- •35. Самостоятельный газовый разряд, его типы и применение.
- •36. Плазма, ее свойства и применение.
- •37. Магнитное поле. Опыты Эрстеда. Магнитный момент витка с током.
- •38. Вектор магнитной индукции. Его связь с магнитной напряженностью.
- •39. Графическое изображение магнитного поля. Отличие линий магнитного поля от линий электростатического поля.
- •40. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле прямого тока.
- •41. Закон Био-Савара-Лапласа. Магнитное поле в центре кругового проводника с током.
- •42. Взаимодействие проводников с током. Закон Ампера.
- •43. Магнитное поле движущегося заряда.
- •44. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.
- •45. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Ускорители элементарных частиц.
- •46. Эффект Холла.
- •47. Циркуляция вектора магнитной индукции. Ее сравнение с циркуляцией напряженности электростатического поля.
- •48. Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля.
- •49. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.
- •50. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца.
- •51. Вывод закона Фарадея из закона сохранения энергии.
- •52. Индуктивность контура. Самоиндукция. Э.Д.С. Самоиндукции.
- •53. Явление взаимной индукции. Принцип работы магнитного поля.
- •54. Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля.
- •55. Магнетики. Молекулярные токи. Магнитные моменты атомов.
- •56. Диа- и парамагнетики. Их намагниченность.
- •57. Природа ферромагнетизма. Свойства ферромагнетиков.
- •58. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость вещества.
- •60. Вихревое электрическое поле.
- •61. Ток смещения.
- •62. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля.
- •66. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны. Плоские электромагнитные волны.
- •67. Энергия и импульс электромагнитных волн. Вектор Умова-Пойнтинга.
- •68. Излучение диполя. Применение электромагнитных волн.
- •1. Электрический заряд. Опыты Милликена. Закон сохранения заряда.
- •2. Закон Кулона.
- •3. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции.
- •4. Графическое изображение электростатического поля. Поток вектора напряженности.
- •5. Электрический диполь. Поле диполя.
- •10. Потенциал электростатического поля.
- •11. Связь потенциала с напряженностью электростатического поля.
- •12. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков. Виды поляризации.
- •14. Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.
- •16. Проводники в электростатическом поле. Граничные условия на границе «проводник-вакуум».
- •17. Электроемкость уединенного проводника. Единица электроемкости.
61. Ток смещения.
Рассмотрим цепь переменного тока, содержащую конденсатор. Между обкладками заряжающегося и разряжающегося конденсатора имеется переменное электрическое поле, поэтому, согласно Максвеллу, через конденсатор «протекают» токи смещения, причем в тех участках, где отсутствуют проводники.
Найдем количественную связь между изменяющимся электрическим и вызываемым им магнитным полями. По Максвеллу, переменное электрическое поле в конденсаторе в каждый момент времени создает такое магнитное поле, как если бы между обкладками конденсатора существовал ток проводимости, равный току в подводящих проводах. Тогда можно утверждать, что токи проводимости (I) и смещения (Iсм) равны: Iсм=I. Ток проводимости вблизи обкладок конденсатора (поверхностная плотность заряда на обкладках равна электрическому смещению D в конденсаторе.
Подынтегральное выражение можно рассматривать как частный случай скалярного произведения (дD/дt)dS, когда дD/дt и dS взаимно параллельны. Поэтому для общего случая можно записать
Сравнивая это выражение с I=Iсм =, имеем(1) Выражение (1) и было названо Максвелломплотностью тока смещения.
Подчеркнем, что из всех физических свойств, присущих току проводимости, Максвелл приписал току смещения лишь одно — способность создавать в окружающем пространстве магнитное поле. Таким образом, ток смещения (в вакууме или веществе) создает в окружающем пространстве магнитное поле.
В диэлектриках ток смещения состоит из двух слагаемых. Так как, D=0E+P, где Е — напряженность электростатического поля, а Р — поляризованность, то плотность тока смещения где 0дE/дt — плотность тока смещения в вакууме, дP/дt — плотность тока поляризации — тока, обусловленного упорядоченным движением электрических зарядов в диэлектрике. Возбуждение магнитного поля токами поляризации правомерно, так как токи поляризации по своей природе не отличаются от токов проводимости.
Максвелл ввел понятие полного тока, равного сумме токов проводимости (а также конвекционных токов) и смещения. Плотность полного тока jполн=j+дD/дt. Введя понятия тока смещения и полного тока, Максвелл по-новому подошел к рассмотрению замкнутости цепей переменного тока. Полный ток в них всегда замкнут, т. е. на концах проводника обрывается лишь ток проводимости, а в диэлектрике (вакууме) между концами проводника имеется ток смещения, который замыкает ток проводимости.
Максвелл обобщил теорему о циркуляции вектора Н, введя в ее правую часть полный ток Iполн= сквозь поверхностьS, натянутую на замкнутый контур L. Тогда обобщенная теорема о циркуляции вектора Н запишется в виде
62. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля.
В основе теории Максвелла лежат рассмотренные четыре уравнения:
1. Электрическое поле может быть как потенциальным (eq), так и вихревым (ЕB), поэтому напряженность суммарного поля Е=ЕQ+ЕB. Так как циркуляция вектора eq равна нулю, а циркуляция вектора ЕB определяется выражением, то циркуляция вектора напряженности суммарного поля Это уравнение показывает, что источниками электрического поля могут быть не только электрические заряды, но и меняющиеся во времени магнитные поля.
2. Обобщенная теорема о циркуляции вектора Н: Это уравнение показывает, что магнитные поля могут возбуждаться либо движущимися зарядами, либо переменными электрическими полями.
3. Теорема Гаусса для поля D: Если заряд распределен внутри замкнутой поверхности непрерывно с объемной плотностью , то формула запишется в виде
4. Теорема Гаусса для поля В: Итак,полная система уравнений Максвелла в интегральной форме:Величины, входящие в уравнения Максвелла, не являются независимыми и между ними существует следующая связь: D=0E, В=0Н, j=E, где 0 и 0 — соответственно электрическая и магнитная постоянные, и — соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемости, — удельная проводимость вещества.
Для стационарных полей (Е=const и В=const) уравнения Максвелла примут вид т. е. источниками электрического поля в данном случае являются только электрические заряды, источниками магнитного — только токи проводимости. В данном случае электрические и магнитные поля независимы друг от друга, что и позволяет изучать отдельно постоянные электрическое и магнитное поля.
Воспользовавшись известными из векторного анализа теоремами Стокса и Гаусса можно представить полную систему уравнений Максвелла в дифференциальной форме:
Уравнения Максвелла — наиболее общие уравнения для электрических и магнитных полей в покоящихся средах. Они играют в учении об электромагнетизме такую же роль, как законы Ньютона в механике. Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле всегда связано с порождаемым им магнитным, т. е. электрическое и магнитное поля неразрывно связаны друг с другом — они образуют единое электромагнитное поле.