знаменитый французский ученый Л. де Бройль (1892 — 1987) в 1924 г. выступил с гипотезой о том, что корпускулярно — волновой дуализм присущ всем видам материи – фотонам, электронам, атомам, молекулам и т.д., т.е. в природе существуют «волны материи».

Основа всего современного научного знания – квантовая механика, или теория движения микрочастиц. Однако в рамках квантовой механики не ясно, почему элементарные частицы обладают корпускулярно — волновым дуализмом.

Интересная попытка увязать корпускулярные свойства с волновыми – рассматривать частицу как волновой пакет – была сделана еще до «рождения» квантовой механики. При наложении ряда распространяющихся в одном направлении монохроматических волн с близкими частотами результирующая волна может приобрести вид летящего в пространстве «всплеска» т.е. в какой-то области амплитуда такой совокупности волн значительна, а вне этой области исчезающе мала. Такой «всплеск», или пакет волн, и предлагалось рассматривать как частицу.

Однако со временем такой пакет из близких по частоте волн должен «расплываться» (расширяться), т.к. скорость слагающих пакет волн зависит от их частоты (дисперсия волн), поэтому эта гипотеза «не прижилась». Но вот что интересно: если частица не свободна, например, электрон находится в поле притяжения протона, то ему будет соответствовать пакет стоячих волн, сохраняющих стабильность, т.е. форма волнового пакета здесь неизменна.

Кстати, некоторые ученые считают, что и все макрообъекты являются стоячими волнами. Например, кровать, как волновая структура, «размазана» по всей Вселенной, но, допустим, в спальне ее больше всего, т.е. амплитуда «волны — кровати» в спальне максимальна.

А давайте две последние гипотезы объединим в одну и «воскресим в новом теле»: будем считать, что все микро — и макрообъекты, в том числе и мы с Вами, являемся – пакетами стоячих электромагнитных волн (в диапазоне частот примерно 1-100 герц)!

«Свежо предание, да верится с трудом?» А давайте обратимся к фактам: рассмотрим ряд весьма «экзотических» примеров и прокомментируем их, опираясь на наши знания о волнах.

1) «Доказано, что герметично разделенные клетки могут оказывать друг на друга влияние … Так, фибропласты человеческого и куриного эмбрионов, клетки почки обезьяны, пораженные… летальной дозой ультрафиолетового облучения, вызывают такие же повреждения у здоровых аутологичных клеток, будучи отделенными от последних кварцевым стеклом. Этот феномен был зарегистрирован как открытие и получил название зеркального цитопатического эффекта».

2) » Если гипнотизер, находящийся на расстоянии более 100 километров от сомнамбулы, сделает сам себе укол иголкой, то сомнамбула мгновенно и одновременно испытает эту же боль… Если гипнотизер выпил 100 граммов водки, то в желудке и крови сомнамбулы появляются в этот же миг ровно 100 граммов этой самой водки «.

3) «…Что-то подняло меня, повернуло в горизонтальное положение, и я поплыл в чрево шара. Я оказался внутри. До сих пор поражаюсь внутренним размерам корабля. Они были раза в 4 больше внешних, примерно метров 20 в диаметре…» .

4) «…Голландские ученые противопоставили гравитационному полю электромагнитное поле. Они поместили в него обычную лягушку, и квакуша повисла в воздухе, в точности как йог на одной из фото, некогда обошедшей страницы многих изданий… Бутерброд тоже спокойно плавал над поверхностью стола, наглядно показывая, что одушевленность для левитации вовсе не обязательна. Магнит, создающий внешнее магнитное поле, был из сверхпроводящего вещества, помещенного в сжиженный газ. А чтобы лягушка не замерзла, в середине магнита было проделано отверстие, сквозь которое прокачивался воздух при комнатной температуре» .

5) «…В 17 процентах случаев полтергейста отмечалась телепортация предметов – через стены, дверцы холодильников, стекла окон без их повреждения… В 23 процентах случаев полтергейста являются приведения в виде человеческих фигур, животных, рук, пальцев и бесформенных предметов. Фигуры были непрозрачные, но не вещественные и неосязаемые, через них можно было проходить… » .

6) » Из воспоминаний известного французского астрофизика Ж. Валле: однажды он расспрашивал двух калифорнийских шахтеров, которые три раза видели НЛО… Уточняя, как взлетал и садился НЛО, Ж. Валле установил, что при такой траектории летающая тарелка обязательно должна была врезаться в деревья. И шахтеры признались, что НЛО действительно непостижимым образом проходил сквозь деревья, но они умолчали об этом, чтобы не выглядеть сумасшедшими…» .

7) «…Объект завис и был отчетливо виден. Неожиданно его очертания потеряли резкость, и в течение 1-2 секунд сменились туманным пятном, которое тут же исчезло… Объект постепенно становился прозрачным, т.к. через него можно было наблюдать звезды. При этом его внешние грани оставались четкими. Через несколько минут он » растаял», т.е. стал невидим для человеческого глаза…».

