Вопрос 35. Основные законы электродинамики. Электромагнитное поле

• Основные законы теории электромагнетизма

Teopия электромагнитного поля (ЭМП) исходит прежде всего из единства электрического (ЭП) и магнитного (МП) полей – каждый из этих объектов есть разные проявления одной и той же реальности. Свидетельством этого единства выступаеют прежде всего законы электромагнитной индукции (ЭМИ) и полного тока (ЗПТ). Соотношения, количественно описывающие эти закономерности (см. лекции 9 и 10):

были положены Максвеллом в основу теории ЭМП. ЗПТ, формулируемый следуя закону Био-Савара, здесь записан для магнитной индукции и тока свободных зарядов, задаваемого непрерывно, т.е. плотностью тока j, к-рый протекает сквозь поверхность S, опирающуюся на контур L. B этoй формулировке ЗПТ мог применяться, однако, только для проводящих сред (т.е. для вещества, в к-ром д-ны быть свободные ЭЗ). Максвелл провёл обобщение этой закономерности, предположив, что МП в иных средах (т.е., по преимуществу в диэлектриках) создаётся также движением связанных ЭЗ. Известно, что в диэлектрике возможна поляризация (возникновение и /или/ поворот элементарных /атомарных/ диполей) – наведение внутреннего ЭП в условиях приложенного извне ЭП. Поляризация и внутреннее ЭП описывается вектором поляризованности для различения вклада приложенного извне поля и действующего в среде диэлектрика поля вводится вектор электрич. индукции (смещения) С поляризационным движением ЭЗ Максвелл связал ток смещения плотность тока смещения равна скорости изменения вектора смещения. В обобщённой формулировке ЗПТ (2-ое ур-ние теории ЭМП) выглядел так: МП в веществе порождается током свободных и током связанных ЭЗ (током смещения Систему основных ур-ний ЭМП (уравнений Максвелла) дополнили формулировки законов Гаусса для вектора смещения и вектора магнитной индукции: а также материальные уравнения: (здесь - вектор намагничения, в 3-ем ур-нии /дифференциальной записи закона Ома / проводимость, напряжённость поля сторонних сил). В формулировке (4) величина заряда Q определяется его объёмной плотностью внутри поверхности сквозь к-рую определяется поток

Электромагни́тное по́ле — фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, представимое как совокупность электрического и магнитного полей, которые могут при определённых условиях порождать друг друга.

Вопрос 36. Перенос энергии электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга. Поток электромагнитного поля вдоль проводника с током

• Фундаментальное значение системы уравнений Максвелла (1) - (4) определяется тем, что в них раскрыта взаимосвязь между ЭП и МП - изменение одного из них обусловливает возникновение и проявление другого, тем самым установлено их единство. Физическая суть системы УМ ещё и в том, что ими выражен закон сохранения энергии ЭМП ¾ следуя УМ, формулируется соотношение, связывающее мощность источника ЭДС с мощностью ЭП и МП в элементах электрической цепи, в к-рой за счёт источника ЭДС изменяется ЭМП. Смысл этого соотношения таков: в единице объёма за единицу времени работа сторонних сил в источнике ЭДС идет на покрытие джоулевых потерь в цепи, на увеличение ЭМ энергии и на покрытие убыли энергии, вытекающей наружу. Такой формулировкой указывается ¾ в электрич. цепи, где изменяется ток, обязательно д-но происходить испускание энергии ЭМ поля. Этот процесс характеризуется особой величиной - вектором Пойнтинга Вектор Пойнтинга выражает плотность энергии ЭМП, проходящую ч/з единицу поверхности в направлении, нормальной к ней, за единицу времени; 1Вт/м². В ЭМ поле, т.о., возможен перенос энергии, и эта закономерность отражена системой УМ.

• Когда по проводнику идет ЭТ, в каждом участке проводника выделяется теплота. Очевидно, выделяющаяся энергия д-на кaк-то транспортироваться от источника к данному участку. Оказывается, существует стационарный поток ЭМ поля в прострaнcтве вокруг проводника, описываемый вектором Пойнтинга. Электрич. поле вдоль проводника (рис.1) имеет тангенциальную вдоль проводника) и нормальную перпендикулярно к его поверхности) составляющие (одной обусловлено течение тока вдоль проводника, другая зависит от поверхностных ЭЗ). Магнитное поле направлено по касательной к силовым линиям, замыкающимся вокруг проводника с ЭТ, задаваемым плотностью Получается, что существуют две составляющие потока ЭМ энергии - внутрь проводника из диэлектрика (или вакуума) его окружающего и вдоль проводника. Втекающая в проводник энергия превращается в нём в теплоту (рассчитываемую, следуя известному закону Джоуля: теплота, выделяемая в проводнике и характеризуемая мощностью P, пропорциональна квадрату силы тока I и сопротивлению R) ¾ чем меньше сопротивление R, тем меньше поток (т.е., величина S). На участке со сторонними силами поток S направлен из устройства источника наружу. T.o., соединительные проводники в электрич. цепях или провода в технических транспортных электросетях, являются лишь направляющими элементами («ведущими» ЭМ поле), вдоль к-рых от источника передаётся энергия ЭМ поля.