Основні рівняння электромагнитного поля

2. Основні характеристики середи

Електромагнітне поле існує як в просторі, що не містить речовини (вакуум), так і в просторі, заповненому речовиною.

Під дією електромагнітного поля, що характеризується векторами і , в середі виникає рух вільних зарядів, зміщення зарядів, пов'язаних з молекулярною структурою речовини, і змінюється орієнтація осі обертання елементарних зарядів.

Кількісно ці явища визначаються виразами:

(1.18)

В яких - щільність струму провідності [a/м²]; - електрична індукція [к/м²]; - напруженість магнітного поля [а/м]; - питома провідність середи [сим/м], 1/ - питомий опір середи [ом.м]; - електрична постійна [ф/м]; -магнітна постійна [гн/м]; - електрична сприйнятливість речовини; - магнітна сприйнятливість речовини.

За наявності сторонніх джерел вираз (1.18) переписується у вигляді

(1.19)

Тут і - відповідно стороннє поле і стороння щільність струму, що збуджують електромагнітне поле.

Сторонні джерела, що створюють або , можуть бути як електричного походження (друге, «стороннє» електромагнітне поле), так і неелектричного (перетворювачі неелектричної енергії в електричну). Прикладами останніх служать: гальванічний елемент, в якому хімічна енергія перетворюється в електричну, мотор-генератор, перетворюючий механічну енергію в електричну, і ін.

Рівняння (l.19) виражає узагальнений закон Ома в диференційній формі.

Величина , і є параметрами речовинної середи. Для вакууму кожна з цих величин дорівнює нулю.

Величина

Називаються відповідно абсолютною діелектричною і абсолютною магнітною проникливістю середи, а величина і - відносною діелектричною і магнітною проникливістю.

Середа називається однорідною, якщо її параметри не залежать від координат, лінійною, якщо параметри не залежать від величини напруженостей електричного і магнітного полів, ізотропною, якщо вони не залежать від напряму векторів і . Параметри ізотропної середи , і , є скалярними величинами. Якщо параметри середи залежать від координат, то така середа називається неоднорідною.

Якщо параметри середи не залежать від координат простору і величини напруженостей електричного і магнітного полів, але при цьому принаймні один з параметрів залежить від напряму останніх, те середа називається однорідною, лінійною і анізотропною.

Анізотропія спостерігається у більшості кристалів. Прикладом може служити кварц, провідність якого в напрямі головної осі кристалу в 300 раз більше, ніж в перпендикулярному. В деяких речовинах анізотропія виникає під впливом зовнішніх сил. Наприклад, анізотропія провідності виникає в металах при нерівномірний нагріві (термоелектричний ефект) або під дією магнітного поля (ефект Холу).

Якщо зовнішні сили, що змінюють параметри середи, є функціями часу, то і її параметри стають функціями часу, наприклад:

В цьому випадку середа називається параметричною. Явища, що відбуваються в таких середах, описуються лінійними диференційними рівняннями із змінними коефіцієнтами і супроводжуються зміною складу спектру частот.

Електромагнітні параметри в загальному випадку володіють дисперсією, тобто залежать від частоти поля. В частковості, при частоті значення і прагнуть до одиниці, оскільки рухливість елементарних зарядів при цьому відносно мала і процеси, що призводять до відзнаки від і від , не встигають відбуватися.

Якщо провідність >10^-10, то середа називається середою, що проводить. У техніці таку середу ділять на провідники, для яких >10⁴ сим/м, і напівпровідники, для яких сим/м. Середа, для якої сим/м, називається середою, що не проводить (ізолятором).

Речовина, у якої називається діелектриком. По величині провідності діелектрик відноситься до ізоляторів, у «ідеального» діелектрика (ізолятора), як і у вакуумі, =0.

Речовина, у якої , називається магнетиком. По величині провідності магнетики в більшості випадків відносяться до провідників, рідше - до напівпровідників та ізоляторів.

Речовина з малою провідністю ( сим/м), у якої >0 і >0, називається магнітодіелектриком.