8)»Китаец Чжан Баошен (1955 г.р.) никогда не был уличен в трюкачестве и демонстрировал элементы телепортации, материализации и дематериализации – в 1982-1983 гг. был исследован девятнадцатью учеными в Пекине. Он «переносил» из одних мест в другие часы, фотопленку, бумагу, насекомых. Иногда предметы просто исчезали на 1 — 60 минут, а потом возникали вновь там же или в другом месте. При «переносе» фотоматериалы не засвечивались… Плодовые мушки, исчезнувшие на 11-73 минуты, оставались живыми в течение нескольких дней. В 1987 г. была сделана киносъемка, где таблетки, лекарства «проходили» через опечатанный стеклянный сосуд (скорость киносъемки – 400 кадров в секунду)» .

9) До сих пор в США упорно держатся слухи о том, что в 1943 году военно-морские силы проводили эксперимент с целью сделать корабли невидимыми для локаторов противника. Для этого эсминец «Элдридж» поместили в мощное электромагнитное поле. После включения переменного тока низкой частоты, воздух вокруг эсминца стал темнеть и корабль быстро сделался невидимым, но остался отпечаток его киля и днища в воде. Спустя мгновения «Элдридж» – был замечен в районе Норфолка, т.е. телепортировался на расстояние 350 км от Филадельфии .

10) В наше время в Подмосковье не редки случаи исчезновения людей – человек «испарялся» на глазах! Позже выяснялось, что люди в мгновение ока переносились из одной точки пространства в другую. По данным комиссии «Феномен» подобные вещи происходили в окрестностях поселков Кратово и Пролетарский, в Чеховском районе, около станции Подрезново. Случаи, подобные «растворившемуся» в воздухе грузовику, в Подмосковье не редкость .

Перед тем, как прокомментировать примеры, рассмотрим » математически» что же такое стоячая волна.

Пусть навстречу друг другу вдоль оси (координаты) Z (рис.1) распространяются две гармонические волны:

(1) (2)

Распространение гармонической волны представляет собой смещение косинусоиды (или синусоиды) вдоль оси с фазовой скоростью , где – амплитуда волны, – волновое число, равное также , – длина волны (т.е. такое приращение координаты , при котором фаза изменяется на ); – начальная фаза, – циклическая (угловая) частота. Если, в частности, и , то (используя элементарные формулы ; , где , , и отбрасывая промежуточные вычисления) получим: . (3)

Данное выражение описывает процесс, называемый стоячей волной.

Рис.1. Графическое изображение стоячей волны

Из рис.1 видно, что в каждый момент времени t (t 1 – t 4) мы имеем неподвижную косинусоиду: ее нули не смещаются вдоль оси Z, а остаются фиксированными; другими словами, стоячая волна как бы локализована в пространстве, (например, голограмма – это пакет стоячих световых волн) т.е. обладает свойствами вещества. Но т.к. в ее формулу входит косинусоидальная функция, описывающая «чисто» волновой процесс, то, естественно, стоячая волна должна проявлять и полевые свойства. Таким образом, электромагнитная система, представляющая собой пакет стоячих волн, «обязана» находиться в двух состояниях: полевом и вещественном (см. рис.2).

Рис.2. Пространственно-временная диаграмма фазового состояния электромагнитной системы (ПВДФСЭС)

В полосе частот Δν 0 система обладает свойствами вещества определенного химического состава (область 0 на рис.2), на частотах Δν1, Δν4 – свойствами поля (области 1 и 4); области 2 и 3 – переходные области от поля к веществу определенного химического состава и наоборот. В полосе частот Δν 0 , когда амплитуда колебаний электромагнитной системы максимальна, она видима, т.е. хорошо отражает свет, воспринимается как непроницаемая область и имеет массу покоя, т.е. обладает инерционными и гравитационными свойствами. На частотах Δν1, Δν4 система невидима, не воспринимается органами осязания и не обладает массой покоя. На частотах Δν2, Δν3 электромагнитная система имеет «промежуточные свойства» (см. ниже в тексте).

Процесс перехода электромагнитной системы из вещественной в полевую форму обычно называют «дематериализацией», хотя это не верно, ибо материя никуда не исчезает – она просто становится невидимой и неощущаемой. Но т.к. этот термин глубоко укоренился, то мы не будем нарушать традиции и вводить новые обозначения, а также будем использовать и термин «материализация» – процесс перехода системы из полевой в вещественную форму.

А теперь кратко прокомментируем все 10 примеров.

Примеры 1-3 демонстрируют волновую природу живой и неживой материи. Клетки могут дистанционно обмениваться информацией только в том случае, если они являются волновыми структурами (пример 1). В примере 2 тоже показано «волновое» взаимодействие на большом расстоянии гипнотизера и сомнамбулы. Телепортацию («волновой перенос») 100 граммов водки мы здесь обсуждать не будем (см. статью IX).

Волновая природа человека глубоко «замаскирована» в явно «абсурдном» примере 3: внутренний размер корабля никак не может быть больше внешнего. Объективно – да, а вот субъективно… Как известно, частота колебаний электромагнитной волны ν и ее длина λ связаны соотношением: ν = с/λ, где с – скорость света. Если при попадании внутрь корабля человека частота колебаний его тела ν увеличится в 4 раза, то соответственно λ уменьшится во столько же раз. Но λ – это ведь «рост» волновой системы – человека. И если «рост» уменьшится в 4 раза, то соответственно (субъективно) в 4 раза увеличатся и внутренние размеры корабля (НЛО) и станут «больше» внешних… Вот и вся подоплека «абсурда».

Пример 4 – «наглядная агитация» того, что все живое и неживое в природе – электромагнитные системы, ибо только они могут так «хорошо» взаимодействовать с электромагнитным полем, что полностью преодолевают даже действие силы гравитации.

