6906

Электромагнитное поле. Полная система уравнений электромагнитного поля в дифференциальной и интегральной форме. Волновое уравнение

Доклад

Физика

Электромагнитное поле. Полная система уравнений электромагнитного поля в дифференциальной и интегральной форме. Волновое уравнение. Электромагнитное поле - это совокупность электрических и магнитных полей, которые могут переходить друг в друга...

Русский

2013-01-10

28.22 KB

27 чел.

Электромагнитное поле. Полная система уравнений электромагнитного поля в дифференциальной и интегральной форме. Волновое уравнение.

Электромагнитное поле — это совокупность электрических и магнитных полей, которые могут переходить друг в друга. Математически этот процесс описывается в электродинамике посредством системы уравнений Максвелла.

Микроскопические электромагнитные поля, созданные отд. элементарными частицами, характеризуются напряжённостями микроскопических полей: электрического поля е и магнитного h. Их средние значения связаны с макроскопическими характеристиками электромагнитного поля следующим образом: , . Микроскопические поля удовлетворяют Лоренца — Максвелла уравнениям.

Порождение электрического поля переменным магнитным полем и магнитного поля — переменным электрическим приводит к тому, что электрические и магнитные поля не существуют обособленно, независимо друг от друга. Компоненты векторов, характеризующих электромагнитное поле, образуют, согласно относительности теории, единую физ. величину — тензор электромагнитного поля, компоненты которого преобразуются при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой в соответствии с Лоренца преобразованиями.

При больших частотах электромагнитного поля, становятся существенными его квантовые (дискретные) свойства. В этом случае классическая электродинамика неприменима и Электромагнитное поле описывается квантовой электродинамикой.

Максвелла уравнения, фундаментальные уравнения классической макроскопической электродинамики, описывающие электромагнитные явления в произвольной среде.

Максвелла уравнения связывают величины, характеризующие электромагнитное поле, с его источниками, то есть с распределением в пространстве электрических зарядов и токов. В пустоте электромагнитное поле характеризуется двумя векторными величинами, зависящими от пространственных координат и времени: напряжённостью электрического поля Е и магнитной индукцией В. Эти величины определяют силы, действующие со стороны поля на заряды и токи, распределение которых в пространстве задаётся плотностью заряда (зарядом в единице объёма) и плотностью тока j (зарядом, переносимым в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению движения зарядов). Для описания электромагнитных процессов в материальной среде (в веществе), кроме векторов Е и В, вводятся вспомогательные векторные величины, зависящие от состояния и свойств среды: электрическая индукция D и напряжённость магнитного поля Н.

Максвелла уравнения позволяют определить основные характеристики поля (Е, В, D и Н) в каждой точке пространства в любой момент времени, если известны источники поля j как функции координат и времени. Максвелла уравнения могут быть записаны в интегральной или в дифференциальной форме.

В интегральной форме:

- циркуляция вектора напряжённости магнитного поля вдоль замкнутого контура L (сумма скалярных произведений вектора Н в данной точке контура на бесконечно малый отрезок dl контура) определяется полным током через произвольную поверхность S, ограниченную данным контуром.

2.  - циркуляция вектора напряжённости электрического поля вдоль замкнутого контура L (эдс индукции) определяется скоростью изменения потока вектора магнитной индукции через поверхность S, ограниченную данным контуром.

3.  - поток вектора магнитной индукции через произвольную замкнутую поверхность S равен нулю.

4.  - поток вектора электрической индукции через произвольную замкнутую поверхность S определяется электрическим зарядом, находящимся внутри этой поверхности (в объёме V, ограниченном данной поверхностью).

В дифференциальной форме:

1.     2.

3.      4.

Электромагнитное поле неподвижных или равномерно движущихся заряженных частиц неразрывно связано с этими частицами; при ускоренном движении частиц электромагнитное поле «отрывается» от них и существует независимо в форме электромагнитных волн.

Из уравнений Максвелла следует, что векторы напряженностей В и Н переменного электромагнитного поля удовлетворяют волновому уравнению типа

    

Где - оператор Лапласа; V – фазовая скорость

Всякая функция, удовлетворяющая этим уравнениям описывает некоторую волну. Фазовая скорость электромагнитных волн определяется выражением

где  и  - соответственно электрическая и магнитная постоянные;  и  - соответственно электрическая и магнитная проницаемости среды. В вакууме (при  =1 и =1) скорость распространения электромагнитных волн совпадает со скоростью с. Так как >1, то скорость распространения электромагнитных волн в веществе всегда меньше, чем в вакууме.

