41. Взаимосвязь электрического и магнитного полей.

Электрическое и магнитные поля тесно связаны между собой. В природе существует электромагнитное поле - чисто электрические и чисто магнитные поля являются лишь его частными случаями. Изменяющиеся электрические и магнитные поля индуктируют друг друга.(под изменением поля надо понимать не только изменение его интенсивности, но и движение поля как целого).Взаимное индуктирование электрического и магнитного полей происходит в пространстве с огромной скоростью /со скоростью света/ и представляет собой распространение электромагнитных волн. Такими электромагнитными волнами являются радиоволны, свет - инфракрасный, видимый, ультрафиолетовый, а также рентгеновские и гамма-лучи. Поэтому многие эффекты, описанные в этом разделе, имеют аналоги и в оптике, и, наоборот, "оптические" эффекты широко применяются в радиотехнике, особенно в диапазоне СВЧ (например, эффект Фарадея).Магнитное поле может быть создано постоянными магнитными, переменными электрическим полем и движущимися электрическими зарядами, в частности теми, которые движутся в проводнике, создавая электрический ток. Основной характеристикой электрического поля является напряженность, определяемая через силу, действующую на заряд. Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции, также определяемый через силу, действующую на заряд в магнитном поле. На неподвижные заряды магнитное поле вообще не действует. Движущийся заряд магнит не притягивает и не отталкивает, а действует на него в направлении, перпендикулярном к полю и к скорости заряда. Сила, действующая на заряд в этом случае, называется силой Лоренца. При движении зарядов в магнитном поле не вдоль линии этого поля из -за силы Лоренца траектория их движения будет представлять собой спираль. Чем сильнее поле, тем меньше радиус этой спирали. Период обращения заряда не зависит от скорости движения, а только от отношения величины заряда к массе заряженной частицы. В случае перпендикулярности силовых линий магнитного поля плоскости движения заряженной частицы она начинает двигаться по кругу, причем радиус этого круга зависит от напряженности магнитного поля.

42.Скорость распространения электромагнитных полей

Электро­магнитные поля могут су­ществовать в виде электромагнитных волн. Фазовая скорость электромагнитных волн определяется выражением где

В вакууме скорость распространения электромагнитных волн совпадает со скоростью с. v=(1/sqrt(00))*(1/sqrt())=c/sqrt() (1)получается результат, достаточно хорошо совпадающий с эксперименталь­ными данными. Совпадение же размерного коэффициента в (1) со скоростью распространения света в вакуу­ме указывает на глубокую связь между электромагнитными и оптическими явле­ниями, позволившую Максвеллу создать электромагнитную теорию света, согласно которой свет представляет собой электро­магнитные волны.

43. Перенос энергии электромагнитным полем. Вектор Умова – Пойнтинга.

Электромагнитные волны переносят энергию из одной точки пространства в другую за конечное время из-за конечности скорости распространения электромагнитной волны, равной скорости света в той среде, где она распространяется. Энергия W электромагнитной волны внутри некоторого объёма V определяется плотностью энергии w электромагнитного поля волны в соответствии с выражением: W=<V>wdV (1.22). Плотность энергии электромагнитной волны находится в связи с плотностью потока энергии, импульса, связанных с феноменом давления электромагнитных волн.. Если среда неподвижна и проводимость( σ=0),то токи проводимости=0, т к эти токи пропорциональны проводимости: j =σE . В частном случае однородных сред распространения в соответствии с материальными уравнениями=εε₀ E и B =μμ₀H объёмная плотность энергии электромагнитной волны может быть рассчитана по формуле w=(1/2)*(( εε₀E ²)+( μμ₀H ²)) или в другом виде w=(1/2)[( E,D)+( H, B)]. Получим для объёмной плотности энергии плоской гармонической волны: w=w_E+w_H где:1 ) w_E - объёмная плотность энергии электрического поля w_E=(1/2)*εε₀(E,E)=(1/2)*(E,D)=(1/(2εε₀))(D,D) 2) w_H- объёмная плотность энергии магнитного поля w_H=(1/2)* μμ ₀(H,H)=(1/2)*(H,B)=(1/(2 μμ ₀))(B,B)

Используя соотношения между амплитудами и фазами векторов напряжённости электрического и магнитного полей плоской гармонической электромагнитной волны, получаем, что w_E=w_H. В этом случае w_E=w_H и w=2w_E=2w_H=εε₉E²= μμ₀H²=DB= εε₉Eμμ₀H . Отсюда следует вывод, что энергия электромагнитной волны делится поровну между её электрической и магнитной составляющими. Произведение плотности её энергии на скорость wv_F=EH=S определяет физическую величину, называемую плотностью потока энергии S, переносимой плоской электромагнитной волной. Если известна плотность потока энергии S электромагнитной волны, можно найти плотность энергии w=E*H*√(μμ₀εε₀)=(1/v_P)*E*H=S/v_P Плотность потока энергии на самом деле S электромагнитной волны, является векторной величиной, а направление - направлением распространения волны.

Вектор Умова — Пойнтинга — вектор плотности потока энергии электромагнитного поля, одна из компонент тензора энергии-импульса электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга S можно определить через векторное произведение двух векторов:

S=(c/4) [E*H](в системе СГС),

S=[E*H] (в системе СИ),где E и H — векторы напряжённости электрического и магнитного полей соответственно. Модуль вектора Пойнтинга равен количеству энергии, переносимой через единичную площадь, нормальную к S, в единицу времени. Своим направлением вектор определяет направление переноса энергии.