Примеры 5-10 демонстрируют наличие 2-х фазовых состояний у электромагнитных систем – пакетов стоячих волн – и визуальный переход фаз из одного состояния в другое, т.е. процесс дематериализации и материализации. А вот каким образом происходит этот переход, его механизм – мы обсудим в другой раз. Прокомментируем коротко только самые «интересные места» в примерах, т.к. они будут подробно рассмотрены в последующих статьях.

Итак, смотрим на ПВДФСЭС. Привидения – это электромагнитные системы, находящиеся в «переходном» состоянии (область 2 или 3, рис.2) из вещества в поле или наоборот, когда они уже видны, но не осязаемы, т.е. не взаимодействуют с веществом («через них можно было проходить»– пример 5). То же самое в примере 6 («…НЛО действительно непостижимым образом проходил сквозь деревья…»).

В примере 7 показан «плавный» переход «в направлении» (вещество) – (вещество — поле) – (поле), т.е. «подробный» визуальный процесс дематериализации.

Пример 8 демонстрирует волновой характер всего живого и неживого («…Он «переносил» из одних мест в другие часы… насекомых…») и наличие у них 2-х фазовых состояний («…таблетки лекарства «проходили» через опечатанный стеклянный сосуд…»).

Из примера 9 видно, что при телепортации объект, находящийся в переходном («межфазовом») состоянии (области 2,3 на рис.2) может иметь длину – 350 км! (Днище и киль «расположились» в доке в Филадельфии, а верхняя часть корабля в районе Норфолка!).

В примере 10 – ничего особенного: «обычная» телепортация (см. статью IX).

2. Универсальная Сила Вселенной

А теперь опять вернемся к примеру 4, в котором лягушка и бутерброд «плавали» в поле электромагнита. Итак, при взаимодействии 2-х электромагнитных систем – магнита и «лягушки с бутербродом» – с гравитационным полем, была полностью компенсирована (или аннулирована?) сила тяготения. Тогда что же такое гравитация?

Сам Ньютон природу тяготения (неофициально) объяснял градиентом плотности среды .

Максвелл, Фарадей, Лоренц, Вебер, Пуанкаре, Эддингтон и др. пытались объяснить гравитацию различными электродинамическими процессами .

Сторонники существования эфира, например, Ломоносов, Ле Санж, Ацюковский, объясняли тяготение подталкиванием планет и тел друг к другу маленькими частицами пространства, окружающего планеты и тела .

Согласно теории супергравитации тяготение обусловлено взаимодействием частиц .

В последнее время были выдвинуты еще 3 гипотезы гравитации. В. Шабетник и В. Леонов полагают, что гравитация имеет электромагнитную природу, а В. Аверьянов предложил электро-дипольную гипотезу тяготения, объяснив возникновение электро-гравитационных диполей у нейтральных тел.

В настоящий момент большинство ученых разделяет точку зрения А. Эйнштейна: гравитация обусловлена кривизной четырехмерного Риманого пространства, которая имеет место около массивных тел

Чтобы установить истинную природу гравитации, нам надо рассмотреть и проанализировать ряд фактов, которые (сознательно или нет) не попали в поле зрения академической науки. Среди них есть и такие весьма «экзотические», например, полеты НЛО (неопознанных летающих объектов), перемещение предметов при полтергейсте или левитация экстрасенсов. Но чтобы установить истину, надо перебороть себя и просто не думать о том, что такое НЛО, кто двигает предметы при полтергейсте, или что за чушь – эти «полеты» экстрасенсов, т.к. фальсифицировать эти «зрелища» практически невозможно, ибо в противном случае следует признать, что «сочинители» данных фактов знают современную физику на самом высшем уровне.

Итак, рассмотрим и проанализируем ряд примеров.

11) «Небольшие суда в эпицентре локальных сейсмо — гравитационных ударов… иногда выплескиваются из моря вместе с водой. Море в таких случаях взбугривается, образуя мини- цунами…Моряков же порой, как ветром (только не простым, а гравитационным) сдувало с палубы, и тогда появлялись «летучие голландцы»… Так, промышлявший в 1970 г. в Бермудском треугольнике советский китобой КК-0065 стал таким «летучим голландцем», наскочив на сейсмотектонический процесс, в результате чего 30 человек экипажа, находившихся на палубе, были сброшены гравипотоком в океан и утонули. В живых остался 1 вахтенный матрос в смотровой… корзине …зацепившись одеждой за что- то сверху…» .

12) «»Боинг», пролетавший 14 апреля 1999 г. из Австралии в Европу над одной из… тектонических зон Мирового океана…, угодил в воздушную яму. Пассажиры летали минуты 3 по салону и ударялись о потолок с такой силой, что несколько человек погибло. Американский «Боинг» в районе Токио 28 декабря 1997 г. попал в такую же ситуацию: пассажиров срывало с кресел и ударяло о потолок» .

13) «Шаровая молния появилась на крыле самолета и медленно катилась к летчикам. Поразительно, что воздушный поток – самолет летел со скоростью примерно 400 километров в час – словно не оказывал на нее влияния…» .

14) «… Однажды, утомившись и придя в своеобразное состояние полудремоты, Борис Ермолаев почувствовал, что его пальцы «прилипли» к предмету (журналу – Ю.Н. ) настолько, что их было трудно от него оторвать. С большим усилием Борис Ермолаев раскрыл руки и предмет ненадолго повис в воздухе под руками» .

15) При полтергейсте наблюдается самопроизвольное перемещение предметов, начиная от спичек и кончая крышей дома со скоростью до 3-х километров в секунду. Причем скорость набирается мгновенно с ускорением, которое более чем в 40 раз превышает перегрузки снаряда пушки. При этом наблюдается исключительно согласованное перемещение всех частей составных предметов, например, сахарницы и находящегося в ней сахарного песка . Интересно, что, например, летящий на большой скорости баллон с дезодорантом может менять траекторию под прямым углом .

16) «М. Твен, В. Токкерей были свидетелями левитации Дугласа Юма. В Петербурге на его сеансах был писатель А.К. Толстой. «Когда он висел над нами, я мог обхватить его ноги руками, – писал он в письме жене» . У. Крукс, работая с Д. Юмом, обнаружил феноменальное уменьшение веса расположенных вблизи экстрасенса предметов .

17) «В 1920 г. в тюрьме Англии заболели ботулизмом 34 заключенных, которые все сразу стали «магнитами»: к их ладоням клеилась бумага с силой, пропорциональной степени их заболеваемости… Металлические предметы нельзя было вырвать из их рук… Как только больные выздоровели – все «чудеса» пропали .

18) «У тяжелых психических больных наблюдаются следующие феномены: 1) притягивание к себе корпуса тела других людей вплоть до нарушения равновесия; 2) притягивание металлических предметов. И чем тяжелее психические нарушения, тем больше притяжение» .

19) «Характерными чертами полета НЛО является их способность летать с огромной скоростью и мгновенно развивать такие скорости из неподвижного зависания, а также способность совершать резкие маневры и зависать или мгновенно изменять направление своего движения на противоположное. НЛО могут летать в космосе и атмосфере … совершенно бесшумно, не возмущая окружающей среды. Создается впечатление, что НЛО не ощущают сопротивления воздуха, т.к. летают при любом положении корпуса» .

20) «Во время Спитакского землетрясения, по рассказам очевидцев, в воздух поднимались и зависали пласты земли, дома, люди, автобусы… В Казахстане в 1990 г. при землетрясении тысячи тонн воды поднялись из Зайского озера…» .

Так что же общего в этих не похожих друг на друга примерах? А то, что сила гравитации здесь не является постоянной величиной, а может менять как свою величину, так и направление, т.е. является разновидностью некой другой силы – назовем ее УСВ (Универсальная Сила Вселенной).

Самый наглядный пример УСВ «в действии» – полеты НЛО (пример 19), в которых эта сила проявляла свои «антигравитационные» и «антиинерционные» свойства; причем она не только устраняла инерционную m u и гравитационную m г массы (в данном случае принцип эквивалентности запишется так: m г =m u =0) у НЛО и у прилегающих к нему слоев (молекул) воздуха, но и отталкивала последние от его корпуса (т.е. они не оказывали ни малейшего сопротивления движению), поэтому НЛО и могут летать при любом положении корпуса.

А какова природа УСВ? Она должна быть электромагнитной, т.к. у голландских ученых (см. пример 4) лягушка левитировала в магнитном поле. А как это поле может воздействовать на квакушу? Мы знаем, что все объекты живой и неживой природы, а также сама Земля, представляют собой пакеты («сгустки», «кластеры») стоячих волн (очень низкой частоты – примерно 1-100 герц), которые тоже имеют электромагнитную природу. Поэтому можно предположить, что при левитации лягушки у ее пакета стоячих волн под влиянием магнитного поля электромагнитов изменились какие-то параметры, которые повлекли за собой изменение величины УСВ, благодаря чему квакуша и потеряла вес (УСВ перестала быть силой гравитации). Я уже говорил (см. рис.1), что характерным признаком стоячей волны (кроме постоянства частоты колебаний) является то, что ее узлы и пучности в течение времени остаются на своих местах, а не смещаются (как у бегущей волны) вдоль координаты (например, линии). Поэтому логично предположить, что, меняя фазу пакета стоячих волн некого объекта относительно фазы пакета стоячих волн Земли, можно изменить УСВ и, таким образом, воздействовать на объект. (Для большей наглядности на рисунке 3 приведены не графики 2-х пакетов стоячих волн, а графики мгновенных значений 2-х стоячих волн, сдвинутых друг относительно друга на фазовый угол Δφ = 90 о).

Так вот, стоячие волны (пакеты стоячих волн) объектов живой и неживой природы сдвинуты по фазе (не совсем правильно, но «совсем» понятно – см. рис.3) относительно стоячих волн Земли таким образом, что возникшая УСВ притягивает их к Земле и, следовательно, является (в данном случае) силой тяжести (весом тела). Если же «гравитационный» фазовый сдвиг изменить по величине (или направлению), то соответственно измениться и УСВ, например, она станет отталкивать объекты от Земли (см. примеры 4, 11, 12, 16, 20) или будет притягивать их друг к другу с «супергравитационной» силой (см. примеры 17, 18).

С учетом всего вышесказанного нам придется немного «подкорректировать» формулу закона всемирного тяготения.