При вычислении скорости распространения электромагнитного поля по формуле получается результат, достаточно хорошо совпадающий с экспериментальными данными, если учитывать зависимость  и  от частоты. Совпадение же размерного коэффициента со скоростью распространения света в вакууме указывает на глубокую связь между электромагнитными явлениями, позволившую Максвеллу создать электромагнитную теорию света, согласно которой свет представляет собой электромагнитные волны.

Следствием теории Максвелла является поперечность электромагнитных волн: векторы Е и Н напряженностей электрического и магнитного полей волны взаимно перпендикулярны (на рис. показана моментальная <<фотография>> плоской электромагнитной волны) и лежат в плоскости, перпендикулярной вектору v скорости распространения волны, причем векторы Е, Н и v образуют правовинтовую систему. Из уравнений Максвелла следует также, что в электромагнитной волне векторы Е и Н всегда колеблются в одинаковых фазах (см. рис.), причем мгновенные значения Е и Н в любой точке связаны соотношением

Следовательно, Е и Н одновременно достигают максимума, одновременно обращаются в нуль и т.д.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37631. Текстовый редактор MS WORD, дополнительные возможности 38.86 KB
  Цель работы – изучение редактора формул Microsoft Eqution; создание связанных и внедренных объектов в документе Word. Одним из таких средств в программе Microsoft Word является редактор формул Microsoft Eqution 3. Он позволяет создавать формульные объекты и вставлять их в текстовый документ. Простейшие формулы в Microsoft Word можно создавать используя различные атрибуты формата символов верхний индекс нижний индекс и др.
37632. Операционная система WINDOWS 33.63 KB
  Смоленске Кафедра информатики Отчет По лабораторной работе № 2 Тема: Операционная система WINDOWS По курсу: Экономическая информатика Студент: Скобелева М. Смоленск 2011 Теоретическое введение Терминология Windows Файл ответов файл содержащий ответы для набора диалоговых окон графического интерфейса пользователя. Файл ответов для программы установки Windows обычно имеет имя Unttend. Файл ответов можно создавать и изменять с помощью диспетчера установки...
37633. Основы работы в Norton Commander 25.44 KB
  CTRLO – гасит восстанавливает окна CTRLP – гасит восстанавливает неактивное окно CTRLU – меняет окна местами CTRLL – вызов отмена справки и состоянии диска CTRLENTER – копирует в командную строку имя на котором стоит курсор Чтобы войти в выбранный каталог достаточно поставить на него курсор и нажать ENTER или CTRL PgDn. Для выхода из каталога необходимо установить курсор на каталог две точки клавишей Home и нажать Enter. Для перехода в корневой каталог необходимо нажать CTRL†â€. Установить курсор в нужное окно и нажать F7...
37634. Засоби механізації для переміщеня вагонів 227.61 KB
  Під час розвантаження навалочних вантажів з вагонів часто виникає необхідність переміщення їх вздовж розвантажувальних фронтів. Переміщення вагонів можливе за допомогою: малої механізації маневрові ломиручні лебідки; маневрових локомотивів; механічного приводу електричні лебідки маневрові тягачі спеціальні маневрові прилади. Маневрові пристрої застосовуються для переміщення вагонів вздовж розвантажувальних фронтів взамін на локомотиви застосування яких недоцільне при обмежених вантажопотоках.
37635. Ввести массив A(n) 105.45 KB
  Отдельная ячейка данных массива называется элементом массива. Элементами массива могут быть данные любого типа. В зависимости от количества измерений массивы делятся на одномерные массивы двумерные массивы трёхмерные массивы и так далее до nмерного массива. Одномерный массив – массив с одним параметром характеризующим количество элементов одномерного массива.
37638. Табличный процессор MS EXCEL. Абсолютная и относительная ссылка. Создание диаграмм 67.17 KB
  Отчет По лабораторной работе № 10 Тема: Табличный процессор MS EXCEL. Цель работы научиться создавать таблицу средствами MSEXCEL создавать расчетные формулы с использованием относительных и абсолютных ссылок использовать мастер функций для построения формул в MSEXCEL форматировать таблицу создавать графики и диаграммы средствами MSEXCEL форматировать и редактировать графики и диаграммы по необходимым параметрам. Особенность копирования формул в Excel – программа копирует формулы таким...
37639. Тeоретично-eксперементальні дослідження роботи моделі люлькового конвеєра 43.63 KB
  Мета лабораторної роботи: ознайомитись з будовою і принципом дії моделі люльковою конвеєра механізованого стелажу; визначити основні геометричні параметри по моделі згідно з рис. дані занести в таблицю; визначити теоретичним і експериментальним шляхом продуктивність моделі; співставити теоретичну і експериментальну продуктивність моделі. 1 3 4 2 5 6 8 7 Двигун Втулковопальцева муфта Черв’ячний редуктор Карданний вал Проміжна зірочка приводу моделі Проміжна ланцюгова передача Привідний вал моделі Люлька...