1.3. Распространение электромагнитных полей в вакууме и других средах
Электромагнитное поле представляет собой один из видов материи и состоит из неразрывной совокупности, непрерывно изменяющихся во времени и пространстве взаимосвязанных электрических и магнитных составляющих. Характерная особенность электромагнитного поля - непрерывное распространение его в окружающей среде во все стороны пространства от точки возникновения. При этом в вакууме электромагнитное поле распространяется со скоростью света приближенно равной с=3·108м/cек.
В изотропной среде с постоянными во времени параметрами εа, и μа скорость распространения электромагнитного поля(v) определяется выражением:
, (1.2)
где
εа – абсолюное значение диэлектрической постоянной среды, в которой распространяется электромагнитное поле,
εо – значение диэлектрической постоянной для вакуума,
ε=εа/εо – относительная диэлектрическая постоянная среды, в которой распространяется электромагнитное поле,
μа – абсолютное значение магнитной проницаемости среды, в которой распространяется электромагнитное поле,
μо – значение магнитной проницаемости для вакуума,
μ=μа/μ0 – относительное значение магнитной проницаемости среды.
В тех случаях, когда среда, в которой распространяется электромагнитное поле, анизотропна, то есть ее параметры не одинаковы в различных направлениях, для описания ее свойств обычно используется тензоры диэлектрической и магнитной проницаемости среды.
При распространении электроэнергии вдоль проводов без изоляции, находящихся в свободном воздушном пространстве, значения ε и μблизки к единицы и электромагнитная энергия практически передается от электростанции к потребителю со скоростью света в вакууме. При использовании проводов, покрытых диэлектриком скорость распространения электромагнитного поля уменьшается и определяется выражением:
V=
, (1.3)
где ε – относительная диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика, покрывающего провода.
Аналогично при передаче электроэнергии по силовым экранированным кабелям, заполненным пластическим материалом с μ=1, ε =9…16 скорость передачи энергии уменьшается соответственно в 3 …4 раза.
Среды, в которых распространяются электромагнитные поля, в общем случае могут быть как линейными, так и нелинейными. При этом их параметры могут оставаться постоянными или изменяться во времени (параметрические среды), а также изменяться под воздействием интенсивного электромагнитного поля (нелинейные среды). Кроме этого параметры реальных сред непрерывно и случайным образом изменяются во времени. Соответственно непрерывно изменяются и напряженности электрической и магнитной составляющих поля. Естественно непрерывно случайным образом изменяются во времени и скорость распространения электромагнитной волны. Таким образом, в общем случае скорость распространения электромагнитного поля в реальных средах является случайной величиной. Соответственно при решении теоретических задач необходимо учитывать особенности распространения электромагнитного поля в различных материальных анизотропных средах с изменяющимися во времени случайным образом параметрами.