Информация 8. Биографические сведения

Фарадей Майкл (22.09.1791-25.08.1867) – английский физик. Родился в предместье Лондона, в семье кузнеца. Получил только начальное школьное образование. Свои знания Фарадей развивал систематическим самообразованием, читая те книги, которые переплетал, работая с 13 лет подмастерьем-переплетчиком. Случай помог ему попасть в лабораторию к знаменитому Гемфри Дэви в 1812г. Основоположник учения об электромагнитном поле. Открытое в 1831г. явление электромагнитной индукции лежит в основе электротехники. Установил законы электролиза, открыл пара- диамагнетизм, вращение плоскости поляризации света в магнитном поле. Ввел понятия электрического и магнитного полей. РаботыФарадея развил Максвелл.

Максвелл Джеймс Клерк (13.06.1831-5.11.1879) – английский физик. Родился в Шотландии. Создатель классической электродинамики, один из основоположников статистической физики. Первая научная работа в 16 лет – способ вычерчивания эллипса с помощью двух гвоздиков и связанной нити. Создал теорию электромагнитного поля (уравнения Максвелла), которая описывает электромагнитные явления в средах и в вакууме. Предсказал существование электромагнитных волн и электромагнитную природу света. Сформулировал распределение молекул газа по скоростям (распределение Максвелла), установил статистическое распределение, исследовал вязкость, диффузию, теплопроводность газов, цветное зрение. Основатель и первый директор Кавендишской. лаборатории в Кембридже, ставшей мировым научным центром.

Хевисайд Оливер (18.05.1850-3021.1925) - английский физик. Родился в одной из лондонских трущоб, в семье резчика по дереву. В раннем детстве переболел скарлатиной. Болезнь привела к резкой потере слух, тем не менее, в школе Хевисайд учился очень хорошо (был пятым из более чем 500 претендентов на сдачу экзаменов в колледж в 1865г.). Не имея ни средств, ни желания получать дальнейшее академическое образование, в 16 лет он самостоятельно выучил азбуку Морзе и основы электричества и в 18 лет отправился в Данию, где устроился работать на телеграф. Это была единственная оплачиваемая работа (за исключением 6лет работы, все остальное время он был безработным). Благодаря своему таланту и целеустремленности Хевисайд стал одним из выдающихся физиков. Он развил теорию электромагнитного поля Максвелла, открыл принцип передачи сигналов на дальние расстояния, что позволило осуществить дальнюю телефонную связь, высказал идеи, предвосхитившие телевидение, радиосвязь и некоторые аспекты теории относительности Эйнштейна.

Умов Николай Алексеевич (4.02.1846-28.01.1915) - русский физик-теоретик. Родился в Симбирске, ныне Ульяновск. Основные работы в области теории колебаний, электричества, оптики, земного магнетизма, молекулярной физики. Он впервые ввел в науку такие основополагающие понятия, как скорость и направление движения энергии, плотность энергии в данной точке среды, пространственная локализация потока энергии. Сам Умов, однако, не обобщил эти понятия на другие виды энергии, кроме энергии в упругих телах. В 1884 понятие потока электромагнитной энергии ввел Дж.Пойнтинг, используя для описания распространения энергии вектор, называемый ныне «вектором Умова – Пойнтинга». Диссертация Умова Н.А. “Уравнение движения в твердых телах”(1874) вызвала резкую критику и споры Столетова А.Г., Слудского Ф.А., Цингера В.Я. Диспут продолжался шесть часов и на всю жизнь оставил у него неприятные впечатления. Выводы Дж. Пойнтинга также были встречены с недоверием. В Российском научном сообществе Умов Н.А. выделялся высокой общественной активностью: ревностный сторонник развития науки в России; расширения университетского, среднего образования; поддержкой молодых талантливых людей и т.д. О международном авторитете Умова Н.А. свидетельствует тот факт, что Нобелевским комитетом он был привлечен в качестве номинанта премии 1904г.

Герц Генрих Рудольф (22.02.1857-1.01.1894) - немецкий физик.

Родился в Гамбурге. Первоначально Герц думал избрать инженерную деятельность и поступил в Техническое училище в Дрездене, но позднее стремление к физике привело его в Мюнхенский Университет. Герц сочетал в себе остроумного экспериментатора, мыслящего теоретика и образованного математика. Один из основоположников электродинамики. Подтверждая идеи Максвелла, доказал (1886-1889) существование электромагнитных волн, тождественных световым волнам. Опыты с электромагнитными волнами открыли путь к изобретению радио. Герц открыл явление внешнего фотоэффекта; наблюдал прохождение электронов (катодных лучей) через тонкую фольгу. Его именем названа единица частоты - Герц.

