Лекция

Постоянный электрический ток

План

1. Взаимосвязь электрического и магнитного полей

2. Образование свободных электромагнитных волн

3. Волновое уравнение для электромагнитного поля

4. Плоская электромагнитная волна

5. Энергия электромагнитных волн; плотность потока энергии; поток энергии

6. Импульс и давление электромагнитного поля

7. Выводы

Лекция

1. Взаимосвязь электрического и магнитного полей

Согласно идеям Максвелла, переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем .

В свою очередь, переменное электрическое поле с порождаемым им магнитным полем.

Таким образом, переменное электрическое поле и магнитное поле неразрывно связаны. Они образуют единое электромагнитное поле.

Согласно принципу относительности Эйнштейна, законы всех физических явлений, в том числе и электромагнитных, имеют одинаковый вид (т.е. описываются одинаковыми уравнениями) во всех инерциальных системах отсчета.

Из принципа относительности вытекает, что раздельное рассмотрение электрического и магнитного полей имеет лишь относительный смысл.

В случае, если

Оба поля и имеют чисто вихревой характер: силовые линии замкнуты и притом взаимно переплетены.

Цепочки существуют только в том случае, если поле переменное. Нарастающий кольцевой магнитный поток создает вокруг себя электрический кольцевой поток. Изменение электрического поля приводит к созданию кольцевого магнитного потока и т.д.

Если же в рассматриваемой области пространства имеются Заряды и токи проводимости, то наряду с вихревыми полями со сцепленными линиями мы обнаружим вихревое магнитное поле, линии которого замкнуты вокруг токов, и потенциальное электрическое поле, линии которого начинаются на положительных и оканчиваются на отрицательных зарядах.

Выяснилось также, что ток смещения играет в этом явлении первостепенную роль. Именно его присутствие наряду с величиной и означает возможность появления электромагнитных волн.

2. Образование свободных электромагнитных волн

В непроводящей среде 1-е и 2-е уравнения Максвелла

Различия в знаках в правой части уравнений показывает, что силовые линии магнитного поля образуют с правовинтовую систему (как и стоком проводимости). Силовые линии электрического поля образуют с левовинтовую систему.

Если бы не это обстоятельство, то никакие устойчивые электромагнитные поля не были бы возможны, так как увеличение (или уменьшение) одного из них влекло бы за собой неограниченное увеличение (или уменьшение) другого.

Пусть в точке О в непроводящей среде создано электрическое поле . Если нет зарядов, поддерживающих это поле, то оно будет исчезать. Но убывающее поле ( ) согласно Максвеллу есть ток смещения ( ), вызывающий магнитное поле , направление которого определяется по правилу правого винта. Так как в среде нет постоянных токов, поддерживающих поле , то оно будет исчезать, а изменение магнитного поля ( ) вызывает вихревое электрическое поле , направление которого определяется правилом левого винта. Силовые линии этого поля направлены так, что они уничтожают поле в точке О, но зато создают поле в точке 1. Исчезая в точке 1, поле ( ) приведет к появлению магнитного вихревого поля (по правому винту). Поле уничтожит Н и обнаружится в удаленной точке (2). Исчезая, оно вызовет вихревое поле , которое уничтожит поле в точке 1, но появится в точке 2 и т.д.

Таким образом, вместо первоначального поля мы получим электрическое и магнитное поля, взаимосвязанные друг с другом и распространяющиеся в пространстве – т.е. электромагнитную волну. Из рисунка видно, что перпендикулярно и оба перпендикулярны . связано с и с правилом правого винта или векторного произведения.