Электродинамика и магнетизм

Раздел 1. Электрические заряды. Электрическое поле.

1. Классический и квантовый подход к описанию электромагнитных явлений. Заряд и его фундаментальные свойства – сохранения и квантование заряда.

В основе данной теории лежат полевые представления, электрическое поле (Максвелл, силовые линии). Электрическое поле определяется зарядом, но существовало множество теорий электрического поля. Заряд и электрической поле неделимы.

Свойства электрического поля и заряда:

1. Электрическое и магнитное поля неразделимы. Но в каких-то частных случаях их условно можно исследовать отдельно.

2. Заряды существуют в двух формах: положительные и отрицательные. Это деление условно.

3. Электрические заряды совпадают по величине (до двадцатого знака после запятой) и противоположны по знаку.

4. Заряды не возникают из ничего и не исчезают бесследно. Отсюда следует закон сохранения заряда.

5. Заряд инвариантен ко всем преобразованиям координат.

6. Электрическое поле “без дыр”, сплошное.

7. Электрическое поле материально, то есть обладает энергией, импульсом и массой.

8. Электрическое поле зарядов потенциально, то есть работа не зависит от формы пути (траектории).

Существует два метода исследования электрического поля и зарядов: классический и квантовый.

Классический подход Величина заряда может быть любой. Расстояние между зарядами можно измерять с любой точностью независимо от зарядов. Классического подхода достаточно для решения прикладных задач.

Квантовый подход Величина заряда должна быть кратна элементарному, то есть она дискретна. Существует принцип неопределенности, то есть мы можем определить расстояние между зарядами (точечными) лишь с некоторой вероятностью. Частицы носят и волновой и корпоскулярный характер (и волна, и частица). Квантовый подход необходим для сложных исследование, например, для изучения распределения электронов внутри твердых тел.

Закон сохранения заряда: В замкнутой системе заряд есть величина постоянная.

Замкнутая система – это система, через границу которой не должен проходить заряд или силовые линии.

2. Закон Кулона. Принцип суперпозиции электростатических полей.

Законы электромагнетизма:

1. З акон Кулона: сила взаимодействия двух точечных зарядов направлена по прямой, соединяющей эти заряды и численно равна: где – коэффициент пропорциональности, который в системе СИ равен

В векторной форме: .

Если заряды одноименные, то

Если заряды разноименные, то

2. Принцип суперпозиции:

Если на точечный заряд действует несколько зарядов,

то

3. Также можно получить: . Следовательно, получим способ измерения заряда через эталонный ( .