42. Взаимосвязь электрических и магнитных полей.

• Первое уравнение Максвелла. Звучит следующим образом: циркуляция вектора напряженности магнитного поля по замкнутому контуру равна полному току, пронизывающему этот контур. . Т.о. физический смысл: магнитное поле в некоторой области пространства связано не только с токами проводимости, протекающими в этой области, но и с изменением электрического поля во времени в этой области(токами смещения). Это означает, что циркуляция вектора   по контуру L равна сумме токов проводимости и смещения. ;

- первое уравнение Максвелла в интегральной форме.

• Второе уравнение Максвелла - это обобщение закона индукции Фарадея для диэлектрической среды в свободном пространстве , где Ф – поток магнитной индукции, пронизывающий проводящий контур и создающий в нем ЭДС. ЭДС создается не только в проводящем контуре, но и в некотором диэлектрическом контуре в виде электрического тока смещения. Физический смысл второго уравнения Максвелла состоит в том, что электрическое поле в некоторой области пространства связано с изменением магнитного поля во времени в этой области. То есть переменное магнитное поле возбуждает вихревое электрическое поле.

• Третье уравнение Максвелла. Закон сохранения заряда. Третье уравнение Максвелла определяет источники электрического поля. Физический смысл этого уравнения состоит в том, что электрическое поле в некоторой области пространства связано с электрическим зарядом внутри этой поверхности.

• Исходным для этого уравнения является уравнение Гаусса, которое говорит о том, что поток вектора  через замкнутую поверхность S равен заряду Q, заключенному в данной поверхности: ; Q= , где ρ – объемная плотность заряда.

- третье уравнение Максвелла в интегральной форме.

• Четвертое уравнение Максвелла устанавливает отсутствие магнитных зарядов и то, что магнитные силовые линии всегда замкнуты. В интегральном виде этот факт записывается в виде уравнения . Поток вектора магнитной индукции через замкнутую поверхность равен нулю, поскольку магнитных зарядов одного знака в природе не обнаружено.

Тема 2.

43. Электромагнитные волны.

Максвелл ввел в физику понятие вихревого электрического поля и предложил новую трактовку закона электромагнитной индукции, открытой Фарадеем в 1831 г.:

Всякое изменение магнитного поля порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, силовые линии которого замкнуты.

Максвелл высказал гипотезу о существовании и обратного процесса:

Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле.

Из теории Максвелла вытекает ряд важных выводов:

1. Существуют электромагнитные волны, то есть распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы и перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

2. Электромагнитные волны распространяются в веществе с конечной скоростью

. Здесь ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε₀ и μ₀ – электрическая и магнитная постоянные: ε₀ = 8,85419·10^–12 Ф/м, μ₀ = 1,25664·10^–6 Гн/м.

Длина волны λ в синусоидальной волне сввязана со скоростью υ распространения волны соотношением λ = υT = υ / f, где f – частота колебаний электромагнитного поля, T = 1 / f.

Скорость электромагнитных волн в вакууме (ε = μ = 1): .

Скорость c распространения электромагнитных волн в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных.

Тогда задумались, что за волны представляет свет? Свет – электромагнитная волна. Могут иметь частоты от 0 до бесконечности. Все они имеют одинаковую природу и одинаковую скорость.

Диапозон делится на:

10⁶ – широковиз.

10⁷ – коротковолновый.

10⁸ – видео-частоты.

10⁹-10¹² – микроволновый.

10¹²-10¹⁴ – инфракрасный (тепловое излучение).

10¹⁴-10¹⁵ – видимый.

10¹⁵-10¹⁷ – ультрафиолетовое.

10¹⁸ – рентгеновское.

10¹⁹ – гамма-излучение.