106

Введение.

Все процессы, происходящие в электротехнических устройствах, в своей основе являются процессами преобразования и распространения энергии электромагнитных полей или взаимодействия зарядов и поля.

Все законы, введенные в теории электрических цепей, базируются на положениях теории поля, а величины, характеризующие режимы работы цепей, являются интегральным представлением соответствующих величин, характеризующих электромагнитное поле. Кроме того, расчет таких параметров электрической цепи, как сопротивление R, индуктивностьLи емкость С систем различной конфигурации, дает теория поля.

В большом числе случаев решение даже чисто прикладных электротехнических задач связано с необходимостью рассматривать электромагнитные поля и уравнения их описывающие. В качестве примеров можно привести огромную область передачи информации при помощи радиоволн, т. е. излучение и распространение электромагнитных волн; анализ устройств СВЧ, а также промышленных устройств высокочастотного нагрева и многие другие.

В настоящее время появилась необходимость более широкого применения методов теории электромагнитного поля при разработке элементов и устройств автоматики и вычислительной техники. Этому способствует ряд обстоятельств.

Во-первых, создание устройств вычислительной техники, основанных на новых принципах, например, оптоэлектронных, систем голографической памяти и т. п., предусматривает расчет взаимодействия поля с веществом. Во-вторых, создание сверхбыстродействующих экономичных устройств автоматики и вычислительной техники требует точного учета всех факторов, влияющих на быстродействие и потребление энергии, что невозможно без анализа картины распределения электромагнитного поля в определенных элементах устройства. В-третьих, микроминиатюризация аппаратуры привела к перераспределению объема работ в области конструирования, т. е., центр тяжести перемещается в область точного расчета и технологии из области настройки при помощи макетирования, что предусматривает определение параметров расчетным путем на основании законов электромагнитного поля.

Вместе с тем широкое внедрение методов машинного проектирования радиоэлектронных устройств требует более подробного и -полного описания процессов, происходящих в элементах устройства. Такое полное описание можно провести только на основе уравнений электромагнитного ноля. Электромагнитное поле - это вид материи, определяющийся во всех точках двумя векторными величинами, которые характеризуют две его стороны, называемые соответственно «электрическое поле» и «магнитное поле».

Электрическим полем называется одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и не зависящей от ее скорости.

Магнитным полем называется одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на движущуюся электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и ее скорости.

Глава 1. Уравнения максвелла - основные уравнения электромагнитного поля

1.1. Основные вектора, характеризующие электромагнитное поле

В качестве основных величин, с помощью которых описывается электромагнитное поле, приняты вектора, характеризующие интенсивность силового воздействия поля на неподвижные и движущиеся заряды.

Векторная величина, характеризующая электромагнитное поле и определяющая силу, действующую на заряженную частицу со стороны электрического поля, называется напряженностью электрического поля.

Напряженность электрического поля численно равна отношению силыF, действующей на заряженную частицу, к ее зарядуqи имеет направление силы, которая действует на частицу с положительным зарядом.

Векторная величина, характеризующая магнитное поле и определяющая силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называется магнитной индукцией.

Математическая форма записи закона Лоренца по существу является определением вектора магнитной индукции. Как следует из этого выражения, магнитная индукция численно равна отношению силы, действующей на заряженную частицу, к произведению заряда и скорости частицы, если направление скорости таково, что эта сила максимальна

.

Вектор магнитной индукции имеет направление, перпендикулярное к векторам силы и скорости. Положительное направление вектора совпадает с поступательным перемещением правого винта при вращении его от направления силы к направлению скорости частицыс положительным зарядомq.

При рассмотрении электромагнитного поля в свободном от частиц пространстве (пустоте) достаточно было бы этих двух величин для того, чтобы записать уравнения, описывающие все электромагнитные процессы. Для описания взаимодействия электромагнитного поля и вещества вводятся электромагнитные характеристики сплошных сред. Эти характеристики можно рассматривать как усредненные по физически бесконечно малым объемам параметры отдельных элементарных частиц:

- объемная плотность электрического заряда (q- заряд частицы) [К/м³];

- плотность электрического тока проводимости (V- скорость движения частицы с зарядомq) [А/м²];

- поляризованность [К/м²], векторная величина, характеризующая степень электрической поляризации вещества (— электрический момент элементарной частицы);

- намагниченность [А/м], векторная величина, характеризующая магнитное состояние вещества (- магнитный момент элементарной частицы).