Вспомним его формулировку: две материальные точки, обладающие массами и притягиваются друг к другу с силой :

, (1)

где – расстояние между точками, а – гравитационная постоянная, по величине численно равная силе притяжения двух материальных точек, имеющих массы, равные единице, и находящихся на единичном расстоянии.

Сила притяжения между телом массы , расположенным на поверхности Земли, и Землей:

, (2)

где – масса Земли, а – радиус земного шара.

С учетом «корректировки» формулы (1) и (2) «закона универсального взаимодействия» будут выглядеть так:

, (3) , (4)

где – универсальная постоянная, по величине численно равная силе взаимодействия двух материальных точек с массами, равными единице, находящихся на единичном расстоянии и имеющих нулевой () фазовый сдвиг между пакетами стоячих волн.

Может быть эти «откорректированные» формулы не совсем «корректные», но опытные данные – «критерий истины» – их «докорректируют».

В следующих статьях, входящих в цикл «Тайны поля и вещества», мы рассмотрим загадочные явления, «виновником» которых являются УСВ и/или полевое фазовое состояние материи: исчезновение людей, кораблей и самолетов в Бермудском треугольнике; гибель атомных подводных лодок «Курск» и «Комсомолец», парома «Эстония» и танкера «Находка»; авария на Чернобыльской АЭС; гибель Тунгусского космического тела; «неуловимость» Йети и Несси…

Ну и, конечно, мы научимся управлять Универсальной Силой Вселенной и фазовым состоянием материи, так сказать, «для личной выгоды» и «общественной пользы», после чего не будем гибнуть в различного рода катастрофах (в воде, на суше, в воздухе), сможем управлять погодой (разгонять тучи, дождь…), «укрощать» стихии (землетрясения, цунами…), летать как НЛО…

Всего доброго. До встречи.

Ю. Никольский.

Литература

1. И.Н. Семененя. Феномен жизни в аспекте полевой организации природы. Гродно, Свет, 1997г.

2. А. Гришин. Гипноз. М., Локид, 1998г.

3. Иванова Н., Иванов Ю. Биологическая несовместимость и левитация. М.,1995г.

4. С.Н. Зигуненко. Эффект «Ковчего завета». // Знак вопроса, № 1, 2003г.

5. А.А. Вотяков. Логос плюс магия. М., 1996г.

6. И. Царев. Планета призраков. М., Сов. Писатель, 1990г.

7. Г. Колчин. Феномен НЛО. Взгляд из России. С-Пб., Сталкер, 1994г.

8. Брагина Н.А., Винокуров И.В. Чудеса и чудодеи. М., Олимп, 1998г.

9. Н. Непомнящий. XX век: хроника необъяснимого. Событие за событием. М., АСТ, 1997г.

10. С. Каленикин. Чудеса и аномалии Подмосковья.// Наука и религия, № 2, 2002г.

11. Вавилов С.И. Эфир, свет и вещество в физике Ньютона. ПСС, т.3, М., Изд-во АН СССР, 1956г.

12. Эйнштейновский сборник 1973. Старые электродинамические теории гравитации. М., Наука, 1974г.

13. Ацюковский В.А. Общая эфиродинамика. М., Энергоиздат, 1990г.

14. Фридман Д., Ньювенхейзен П. Супергравитация и унификация законов физики. УФН, т.127, в.1., 1979г.

15. Шабетник В.Д. Фрактальная физика. Введение в новую физику. Каунас, 1994г.

16. Леонов В.С. Теория упругой квантованной среды. Часть 2. Новые источники энергии. М., ПолиБиг, 1997г.

17. Аверьянов В.А. Электро-дипольная гипотеза гравитации и ее следствия. Мн., БГУИР, 1999г.

18. Гарднер М. Теория относительности для миллионов. М., Атомиздат, 1965г.

19. Е. Барковский. По закону сохранения энергии.// Техника молодежи, № 10, 2001г.

20. Захарченко В.Д. Формула любви. М., Современник, 1998г.

21. Дубров А., Пушкин В. Парапсихология и современное естествознание. М., Соваминко, 1990г.

22. Мезенцев В.А. Чудеса: Популярная энциклопедия, 4-е изд, Т.1, Алма-Ата, 1990г.

23. Загадочные явления. / Составитель И.Е. Резько / Мн., Литература, 1996г.

24. Митчелл Дж., Рикард Д. Феномены книги чудес. / Пер. с англ. / М., Политиздат, 1990г.

25. Серебренникова Л.В. К механизму паранормальных явлений. IV часть, Томск, 1993г.

26. Поляков С.П. Масса – энергия – левитация. // Свет, № 4, 2006г.

1. Волны вдоль проводов . Любой участок двухпроводной линии обладает некоторой ёмкостью и индуктивностью. Поэтому любой участок такой линии обладает свойствами колебательного контура, а вся линия в целом может рассматриваться как система связанных колебательных контуров (рис.161).

Системы, подобные двухпроводной линии, называются распределёнными .

Пусть в какой-то точке бесконечной двухпроводной линии действует переменная гармоническая ЭДС. В результате по линии протекает переменный ток. Если скорость изменения ЭДС достаточно велика, то токи проводимости в проводах будут замыкаться токами смещения между ними (рис.162).

