Лекция Уравнения Максвелла План лекции
Опыты Эрстеда (1820 г.) и Фарадея (1831 г.), взаимосвязь между электрическими и магнитными полями.
Фарадеевская и Максвелловская трактовки явления электромагнитной индукции.
Основные законы электрического и магнитного полей.
Обобщенный закон электромагнитной индукции Фарадея.
Ток смещения
Закон полного тока.
Система уравнений Максвелла в интегральной форме.
Уравнения Максвелла в дифференциальной форме
Выводы. Значения теории Максвелла.
Уравнения Максвелла. Электромагнитные волны.
Это фундаментальные уравнения классической электродинамики, описывающие электромагнитные явления в любой среде (и в вакууме). Сформулированы Максвеллом в 1860 – 1865 годах на основе обобщения эмпирических законов электрических и магнитных явлений и развитие идей английского ученого Фарадея о том, что взаимодействие между электрически заряженными телами осуществляется вследствие электромагнитного поля. Современная форма уравнений Максвелла дана немецким физиком г. Герцем и английским физиком О. Хэвисайдом.
Этот шаг был подготовлен многими исследователями, в первую очередь: М. Фарадей, Ш. Кулон, А. Ампер, Г. Эрстед, Ж. Био, Ф Саварр, П. Лаплас.
Опыты Эрстеда и Фарадея создали основу, на которой построены законы Максвелла.
Опыты Опыт Эрстеда (1820 год)
Для опыта берется проволока и вольтовая батарея. Подсоединим батарею. Магнитная игла выходит из своего первоначального положения. На магнит действует сила, перпендикулярная к плоскости кольца. Опыт показывает связь между магнетизмом и электрическим током. Сила взаимодействия между магнитом и проволокой не лежит вдоль линии, связывающей магнит и проволоку. Сила перпендикулярна этой линии.
В момент возникновения тока появляется сила. Всякий ток связан с магнитным полем. (движениями зарядов). Изменяющееся электрическое поле сопровождается магнитным полем.
Силовые линии магнитного поля замыкаются вокруг изменяющегося электрического поля (ток – это переменное электрическое поле).
Обнаружим, что провод, замыкающий клеммы вольтовой батареи, влияет на расположенный поблизости магнит.
Эрстед обнаружил, что и электрическое возмущение (ток) действует вращательным образом – магнит, помещенный вблизи провода с током, стремиться установиться перпендикулярно проводу, а при обносе вокруг провода, он всегда указывает вперед одним и тем же концом.
(Обносить провод магнитом – стрелкой)
Связь между электрическим током и линиями магнитной индукции – по правому винту:
Опыт Фарадея (1831 год)
Для опыта берется соленоид, магнитный стержень, прибор для обнаружения тока.
Соленоид – замкнутая цепь.
Магнитный стержень около соленоида – тока нет. Приближаем или удаляем стержень – появляется ток. Переменное магнитное поле – создает электронами ток, электрическое поле.
Изменяющееся магнитное поле сопровождается электрическим током.
Силовые линии электрического поля замкнуты вокруг магнитного поля. Используется правило левого винта.
Опыты Эрстеда и Фарадея создали основу, на которой построены законы Максвелла, установив, таким образом, теснейшую взаимосвязь между электрическим и магнитным полем.
Изменение одного поля можно связать с изменением другого поля в точке пространства в любой момент времени.
Максвелл идет следующим путем: