1.2.Основные векторные величины, характеризующие электромагнитное поле

Силовое воздействие поля на электрические заряды и токи положено в основу определения основных векторных величин, которыми характеризуют поле: напряженности электрического поля E и индукции магнитного поля B.

1. Напряженность электрического поля – физическая характеристика электрического поля, определяющая силовое воздействие поля на неподвижный электрический заряд.

Напряженность электрического поля является векторной величиной, численно равной отношению силы, с которой электрическое поле действует на положительный зарядq, внесенный в рассматриваемую точку поля, к значению этого заряда, когда величина заряда стремится к нулю

Сила электрического поля, действующая на заряд, направлена вдоль вектора . Линия напряженности электрического поля – это линия, в каждой точке которой векторнаправлен по касательной к ней.

Под действием электрического поля происходит поляризация вещества т.е. ориентация диполей относительно векторов поля. Поляризация – это сумма всех дипольных моментов вещества, отнесенная к единице объема

Поляризация показывает, насколько вектор электрического смещения индукции в данной среде отличается от вектора электрического смещения в вакууме.

Рис.1.1

Если среда состоит из заряженных частиц (диполей), выстраивающихся по направлению приложенного электрического поля, то поляризация называется ориентационной (рис.1.1). Если среда состоит из нейтральных (в электрическом отношении) частиц, то происходит электронная поляризация, т.е. вытягивается электронная оболочка атомов. В любом случае

где ε₀ = 1/36π∙10^-9 Ф/м = 8,85 пФ/м – электрическая постоянная;

χ_э – электрическая восприимчивость;

–вектор электрического смещения:

где(1+ χ_э) = ε_r

ε_r – относительная электрическая проницаемость;

ε = ε₀ ε_r – абсолютная электрическая проницаемость;

–материальное уравнение для векторов электрического поля.

2. Магнитная индукция – это физическая характеристика магнитного поля, определяющая силовое воздействие на движущийся заряд.

Магнитная индукция – векторная величина, характеризующая магнитное поле в каждой его точке.

Численно магнитную индукцию поля можно определить по механической силе, действующей на движущийся заряд, либо на элемент проводника с током:

Направление силы находят по правилу векторного произведения

(). Механическая силамаксимальна, если вектор скоростиv перпендикулярен вектору индукции B.

Для заряда q, движущегося со скоростью v во внешнем поле:

С вектором магнитной индукции напряженность магнитного поля связана соотношением:

где μ = μ₀ μ_r – абсолютная магнитная проницаемость,

μ₀ = 4π∙10^-7 Гн/м – магнитная постоянная,

μ_r = (1 + χ_M) -– относительная магнитная проницаемость,

–намагниченность, равная сумме магнитных моментов атомов в единице объема вещества:

Намагниченность пропорциональна напряженности приложенного поля:

где χ_М – магнитная восприимчивость._.

1.3. Виды плотности тока

Электрический ток создает магнитное поле как составную часть

электромагнитного поля. Различают токи проводимости, смещения и

переноса.

1. Вектор плотности тока проводимости

образуется движением зарядов в проводящей среде под действием постоянного или переменного во времени поля напряженностью . Он сопровождается выделением тепла по закону Джоуля-Ленца.

2. Вектор плотности тока переноса

образуется заряженными телами и частицами, движущимися в непроводящей среде или в вакууме со скоростью .

3. Вектор плотности тока смещения

наблюдается только в переменном во времени поле.

6. Вектор плотности полного тока

при

Линии плотности полного тока всегда замкнуты

Общим свойством для всех видов тока является создание магнитного поля.

Классификация сред.

Классификация сред проводится в зависимости от поведения макроскопических параметров ε, μ, σ.

По зависимости ε, μ, σ от координаты среды делятся на однородные и неоднородные.

Если макроскопические параметры среды не зависят от координаты, то среда однородная.

Макроскопические параметры ε, μ, σ в большинстве случаев можно считать не зависящими от величины векторов поля. Материальные уравнения оказываются при этом линейными. Соответственно этому употребляется выражение «линейные среды». Однако существуют и имеют важное техническое значение среды, отличающиеся заметной зависимостью макроскопических параметров от векторов поля. Их называют «нелинейными». В электротехнике, как известно, распространены ферромагнетики – вещества, магнитная проницаемость которых значительно и сложным образом зависит от магнитного поля. Им аналогичны сегнетоэлектрики, обладающие сходной зависимостью диэлектрической проницаемости от электрического поля. Нелинейность ряда сред проявляется в сильных полях.

До сих пор говорилось лишь о так называемых изотропных средах, свойства которых одинаковы для полей любых направлений.

Однако существуют среды, проявляющие разные свойства в зависимости от направления поля, они называются анизотропными.

Разделим также среды на проводники и диэлектрики. Для такого разделения сред необходимо ввести определенный критерий.

Идеальным проводником назовем среду, в которой существует только ток проводимости, а в идеальном диэлектрике существует только ток смещения. Для реальных сред эти условия отображаются следующими неравенствами:

если то среда – реальный проводник, если– реальный диэлектрик.

Вопросы для самопроверки

1. Что изучает теория электромагнитного поля?

2. Назовите свойства и особенности электромагнитного поля.

3. Какие величины характеризуют электромагнитное поле?

4. Как можно графически представить электрическое поле двух зарядов?

5. Что называют точечным зарядом?

6. Как определяют напряженность поля, созданного несколькими зарядами?

7. Укажите размерности величин, характеризующих электромагнитное поле.