Но согласно первому уравнению Максвелла (Ф.19.3) эти токи смещения, то есть изменяющееся эл. поле E , вызывают появление магнитного поля B . Так как электрическое поле распространяется в проводнике с некоторой скоростью, то в рамках грубой наглядности можно сказать, что увеличивающаяся ЭДС на зажимах a и b вызывает появление первого токового кольца 1, а это токовое кольцо, согласно второму уравнению Максвелла (Ф.19.4) создаёт магнитное кольцо А . Это магнитное кольцо А создаёт, в свою очередь, новое вихревое кольцо электрического поля 2, а то – новое магнитное кольцо Б , и так далее. Каждый раз при создании нового кольца происходит уничтожение предыдущего. В результате вдоль проводов бежит импульс электромагнитной волны, несущий информацию о величине и направлении той ЭДС, которая была на зажимах а – b в момент начала движения импульса.

Изменение электрического и магнитного полей в каждой точке пространства в любой момент времени совпадают по фазе между собой. Векторы E и B нормальны друг к другу и изменяются по гармоническому закону (рис.163).

, (22.1)

. (22.1)

Здесь v – фазовая скорость волны. Векторы E , B и v образуют правовращательную тройку векторов.

При малых частотах ω перенос электрического поля происходит, в основном, с помощью токов проводимости по проводам. Если же ω велика, то роль токов проводимости снижается, а перенос электрического поля происходит за счёт токов смещения. Электрические явления в этом случае в значительной степени определяются электромагнитными волнами.

При достаточно больших ω провода можно вообще убрать, электрическое поле будет распространяться в диэлектрической среде в виде электромагнитных волн.

2. Скин – эффект . (skin по англ. – кожа). Состоит в том, что быстропеременные токи текут по поверхности проводника, быстро уменьшаясь с глубиной.

Если по проводнику течёт постоянный ток, то его плотность во всех точках сечения проводника примерно одинакова.

На каждый заряд действует сила Лоренца, стремящаяся сместить его к центру провода (рис.164). При обычных токах в металлических проводниках эта сила невелика и не оказывает заметного влияния на плотность тока. И лишь при сильных разрядах в плазме эта сила приводит к сжатию плазменного шнура (пинч-эффект ).

Если ток в проводе переменный, то он генерирует переменное магнитное поле, а оно, в свою очередь, генерирует переменное вихревое электрическое поле. Рассмотрим механизм скин-эффекта при нарастании и убывании тока.

а . Ток нарастает . Нарастающая индукция магнитного поля B вызывает появление вихревого электрического поля E , которое у поверхности проводника направлено по току, а на оси проводника – противоположно току. В результате у поверхности ток усиливается, а центре – ослабляется (рис.165).

б . Ток убывает . В этом случае ослабевающая индукция B вызывает электрическое поле E , направленное противоположно первому случаю, то есть на оси – по току, а на поверхности – против тока (рис.166).

В обоих случаях вихревое эл. поле на оси проводника препятствует, а на поверхности – способствует изменениям тока. Поэтому на оси проводника переменный ток слабее, на поверхности – сильнее.

Амплитуды векторов E и B затухают с глубиной по экспоненциальному закону:

E = E 0 exp (-αx ), В = В 0 exp (-αx ). (22.3)

Здесь E 0 и В 0 – амплитудные векторы на поверхности проводника, x – глубина, отсчитываемая с поверхности, α – коэффициент затухания, , где ν – частота тока, g – удельная электропроводность проводника.

Чем больше частота тока ν , магнитная проницаемость проводника μ и его электропроводность g , тем больше затухание. С увеличением частоты ν толщина поверхностного слоя, по которому проходит ток, уменьшается. В результате сопротивление проводника возрастает. Поэтому с ростом ν роль токов проводимости уменьшается, а токов смещения – увеличивается.

Величина, обратная коэффициенту затухания, 1çα = δ есть глубина уменьшения амплитуды в е раз. При ν = 50 Гц для меди δ = 0,74 мм. Отсюда понятно, что линии многоканальной связи, работающей на ТВЧ, могут использовать не дешёвые стальные провода, а дорогие медные. Увеличение числа каналов линии связи требует увеличения частоты тока, а это приводит к недопустимо большому затуханию и в медных проводах. Практический путь к повышению пропускной способности линий связи состоит в замене металлических проводов оптическими световодами, позволяющими использовать для передачи информации электромагнитные волны сверхвысокой частоты.

3. Стоячие волны . Если проводящая линия ограничена в пространстве, то на её концах происходит отражение электромагнитных волн. При сложении отражённых и прямых волн возникают стоячие электромагнитные волны, в которых изменение величин Е и В уже не совпадает по фазе, поскольку при отражении одна из величин Е или В – обязательно меняет знак. В стоячей электромагнитной волне узлы электрического поля совпадают с пучностями магнитного поля, и наоборот (рис.167).

Условие существования стоячих волн: , (22.4)

где l – длина линии, λ – длина электромагнитной волны, k = 1,2,3,… - натуральное число.

Если измерить λ , то, зная частоту генератора ν , из условия υ = λν можно найти экспериментально скорость распространения электромагнитных волн.

4. Опыты Герца . В 1888-89 годах Генрих Герц выполнил серию экспериментов, в которых убедительно доказал справедливость электромагнитной теории Максвелла. Генератор электромагнитных колебаний был искровой колебательный контур.

