35.Елементарний магнітний диполь

На відміну від електричних зарядів, магнітних зарядів, що створювали б магнітне поле аналогічним чином, не спостерігається. Теоретично такі заряди, які отримали назву магнітних монополів, могли б існувати. В такому випадку електричне і магнітне поле були б повністю симетричними.

Таким чином, найменшою одиницею, яка може створювати магнітне поле, є магнітний диполь. Магнітний диполь відрізняється тим, що в нього завжди є два полюси, в яких починаються і кінчаються силові лінії поля. Мікроскопічні магнітні диполі зв'язані зі спінами елементарних частинок. Магнітний диполь мають як заряджені елементарні частинки, наприклад, електрони, так і нейтральні, наприклад, нейтрони. Елементарні частинки з відмінним від нуля спіном можна уявити собі як маленькі магнітики. Зазвичай, частинки з протилежними значеннями спінів спарюються, що призводить до компенсації створених ними магнітних полів, але в окремих випадках можливе вирівнювання спінів багатьох частинок в одному напрямку, що призводить до утворення постійних магнітів.

Випромінювання елементарно магнітного диполя

Елементарний магнітний диполь - виток дроту, по якому протікає змінний електричний струм. Довжина витка повинна бути набагато менше за довжини хвилі струму, що протікає, по ньому, що дозволяє вважати амплітуду струму вздовж витка постійною. Якщо при цьому вимагати, щоб відстань до точки спостереження була набагато більшою від розмірів витка, то поле випромінювання елементарного магнітного диполя в цій точці з використанням принципу перестановною подвійностю рівнянь Максвелла може бути записано у вигляді:

У виразах 5.17-5.18 S - площа витка зі струмом. Інші позначення аналогічні, використаним раніше позначенням.  Структура поля елементарного магнітного діноля аналогічна структурі поля елементарного електричного диполя за винятком того, що вектори напруженості магнітного й електричного поля міняються місцями. Залежність поля випромінювання елементарного магнітного диполя від відстані до точки спостереження і кутових координат точно така ж, як і для електричного диполя. Середній потік потужності в далекій зоні має тільки одну радіальну складову.  Характерною особливістю магнітного диполя є те, що при однаковій довжині дротів з електричним диполем, його опір випромінювання виявляється меншим, а, отже, буде меншою і його випромінювальна здатність. Так при  Тому в техніці набагато частіше застосовують розімкнуті системи.  ...

Елементарний електричний випромінювач (диполь)

Елементарний електричний випромінювач (диполь) - це провідник малої електричної (по відношенню до довжини хвилі) довжини, по якому протікає змінний струм .. Мала електрична довжина диполя дозволяє в деякому наближенні, тим більш строгому, чим коротше диполь, вважати амплітуду і фазу струму вздовж диполя постійними, що істотно спрощує вирішення задачі.

При розгляді даного питання прийнято вважати, що диполь довжиною l розташовується в безмежному, однорідному, ізотропному, непровідному середовищі з параметрами щільність струму вздовж диполя покладається відома, що змінюється по гармонійному закону. Для вирішення цього завдання зручно скористатися хвильовими рівняннями для електродинамічних потенціалів, тим більше, що для гармонійних процесів досить вирішити тільки одне рівняння для векторного потенціалу, а скалярний може бути знайдений з калібрувального співвідношення (см.2.16-2.18).

Для електродинамічних потенціалів

(2.16-2.17)

Вирішення для скалярного потенціалу віпадає, тому використовуємо калібрувальне співвідношення:

(2.18)

Загальне рішення хвильового рівняння для векторного потенціалу має

вид: де V - обсяг, в якому розташовані джерела поля (сторонній струм); г - відстань від точки спостереження до кожної точки об'єму. Для випадку елементарного електричного диполя інтеграл в цьому виразі може бути легко обчислений, якщо вважати, що крім сталості амплітуди струму вздовж диполя, ще й відстань до точки спостереження багато більше довжини диполя. В цьому випадку можна вважати, що г є величиною постійною для всіх точок диполя і дорівнює відстані до початку сферичної системи координат, в якій диполь і

розташовується (Рис 5.1)

.

Остаточно враховуючи, що обсяг елементарного диполя можна представити у вигляді добутку його площі на довжину, вираз для векторного потенціалу набуває вигляду:

(5.2)

Тут I- амплітуда струму вздовж диполя;

L - довжина диполя.

Т.ч. в будь-якій точці простору векторний потенціал паралельний диполю, причому поле векторного потенціалу по амплітуді і по фазі є сферичним. В сферичній системі координат векторний потенціал має дві складові:

, не залежить від кута залишає же

Наступний етап рішення задачі полягає в знаходженні векторів Використовуючи (2.19-2.20),

можно отримати:

(5.3-5.5)

У виразах - одиничні орти сферичної системи координат; - частота змінного струму, протікаючого по диполю.