2. Скалярные и векторные поля

Понятие физического поля содержит два аспекта: объектно-материальный и формально-математический.

Объектно-материальный аспект понятия поля.

Различают четыре вида фундаментальных взаимодействия материи: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия. Взаимодействия осуществляются посредством соответствующих материальных силовых полей: гравитационного, электромагнитного, слабого и сильного полей. В макромире непосредственно проявляются гравитационное и электромагнитное взаимодействия. Слабое и сильное взаимодействия, будучи короткодействующими, проявляются только в мире атомов и элементарных частиц. Перечисленные взаимодействия относятся к фундаментальным в том смысле, что частные виды взаимодействий сводятся к этим четырем. Например, сила упругости и сила трения сводятся, в конечном счете, к электромагнитному взаимодействию между атомами. По современным представлениям взаимодействие носит обменный характер, т.е. взаимодействие осуществляются обменом материальными переносчиками, которые образуют соответствующие силовые поля. Электромагнитное взаимодействие осуществляется обменом фотонами, слабое взаимодействие осуществляется обменом промежуточными векторными бозонами и т.д. Таким образом, реальные силовые поля квантованы. Объектно-материальный аспект понятия поля есть отражение в познании принципа близкодействия.

Формально-математический аспект понятия поля.

Материальное поле имеет те или иные характеристики, выражаемые количественно физическими величинами. В формально-математическом смысле под полем понимается некоторая физическая величина, зависящая от положения в пространстве и времени. Таким образом, в этом аспекте речь идет о поле физической величины.

Например, можно ввести понятие температурного поля T(x, y, z, t). Функция T(x, y, z, t) показывает, что температура разных точек тела является в общем случае функцией координат этих точек и времени. Если температурное поле не зависит от времени (такое поле называется стационарным), то температурное поле принимает вид T(x, y, z). При описании электромагнитного поля вводятся поля вектора напряженности электрического поля E = E(x, y, z, t), вектора индукции магнитного поля В = В(x, y, z, t), вектора поляризованности Р(x, y, z, t), вектора намагниченности изотропного магнетика J(x, y, z, t), диэлектрической восприимчивости _э(x, y, z) или диэлектрической проницаемости  = 1 +_э; магнитной восприимчивости _м(x, y, z) или магнитной проницаемости  = 1 + _м и т.д. Для акустического поля в упругой среде, в которой распространяется акустическая волна, можно ввести поля упругих напряжений, смещения частиц среды, скоростей частиц среды и т.д.

3. Проблематика теории физических полей

Информация об эксплуатационных свойствах изделий получают из измерений поля физических величин.

Есть ряд экспериментальных методов, в которых осуществляется контролируемое воздействие на исследуемый объект и по реакции (отклику) объекта на это воздействие судят о свойствах объекта. Примером являются акустические методы измерения, когда исследуемый объект облучается ультразвуком заданной частоты и амплитуды. Весьма широкое применение получили электромагнитные методы диагностики качества изготовления изделий и контроля их эксплуатационных параметров.

Свойства вещества расшифровываются из анализа характеристик отклика и затем эти свойства выражаются теми или иными макроскопическими феноменологическими коэффициентами. Например, в процессе эксплуатации продуктопровода эксплуатационные характеристики труб могут изменяться вследствие коррозии, механического воздействия, значительных градиентов температуры и т.п. Это приводит к изменению характеристик поля отклика в сравнении с эталонными характеристиками: изменяется спектр сигнала отклика, его амплитуда, фазовые отношения, возникает пространственная неоднородность сигнала отклика. Изменения могут быть связаны с возникновением разного рода дислокаций в веществе трубы, фазовых переходами 2-го рода и т.д. Характеристики отклика рассматриваются как поля физических величин. Методы контроля и диагностики решают задачу определения технологического состояния изделия в структуре отношений: изменение поля - молекулярно-кинетические и микроструктурные причины изменения поля - технологическое состояние изделия. Теория физических полей описывает и объясняет сущностное физическое содержание этих отношений, что позволяет целенаправленно осуществлять диагностику и контроль технологического состояния изделий.