Опыты Герца по созданию электромагнитных колебаний с помощью вибраторов и по приёму этих колебаний на расстоянии в пределах лабораторной комнаты с помощью резонаторов показали, что от вибратора распространяется ЭМ-волна, способная отражаться от металлической поверхности и возбуждающая в приёмной антенне–резонаторе – токи той же частоты, что и колебания в вибраторе (рис.168).

Герц показал, что электромагнитная волна поляризуется и интерферирует, а проходя через границы раздела разных диэлектрических сред преломляется в соответствии с законами оптики.

Все открытые явления полностью укладывались в рамки теории Максвелла и тем самым подтвердили её.

5. Скорость распространения электромагнитных волн находится из системы уравнений Максвелла. Впервые эту работу выполнил Максвелл, получивший для скорости v ЭМ-волны выражение: . Закон Максвелла (22.5)

Здесь - скорость света (ЭМ-волны) в вакууме.

Поскольку ε > 1, а μ даже для наиболее сильных диамагнетиков очень мало отличается от единицы, то в целом произведение ε μ > 1. Это значит, что скорость распространения ЭМ-волн в веществе всегда меньше скорости в вакууме v < c и зависит практически лишь от диэлектрических свойств среды.

Величину называют показателем преломления среды . В оптике закон Максвелла обычно записывают в виде: . У всех сред n > 1, в вакууме n = 1. (22.6)

Электромагнитные волны представляют собой полевую форму материи, так называемое поле излучения. Поле излучения в отличие от других форм материи не может находиться в состоянии покоя. Оно всегда движения, причём скорость его в пустоте не зависит от выбора системы отсчёта и может принимать лишь одно значение c » 3·10 8 м/с.

6. Дисперсия волн . Материальные параметры ε и μ являются константами лишь в случае статических полей или в случае, когда поле изменяется очень медленно. Если же поле изменяется быстро, так что время его изменения сравнимо с временем релаксации τ электрического молекулярного диполя (или элементарного магнитного диполя), то параметры ε и μ сложным образом зависит от частоты колебаний поля ν . В результате и скорость распространения электромагнитных волн в веществе зависит от частоты n .

Явление зависимости скорости распространения волны от частоты (или длины волны), называется дисперсией .

Если источник излучает электромагнитные волны разных частот, то эти волны распространяются в веществе с разными скоростями. При прохождении границы раздела сред с разными ε (величина μ практически не влияет), электромагнитные волны в зависимости от скорости v , а, следовательно, в зависимости от частоты ν преломляются на разные углы. В результате плоско-параллельный пучок, состоящий из смеси волн разных частот, диспергирует, то есть расщепляется в веер лучей (рис.169).

Наиболее заметно дисперсия проявляется в электромагнитных волнах высоких частот, включая диапазон частот видимого света. Поэтому законы взаимодействия электромагнитных волн с веществом изучаются, как правило, в оптике. Скорость распространения волн в радиодиапазоне может быть установлена экспериментально путём измерения расстояний между узлами или пучностями стоячих волн известной частоты на вибраторах.

7. Перенос энергии и импульса в ЭМ-волне . Электромагнитные волны, как и любой волновой процесс, переносят в пространстве энергию.

В случае упругих волн эта энергия слагается из потенциальной энергии деформации среды и кинетической энергии движения её частиц. Энергия же электромагнитных волн слагается в любой момент времени из энергии взаимосвязанных электрического и магнитного полей.

Энергия, переносимая электромагнитными волнами, как и в механике, определяется вектором плотности потока энергии S , то есть количеством энергии, которое переносится волновым процессом через единичную площадку σ , ориентированную перпендикулярно вектору скорости движения волнового фронта v в данный момент времени (рис.170), . (22.7)

Здесь w 0 – плотность энергии ЭМ-поля. Так как

, то . (22.8)

Вектор S можно представить через характеристики ЭМ-поля E и B . Как и в колебательном контуре средние энергии электрического и магнитного полей в ЭМ-волне одинаковы. Но поскольку оба поля Е и В изменяются в одной фазе, то одинаковы и мгновенные значения плотности энергии, то есть εε 0 E 2 = B 2 çμμ 0 . Если с учётом этого обстоятельства преобразовать выражение (22.8) (см., например, , §240, с.529), то для вектора S получается выражение: . Вектор Пойнтинга 1883, (22.9)

Электромагнитное поле обладает не только энергией, но массой и импульсом. Из формулы Эйнштейна W = mc 2 = w 0 V , где V – объём, получаем пространственную плотность распределения массы поля: Þ . (22.10)

Импульс единичного объёма электромагнитной волны есть . (22.11)

8. Поток энергии ЭМ-поля в проводнике . Найдём поток электромагнитной энергии, втекающий в единичный объём длинного цилиндрического провода, по которому протекает электрический ток i .

Вектор Пойнтинга на поверхности цилиндрического провода направлен по радиусу (рис.171). Поэтому его поток через основание цилиндра равен нулю, а через боковую поверхность есть . (22.10)

Из закона Ома j = gE Þ E = jçg , где j – плотность тока в проводнике, g – удельная электропроводность проводника. Индукция магнитного поля на поверхности длинного цилиндрического провода есть (формула 13.8) (22.11)

Ток, текущий по проводу, I = j ×pR 2 . Объём провода V = pR 2 l . Отсюда

Поток энергии в единичный объём проводника (22.13)

оказался в точности равен тепловой энергии, выделяющейся в единичном объёме проводника в соответствии с законом Джоуля-Ленца.

