3.3. Электромагнитное поле

Электромагнитное поле, как и любое другое, обладает энергией и импульсом. Применительно к определению энергии электромаг­нитной волны удобно расширить понятие потока (в данном случае энергии) до представления плотности потока энергии S. Понятие потока было впервые введено русским физиком Н. А. Умовым (1846—1915), который занимался и более общими вопросами есте­ствознания, в том числе связи живого в природе с энергией. Плот­ность потока энергии — это величина, определяемая электромаг­нитной энергией, проходящей через единичную площадку, пер­пендикулярную к направлению распространения волны, в единицу времени. Физически это означает, что изменение энергии внутри объема пространства определяется ее потоком.

Импульс световой волны проще определить из известной фор­мулы Эйнштейна Е = щс², в которую входит скорость света с как скорость распространения электромагнитной волны. В формуле Е = т₀с² отражена не только взаимосвязь между энергией Е и массой т, но и закон сохранения полной энергии в любом фи­зическом процессе, а не отдельно массы и энергии.

Так как энергии Е соответствует масса т, импульс электро­магнитной волны р с учетом скорости с электромагнитной волны будет равен

Е

р = тс = - .

Такое рассуждение приведено для наглядности, так как, стро­го говоря, эту формулу получить из соотношения Эйнштейна некорректно, поскольку экспериментально установлено, что масса покоя фотона как кванта света равна нулю.

С позиций современного естествознания именно Солнце как источник электромагнитного излучения обеспечивает условия жизни на Земле, и эту энергию и импульс мы можем определить физическими законами количественно. Поскольку есть импульс света, значит свет оказывает давление на поверхность Земли. Почему мы не испытываем его? Ответ заключается в приведен­ной выше формуле, в которой с имеет огромное значение. Экс­периментально давление света было обнаружено русским физи­ком П. Н. Лебедевым (1866—1912), а во Вселенной оно прояв­ляется в наличии и положении кометных хвостов. Примером, подтверждающим, что поле обладает энергией, служит передача сигналов от космических станций или с Луны на Землю. Хотя эти сигналы и распространяются со скоростью света с, но с ко­нечным временем из-за больших расстояний (от Луны сигнал идет за время, равное 1.3с, от Солнца — 7с). Вопрос: где сосре­доточена энергия излучения между передатчиком на космической станции и приемником на Земле? В соответствии с законом со­хранения она содержится именно в электромагнитном поле.

Передача энергии в пространстве может осуществляться толь­ко в переменных электромагнитных полях, когда изменяется скорость частицы. При постоянном электрическом токе создает­ся постоянное магнитное поле, которое действует на заряжен­ную частицу перпендикулярно направлению ее движения, и оно не совершает работы. В случае переменного магнитного поля, вызванного переменным электрическим полем, заряды в про­воднике испытывают ускорение вдоль направления движения и энергия может передаваться зарядам, находящимся в простран­стве вблизи проводника. Поэтому только движущиеся с ускоре­нием заряды могут передавать энергию посредством создаваемо­го ими переменного электромагнитного поля.

Введенное ранее понятие поля как некоторого распределения соответствующих величин или параметров в пространстве и вре­мени можно применять ко многим явлениям не только в приро­де, но и в экономике или социуме при построении соответст­вующих физических моделей. Необходимо только в каждом случае убеждаться, обнаруживает ли выбранная физическая ве­личина или ее аналог такие свойства, чтобы описание ее с по­мощью модели поля оказалось полезным. Важно, чтобы в этих моделях учитывалась непрерывность величин, описывающих свойства рассматриваемого поля.