46.Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Уравнение Максвелла. Ток смещения.

Электромагнитное поле – это особый вид материи, посредством которого происходит электромагнитное взаимодействие.

В соответствии с теорией Максвелла всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле , которое и является причиной возникновения индуктивного тока в контуре – это первое основное положение теории Максвелла.

Вихревое поле связанно с изменениями магнитного потока. Циркуляция вектора напряженности этого поля

Ф(поток) dl = Ф dl = -

Поток вектора =Ф=Ф d ,=> Ф d = - Ф d

Т.к. циркуляция вектора не равна 0, то электрическое поле, возбуждающееся переменным магнитным полем, является вихревым.

Суммарное Эл.поле: = _q+ , т.к. _q =0, то циркуляция суммарн.поля:

Ф d = - d - это первое уравнение

Максвелла для электрического поля

Ф=BScosα

Теория Максвелла — это теория единого электро­ магнитного поля, создаваемого произвольно системой зарядов и токов.

Эта теория носит феноменологический характер: описывает только явления, то, что происходит внешне без внутреннего механизма явлений. Максвелл выска­зал гипотезу, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающей среде электрическое поле.

Электрическое поле возбуждается магнитным полем и, как само магнитное поле, является вихревым. Согласно Максвеллу циркуляция электри­ческого поля , возбуждаемое магнитным полем, как и само магнитное

Для того, чтобы выразить через порождающее его переменное во времени магнитное поле, Максвелл предложил соотношение:

Здесь — напряженность возбуждаемого электрического поля,

L — замкнутый контур,

dl — его элемент,

— вектор магнитной индукции,

S — поверхность, натянутая на контур L,

dS — элемент, n — нормаль к поверхности.

Ток смещения Так как переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, то и наоборот изменение электрического поля должно вызывать в пространстве вихревое магнитное поле. Для установления соотношения между измене­ниями электрического и вызываемого им магнитного полями Максвелл рассмотрел ток смещения.

Если в цепи есть конденсатор, то между обклад­ками имеемся переменное электрическое поле, поэто­му, согласно Максвеллу, через конденсатор «протека­ет» ток смещения, то есть он протекает там, где нет проводника.

Переменное электрическое поле создает в зазоре конденсатора такое магнитное поле, как если бы между обкладками протекал ток смещения, равный току в подводящих проводах, то есть ток смещения:

I_см=I

Ток проводимости вблизи обкладок конденсатора равен:

σ — поверхностная плотность заряда на обкладках конденсатора,

D — вектор электрического смещения и он равен

Так как ток I равен интегралу по поверхности , а ток I=I_см, то

Полный ток равен сумме тока проводимости I и тока смещения

Введя понятие тока смещение и полного тока можно понять замкнутость цепи переменного поля.

Полный ток всегда замкнут, а на концах проводника обрывается лишь ток проводимости, а в вакууме или в диэлектрике между концами проводника имеется ток смещения, который замыкает ток проводимости.

Ток как циркуляция вектора напряженности магнитного поля Н по замкнутому контуру L равна сумме токов проводимости, охватываемых контуром, т.е.:

Плотность тока смещения: I_cм= D-вектор Эл.смещения

Максвелл ввел понятие полного тока, равного Σ токов проводимости и смещения

Плотность полного тока I_полн=I_{эл.статт}+

Полный ток всегда замкнут. На концах проводников обрывается лишь ток проводимости, а в диэлектриках(или в вакууме) между концами проводников имеется ток смещения , кот. Замкнут ток проводимости. В диэлектриках всегда есть ток смещения. Из всех физических свойств, присущих току проводимости, Максвелл приписал току смещения лишь способность создавать в окружающем пространстве магнитное поле.

Максвелл обобщил теорию о циркуляции вектора , используя полный ток

Уравнения Максвелла для электромагнитного поля

Основой теории Максвелла является рассмотрен­ные 4 уравнения.

Электрическое поле может быть потенциальным , вихревым , а напряженность суммарного поля

1. Е= +

Но циркуляция вектора =0, тогда циркуляция вектора напряженности суммарного поля:

Отсюда следует, сто источником электрического поля могут быть не только электрические заряды, но и изменяющееся во времени магнитное поле.

Обобщенная теорема о циркуляции вектора Н

2.

Эта теория показывает, что магнитные поля могут возбуждаться либо движущими зарядами или что тождественно электрическим током либо переменным электрическим полем.

Согласно Гауссу для электрического поля в диэлектрике справедливо выражение:

3.

Но если заряд распределен внутри замкнутой поверхности с объемной плотностью ρ, то

ρ — плотность заряда,

V — объем замкнутой поверхности.

Терема Гаусса для поля звучит: поток вектора магнитной индукции сквозь любую замкнутую поверхность равен 0.

4.

Величины, входящие в уравнение Максвелла взаимно связаны:

γ — удельная проводимость вещества.

Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, то есть электрическое и маг­нитное поля неразрывно связаны между собой и образуют единое электромагнитное поле.

Данная теория позволила Максвеллу предсказать существование электромагнитных волн, то есть пере­менного электромагнитного поля, распространяю­щегося в пространстве с конечной скоростью, равна скорости света.

Важным выводом Максвелла было то, что свет представляет собою электромагнитные волны.

№48 Жидкие кристаллы. Молекулярная структура нематических и смектических жидких кристаллов. Особенности молекулярной структуры холестерических жидких кристаллов и их практическое использование.

Жидкие кристаллы это вещества обладающие свойствами как жидкости так и кристалла. По своим механическим свойствам они похожи на жидкости (они текут) что касается отличного свойства то они введут себя как анизотропные тела, как кристаллы, ни выражают плоскость обладающей двойным лучепреломлением, Жидкокристаллические свойства проявляются в определенном интервале температур, выше которой они находятся в аморфном состояние , ниже в твердокристаллическом. Двойственность физических свойств представлено их внутренним строением, т.е. структурой. Взаимное расположение молекул в них является промежутком между аморфным состоянием, в котором отсутствует порядок и твердокристаллическом в котором существует как дальний порядок рак и упорядоченность ориентированных молекул.

Молекулы имеют вытянутую форму в виде овалов или продолговатых пластинок. Различают жидкие кристаллы пневматического и смектического типов. У пневматического ж.к. центры молекул расположены в пространстве хаотически , но их оси строго параллельны. У смектического ж.к. молекулы расположены в параллельных слоях и в пределах каждого слоя они строго упорядочены .Особый тип ж.к. представляет собой холестерические ж.к. У холестерические ж.к. молекулы распложены в плоскостях подобно смектическому типу. Однако в пределах каждого слоя центры молекул расположены произвольно, но их вытянутые оси остаются параллельно, кроме того у халерестических ж.к. при переходе из одного слоя к другому ориентация длинных осей молекул разворачивается на некоторый угол относительно такового в предыдущем слое, так что создается винтовая закручиваемость структуры.

У холестерические ж.к. Структура молекул крайне чувствительна к внешним воздействиям на этом основано их практическое использование, например дисплей ж.к. монитора. При небольших изменениях температуры цвет холестерические ж.к. может изменяться от фиолетового до красного на этом основано их другое практическое применение . Пленку с ж.к. веществом наклеивают на поверхность тела по котором имеется градиент температур и по установленной цветовой картине судят о температуре в любой точке температурного поля, так и о величине градиента температур