2. Структура гармонического электромагнитного поля.

Вектор электромагнитного поля ( ) представляет собой геометрическую сумму двух линейных гармонических колебаний с одинаковой угловой частотой () и разностью фаз π/2, амплитуды и направления которых определяются векторами и :

= ·cos ωt + ·cos (ωt + π/2). (4)

Два линейных гармонических колебаний разных направлений, амплитуд и фаз при одинаковой частоте при сложении дают плоское электромагнитное колебание. Таким образом, в общем случае гармоническое электромагнитное поле оказывается эллиптически поляризованным. Каждый электромагнитный вектор за один период описывает в пространстве плоский эллипс, лежащий в плоскости векторов и .

Гармоническое электромагнитное поле связано с наличием в

нем индуктивных и емкостных эффектов. Эти эффекты и обуславливают комплексный характер величин компонент поля.

Индуктивные и емкостные эффекты порождают в определенных условиях эллиптическую поляризацию электромагнитного поля, а, следовательно, и сдвиги фаз между различными компонентами поля.

Индуктивные и емкостные эффекты, будучи проявлениями вихревой природы электромагнитного поля, обуславливают многообразие методов электрической разведки.

Преимущества индуктивных методов электроразведки перед методами на постоянном токе заключаются в возможности получения большей информации об искомых объектах и вмещающих породах. Кроме удельного сопротивления горных пород получают информацию об их электрической и магнитной проницаемости ε и μ.

В методах, использующих переменные электромагнитные поля, глубина исследования уменьшается с увеличением частоты поля.

3. Элементы теории электромагнитного поля.

Изменение электрических состояний частиц или зарядов во времени и в пространстве порождает электрические токи, которые всегда сопровождающиеся магнитными полями. Так возникают электромагнитные поля, которые в вакууме при высокой частоте характеризуются полным равноправием магнитного и электрического полей.

В природе существуют одиночные электрические заряды и отсутствуют одиночные магнитные заряды. Магнитные диполи в природе существуют.

Фундаментальные законы физики, лежащие в основе теории электромагнитных полей.

Закон сохранения электрических зарядов гласит:

электрический ток J через замкнутую поверхность S, ограничивающую объем V, равен убыванию со временем t находящегося в этом объеме суммарного заряда «е», т.е.

J = - , (5)

где J – плотность тока.

Закон сохранения энергии гласит: энергия любой замкнутой материальной системы при сумме всех процессов происходящих в системе, сохраняется, превращаясь из одного вида или формы в другой вид или форму.

Закон сохранения электромагнитной энергии гласит: поток электромагнитной энергии через замкнутую поверхность S, ограничивающую объем V, равен сумме выделяемых в этом объеме тепловой (Q), электромагнитной (U) и сторонней (A) энергий за единицу времени, т.е.

, (6)

где S_n – нормальная составляющая потока электромагнитной энергии через замкнутую поверхность S.

Закон сохранения электромагнитной энергии может быть выражен также вектором Умова - Пойнтинга в виде:

. (7)

Вектор Умова – Пойнтинга указывает, что энергия в пространстве движется по направлению, которое всегда перпендикулярно векторам напряженностей электрического и магнитного полей. Параметр с есть скорость света.

Универсальность основных законов сохранения энергии и зарядов позволяет их применять для изучения земных процессов и, следовательно, считать основные уравнения электродинамики вполне приемлемыми для описания электромагнитного состояния земных недр.