Итак, энергия,идущая на нагрев проводника, поступает в него через боковую поверхность в виде энергии электромагнитного поля из окружающего проводник пространства , а не вдоль оси провода, как это кажется на первый взгляд. В это пространство она поступает из тех участков цепи, где действует ЭДС источников тока.

9. Излучение элементарного диполя . Заряд, движущийся в проводнике с постоянной скоростью, создаёт постоянное магнитное поле B . Это поле имеет постоянное во времени значение во всех точках пространства. Вдоль прямой, по которой движется заряд, магнитное поле равно нулю. (См. магнитное поле элемента тока, §12, п.6).

Для того, чтобы заряд излучал, он должен двигаться ускоренно . Это ускоренное движение можно реализовать с помощью элементарного диполя . В отличие от рассмотренного в п.3 макродиполя, длина которого l соизмерима с длиной волны l и связана с ней соотношением l = kl / 2, где k = 1,2,3,…, длина элементарного диоля много меньше длины излучаемой им волны, l << l .

Примером элементарного диполя являются два металлических шара, заряжаемые от какого-либо генератора электрических колебаний (рис.172). Если генератор создаёт гармоническую ЭДС, то заряд на шарах изменяется также по гармоническому закону, q = q 0 sinwt , (22.14)

и между шарами протекает переменный ток

. (22.15)

Этот переменный ток представляет собой ускоренное движение зарядов вдоль оси ОY , поэтому в пространстве вокруг оси OY излучается электромагнитная волна.

Если расстояние r от диполя много больше длины l , то волновые поверхности приобретают форму сферы, сечение которой вдоль оси диполя показано на рис.173. Замкнутые кривые здесь представляют собой силовые линии вихревого электрического поля Е . Расстояние между соответственными точками таких замкнутых фигур вдоль по радиусу равно l /2.

Важнейшим примером элементарных диполей являются электроны внутри атомов. Круговое движение электронов можно разложить на два взаимно перпендикулярные линейные гармонические колебания, каждый из которых представляет элементарный диполь.

Глава 5. Электрические явления в атмосфере

Любая волна представляет собой колебание. Колебаться может жидкость, электромагнитное поле или любая другая среда. В повседневной жизни каждый человек ежедневно сталкивается с тем или иным проявлением колебаний. Но что такое стоячая волна?

Представьте себе вместительную емкость, в которую налита вода - это может быть тазик, ведро или ванна. Если теперь по жидкости похлопать ладонью, то от центра соударения во все стороны побегут волнообразные гребни. Кстати, они так и называются - бегущие волны. Их характерный признак - перенос энергии. Однако, изменяя частоту хлопков, можно добиться практически полного видимого их исчезновения. Возникает впечатление, что масса воды становится желеобразной, а движение происходит только вниз и вверх. Стоячая волна - это и есть данное смещение. Данное явление возникает потому, что каждая ушедшая от центра удара волна достигает стенок емкости и отражается обратно, где пересекается (интерферирует) с основными волнами, идущими в противоположном направлении. Стоячая волна появляется лишь в том случае, если отраженные и прямые совпадают по фазе, но различны по амплитуде. В противном случае вышеуказанной интерференции не происходит, так как одно из свойств волновых возмущений с разными характеристиками - это способность сосуществовать в одном и том же объеме пространства, не искажая друг друга. Можно утверждать, что стоячая волна является суммой двух встречно направленных бегущих, что приводит к падению их скоростей до нуля.

Почему же в приведенном примере вода продолжает колебаться в вертикальном направлении? Очень просто! При наложении волн с одинаковыми параметрами в определенные моменты времени колебания достигают своего максимального значения, называемые пучностями, а в другие полностью гасятся (узлы). Изменяя частоту хлопков, можно как полностью погасить горизонтальные волны, так и усилить вертикальные смещения.

Стоячие волны представляют интерес не только для практиков, но и для теоретиков. В частности, одна из моделей гласит, что любая материальная частица характеризуется какой-то определенной (вибрацией): электрон колеблется (дрожит), нейтрино колеблется и т.д. Далее, в рамках гипотезы, предположили, что упомянутая вибрация - следствие интерференции каких-то, пока еще не открытых возмущений среды. Другими словами, авторы утверждают, что там, где те удивительные волны формируют стоячую, возникает материя.

Не менее интересно явление Резонанса Шумана. Оно заключается в том, что при некоторых условиях (ни одна из предложенных гипотез пока не принята за единственно верную) в пространстве между земной поверхностью и нижней границей ионосферы возникают стоячие электромагнитные волны, частоты которых лежат в низком и сверхнизком диапазонах (от 7 до 32 герц). Если образовавшаяся в промежутке «поверхность - ионосфера» волна обогнет планету и попадет в резонанс (совпадение фаз), то сможет существовать продолжительное время без затухания, самоподдерживаясь. Резонанс Шумана представляет особый интерес потому, что частота волн практически совпадает с естественными альфа-ритмами человеческого мозга. К примеру, исследованиями данного явления в России занимаются не только физики, но и такая крупная организация, как «Институт мозга человека».

На стоячие обратил внимание еще гениальный изобретатель Никола Тесла. Считается, что он мог использовать это явлене в некоторых своих устройствах. Одним из источников их появления в атмосфере принято считать грозы. Электрические разряды возбуждают электромагнитное поле и генерируют волны.