- •Электричество и магнетизм
- •Электростатика. Электрическое поле в вакууме.
- •Электрическое поле при наличии диэлектриков.
- •Электрические свойства проводников
- •Электроемкость
- •Конденсаторы
- •Энергия электрического поля
- •Общие характеристики электрического тока
- •Основные законы постоянного тока
- •Магнитное поле
- •Полевые теоремы для магнитного поля в вакууме
- •Магнитное поле в веществе
- •Электромагнитная индукция
- •Ток смещения
- •Уравнения Максвелла в неподвижных средах
- •Электромагнитные волны
- •Переменный ток
Ток смещения
Линии тока смещения замыкают в контуре с конденсатором линии переменного тока проводимости.
Максвелл (1865г.): плотность
полного тока):
.
Уравнение непрерывности в дифференциальной форме:
Ток смещения – условное название. Он, также как и ток проводимости создает магнитное поле, может проявляться везде, где есть переменное электрическое поле.
,
.
Уравнения Максвелла в неподвижных средах
Уравнения Максвелла в интегральной форме:
а) в переменных полях:
(
закон электромагнитной индукции –
переменное во времени магнитное поле
вызывает возникновение вихревого
(соленоидального) электрического
поля);(в природе не существует магнитных зарядов);
(основано на теореме о
непрерывности; источниками магнитного
поля могут быть как токи проводимости,
так и токи смещения);
( электрические заряды
являются источником электрического
поля).
Чтобы получить дифференциальную форму уравнений применяют:
к (1) и (3) – теорему Стокса
;к (2) и (4) – теорему Остроградского–Гаусса
.
Уравнения Максвелла в дифференциальной форме:
теорема о циркуляции:
;теорема Гаусса:
;теорема о циркуляции:
;теорема Гаусса:
.
Электрическое поле может создаваться электрическими зарядами и переменными магнитными полями.
Магнитное поле может возбуждаться движущимися электрическими зарядами и переменными электрическими полями.
б) Для стационарных полей уравнения для электрических и магнитных полей независимы:
;
;
;
.
Уравнения Максвелла в
дифференциальной форме предполагают
непрерывность в изменении всех величин.
Для общности их дополняют граничными
условиями:
.
Систему уравнений Максвелла
дополняют материальными
уравнениями,
характеризующими свойства среды, в
которой возбуждается электромагнитное
поле:
(слабые, медленно меняющиеся в пространстве
и во времени поля; изотропные, не
содержащие сегнетоэлектриков и
ферромагнетиков среды).
Уравнения Максвелла релятивистски инвариантны
Из уравнений Максвелла можно
получить волновые уравнения:
и
.
Электромагнитные волны
Из уравнений Максвелла следует
возможность существования электромагнитных
волн, то есть
электромагнитных полей, распространяющихся
в среде с фазовой скоростью
.
Свойства плоских (т.е., имеющих плоский волновой фронт) электромагнитных волн:
1.
2. Связь между мгновенными
значениями
и
:
(колебания
и
в плоской электромагнитной волне
синфазны).
3. Плотность энергии
электромагнитного поля:
;
Поток энергии
– количество энергии, переносимое
волной через некоторую поверхность в
единицу времени:
(имеет размерность мощности).
Плотность потока энергии – поток энергии через единичную, перпендикулярную направлению переноса энергии, площадку. Для электромагнитной волны – вектор Пойнтинга:
Интенсивность
– модуль среднего по времени значения
плотности потока энергии, переносимой
световой волной:
.
Электромагнитные колебания (см. также механические колебания)
Закон Ома для замкнутой
RLC–цепи, не
содержащей внешнего источника тока
(свободные (
)
и затухающие (
)
колебания):
,
где
–
напряжение на конденсаторе,
– заряд конденсатора,
–
ток в цепи,
–
ЭДС самоиндукции катушки.
Иначе его можно записать:
,
где
,
– коэффициент затухания,
–
собственная частота колебаний контура.
Частота затухающих колебаний:
.
При
колебаний не будет (апериодический
процесс).
При
решение уравнения затухающих колебаний:
,
через напряжение на конденсаторе:
,
а через силу тока в цепи:
,
где
,
(сила тока опережает напряжение на
конденсаторе при
на
,
а при
на
).
При слабом затухании логарифмический
декремент затухания:
,
а добротность:
.
Закон Ома для замкнутой
RLC–цепи, содержащей
внешний источник тока
(вынужденные
колебания):
или
.
Решение этого уравнения для
установившихся
колебаний:
,
где
,
а
,
а через силу тока в цепи:
,
где
–
сдвиг фазы между током и приложенным
напряжением,
.
Напряжение на: – активном
сопротивлении
(совпадает по фазе с током);
– конденсаторе
;
– индуктивности
.
Резонансная частота для
заряда и напряжения:
;
резонансная частота для тока:
.
