- •2.10. Полная система уравнений Максвелла.
- •На основе уравнений Максвелла можно сделать заключение о свойствах электромагнитного поля:
- •2.11 Классификация электромагнитных сред.
- •2.12 Уравнения Максвелла и сторонние токи.
- •Раздел 3. Граничные условия.
- •3.1 Неприменимость уравнений Максвелла в дифференциальной форме на границе раздела диэлектрических сред.
- •3.2. Граничные условия для векторов электрического поля Условия для нормальных составляющих векторов е и d. Поверхностные заряды.
- •3.3.Условия для касательных составляющих вектора e и d
- •3.6. Полная система граничных условий.
- •4.2. Плотность энергии электромагнитного поля.
4.2. Плотность энергии электромагнитного поля.
Из предыдущего параграфа известно, что запас электромагнитного поля в объеме V:(1)
Правую часть можно представить в виде двух слагаемых, одно из которых зависит только от электрического поля, а другое только от магнитного.
; (2)
Так как энергии представлены в виде интегралов по объему, то подынтегральные выражения можно трактовать как объемную плотность энергий, а их сумму — как объемную плотность энергии электромагнитного поля.
; (3)
(4)
Принцип суперпозиции, которому удовлетворяют векторы электромагнитного поля, не распространяется на энергию электромагнитного поля.
Пусть в объеме V существует независимо два электромагнитных поля. Энергия суммарного электромагнитного поля:
(5)
,
где W12 — взаимная энергия электромагнитного поля. Она может быть как положительной, так и отрицательной, т.е. суммирование электромагнитных полей может приводить как к увеличению энергии результирующего поля, так и к уменьшению ее. Если электрический и магнитный вектора, суммируемых полей, взаимно ортогональны, то очевидно, что взаимная энергия будет равна нулю. В случае переменных процессов электромагнитная энергия непрерывно изменяется. Эти изменения в каждой точке можно описать следующим соотношением:
(6)
Так как левая часть и первое слагаемое есть подынтегральные выражения, то их можно трактовать объемной плотностью мощности сторонних источников и сторонних потерь.
(7)
(8)
Соотношение (8) есть дифференциальная форма теоремы Пойнтинга.
4.3. Скорость распространения энергии электромагнитных волн.
В пространстве, в котором распространяется электромагнитная энергия, выделим энергетическую трубку (некий протяжный объем, на боковой поверхности которого вектор Пойнтинга равен нулю).
Тогда скорость распространения энергии:
(1)
Энергию, заключенную между торцами S и S1:
(2),
где w — объемная плотность энергии, а S’ — среднее сечение.
Если промежуток t взять достаточно малым, чтобы не успел измениться, то энергию:
(3)
Приравняем (2) к (3) и выразим . Получим:
(4)
Найдем предел от соотношения (4) при t0. Получим:
(5)
Получили общее выражение для величины скорости распространения энергии. Если предположить, что векторы и , а стало быть, и неизменны в пределах поперечного сечения цилиндра, то в этом случае, векторы исовпадают по направлению распространения энергии.
(6)