Основные формулы

1. Плотность тока проводимости
2. Плотность тока смещения
3. Безразмерное отношение среды (проводник, диэлектрик)
4. Толщина скин-слоя
5. Вектор Пойнтинга (плотность потока энергии электромагнитного поля)
6. Характеристический импеданс

Образцы решения задач:

1. Удельная проводимость , диэлектрическая проницаемость (не зависит от частоты) и магнитная проницаемость . Определите, является ли среда проводником или диэлектриком на частотах: а) ; б) ; в) .

Дано: Решение:

Из формулы (п.3) , где имеем

а)

б)

а) в)

б)

в) .

Найти:

-?

2. В некоторой среде распространяется плоская электромагнитная волна частоты . Диэлектрическая проницаемость при частоте равна и магнитная проницаемость практически равна 1. Найти вектор Пойнтинга в той точке, в которой электрический вектор изменяется по закону . Вектор колеблется вдоль оси ОХ.

Дано: Решение:

; Из формулы (п.5)

; Магнитный вектор в волне имеет вид

. Амплитудные значения в

Найти: волне связаны соотношением , откуда

-? , где Z- характеристический

импеданс.

Вопросы и задачи для самостоятельной работы

Вопросы:

1. Электромагнитная волна - ваше понимание? Поясните понятие электромагнитных волн, используя математические и графические представления.

2. Принято говорить о продольных и поперечных видах волн. К какому типу относятся электромагнитные волны - продольным или поперечным?

3. Безразмерное отношение (б.о.) равно отношению плотности тока проводимости к плотности тока смещения (или ). Какое применение оно находит в физике строительного дела?

4. Электромагнитные волны оказывают действие на биологические объекты. ГОСТ нормирует значение напряженностей электрического и магнитного полей в волне. Выделяют диапазоны волн: ; ; ; . Как принято называть эти диапазоны волн, пользуясь шкалой электромагнитных волн?

5. Электромагнитные волны оказывают действие на биологические объекты. ГОСТ нормирует значение плотности потока энергии электромагнитного поля (ППЭ ЭМП), модуля вектора Пойнтинга для диапазона частот . Как принято называть этот диапазон волн пользуясь шкалой электромагнитных волн?

6. Электромагнитное излучение и его учет в строительном деле – ваше понимание проблемы.

7. Приведите примеры некоторых строительных мер по защите от электромагнитных излучений.

8. Характеристический импеданс диэлектрических сред – что это такое? Как это понятие используют в физике строительного дела?

9. Ваше понимание: скин-эффект, скин-слой. Перечислите факторы, от которых зависит глубина скин-слоя. Какое применение находит в строительном деле скин-эффект?

10. Токи: проводимости, смещения - ваше понимание. Что в проявлении этих токов общего, и что принципиально различного? По каким формулам рассчитывают плотности токов: проводимости и смещения?

Задачи:

6.1. Построены два помещения из материалов различающихся физическими свойствами. Материал первого помещения характеризуется проводимостью , ε₁=4. Материал второго помещения характеризуется проводимостью , ε₂=1. Будет ли работать телевизор с комнатной антенной в таких помещениях. Частота телесигнала , значение .

6.2. Цементный камень (воздушно сухой) характеризуется проводимостью σ в интервале значений и диэлектрической проницаемостью ε=5. Найдите значения крайних частот переменного электромагнитного поля, при которых стена из такого материала оказывается: - непрозрачной, - прозрачной.

6.3. Удельная проводимость материала стены , относительная диэлектрическая проницаемость и относительная магнитная проницаемость . Определите, является ли среда проводником или диэлектриком на частотах и .

6.4. Плоская электромагнитная волна распространяется в слабо проводящей среде с удельной проводимостью и диэлектрической проницаемостью . Найти отношение амплитуд плотностей токов проводимости и смещения.

6.5. Электрические и магнитные свойства воды в Атлантическом океане характеризуются следующими параметрами: . Покажите, что вода в океане ведет себя как проводник на частоте . Какова наибольшая длина электромагнитных волн, которые могут распространяться под водой?

6.6. На частоте вода ведет себя как диэлектрик. Относительная проницаемость воды на этих частотах , а . Определите численное значение проводимости .

6.7. Плоская электромагнитная волна распространяется вдоль оси OX. Амплитуда напряженности электрического поля волны , амплитуда напряженности магнитного поля волны . Определить энергию, перенесенную волной за время через площадку, расположенную перпендикулярно оси ОХ, площадью поверхности . Период колебаний и в волне .

6.8. В вакууме вдоль оси OX распространяется плоская электромагнитная волна. Амплитуда напряженности электрического поля волны . Определить интенсивность волны , т.е. среднюю энергию, проходящую через единицу поверхности в единицу времени.

6.9. В вакууме вдоль оси OX распространяется плоская электромагнитная волна Амплитуда напряженности магнитного поля волны . Определить интенсивность волны , т.е. среднюю энергию, проходящую через единицу поверхности в единицу времени.

6.10. Радиолокатор работает в интервале частот . Какова должна быть минимальная толщина скин-слоя из алюминия для защиты здания от излучения со стороны радиолокационной станции (РЛС)?