Билет№1.
Материальность электромагнитного поля (ЭМП).
Взаимосвязь электрического и магнитного полей обусловливает распространение электромагнитного поля в пространстве. Представим себе, что по проводнику течет переменный электрический ток. Тогда вокруг этого проводника существует переменное магнитное поле В (рис. 126). Это поле, в свою очередь, создает переменное электрическое поле Е в соседних участках пространства. Затем переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, которое снова вызывает появление переменного электрического поля и т.д.. Итак, распространяясь на все новые участки пространства, электромагнитное поле перемещается из областей, где оно только существовало. Скорость распространения электромагнитного поля равна примерно 300 000 км / с.
Таким образом, электромагнитное поле может существовать самостоятельно, не будучи связанным с зарядами и токами. А это является убедительным доказательством материальности электромагнитного поля. В материальности электромагнитного поля убеждает и тот факт, что оно имеет определенную энергию. Распространение в пространстве электромагнитного поля, в котором напряженность электрического и индукция магнитного полей изменяются периодически, называется электромагнитной волной. Векторы напряженности Е и магнитной индукции В в электромагнитной волне в любой точке пространства всегда взаимно перпендикулярны, так как линии напряженности электрического поля охватывают линии индукции магнитного поля.
В 1865 г. Максвелл теоретически предсказал существование электромагнитных волн, открытых впоследствии Герцем. Из теории Максвелла следовало, что свет имеет электромагнитную природу — это электромагнитные волны с длиной около 10-7 м. Максвелл показал, что электромагнитная волна переносит определенную энергию, при падении на препятствие она должна оказывать давление. Теория позволяла, в частности, вычислить давление света на поглощающую или отражающую поверхность. Давление электромагнитных волн означает, что электромагнитное поле переносит вместе с энергией определенный импульс. Электромагнитная волна может оказывать и вращающее действие на препятствие. Все это доказательства материальности электромагнитного поля.
2. Электростатическое экранирование.
Если в электрическое поле внести проводник, то в результате поляризации электроны в нем начнут перемещаться в сторону положительно заряженной пластины и на части проводника, обращенной к этой пластине, возникает отрицательный потенциал, а противоположная часть поверхности проводника окажется заряженной положительно. Положительная и отрицательная части проводника создают свое собственное вторичное поле, которое равно внешнему и имеет направление противоположное ему.
Следовательно, внешнее электрическое поле и внутреннее поле создаваемое проводником, компенсируют друг друга во всех точках внутри тела проводника. Этим и объясняется распределение зарядов только на поверхности проводника.
Внутри проводника поле отсутствует (рис. 1).
Рис.1. Электрическое поле внутри проводника.
В самом деле, поскольку всюду внутри металлического тела поле равно нулю, то достаточно поместить в его внутренней полости устройство, подверженное влиянию электростатического поля и тем самым исключить влияние поля на это устройство. В этом случае эффективность экранирования оказывается независимой ни от формы экрана, ни от толщины его стенок, ни от металла, из которого он изготовлен.
Поместим заряд +q в центре сферической металлической оболочки (рис. 2).
Рис. 2. Заряд в центре металлической оболочки.
На внутренней поверхности оболочки возникают заряды –q, а на внешней - +q, и экран оказывается не эффективным. Однако, если теперь подключить металлическую оболочку к земле (к корпусу) (рис. 3), то это приведет к тому, что заряды, находящиеся на внешней поверхности оболочки, стекут на землю (корпус), т.к. он обладает очень большой емкостью, вне оболочки поле окажется равным нулю.
Рис. 3. Заземленная металлическая оболочка.
Таким образом электростатическое экранирование по существу сводится к замыканию электростатического поля на поверхность металлического экрана и отводу электрических зарядов на землю (рис.3).
Если между элементом А, создающим электрическое поле, и элементом Б, который необходимо защитить от этого поля, поместить экран Э, соединенный с землей, то этот экран будет перехватывать электрические силовые линии, защищая Б.
Заземление электростатического экрана является необходимым элементом при реализации электростатического экранирования. При этом заземлитель желательно выполнять короткими широкими шинами с малой индуктивностью. Применение металлических экранов позволяет практически полностью устранить влияние электростатического поля.
Основной задачей экранирования электрических полей является снижение емкостной связи между источником наводки и защищаемым устройством. Следовательно, эффективность экранирования определяется в основном отношением емкостной связи между источником наводки и защищаемым элементом до и после установки заземленного экрана. Поэтому любые действия, приводящие к снижению емкостной связи, увеличивают эффективность экранирования.
Билет 2
1. Векторы ЭМП и основные физические величины.
2. Стационарное электрическое поле постоянных токов. Основные уравнения
Билет 3