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

29 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

34139. Россия в СНГ: новые формы экономического сотрудничества 18.98 KB
  Россия в СНГ: новые формы экономического сотрудничества. Россия является крупнейшим государствомучастником СНГ. Составляя более половины населения и свыше 60 совокупного дохода Содружества она занимает лидирующее положение в реформировании экономики обладая наиболее емким рынком оказывает наиболее существенное влияние на развитие ситуации в СНГ. не определяла тип политического развития других стран СНГ направленность движения конституционные параметры политические институты во многих постсоветских государствах формировались не без...
34140. Экономическая безопасность. Проблемы экономической безопасности России 17.53 KB
  Проблемы экономической безопасности России. Исследование проблем экономической безопасности России по праву заняло в настоящее время ведущее место в работе российских научноисследовательских и аналитических центров. В сущности современное социальноэкономической положение России таково что какое бы исследование в той или иной сфере ни предпринимали российские экономисты они не могут не затронуть проблем экономической безопасности страны. В основе повышенного внимания к проблеме экономической безопасности России лежат объективные процессы...
34141. Метод индукции и дедукции 14.81 KB
  Исследуя экономические процессы и явления общества экономика использует определенную совокупность методов познания. Метод научной абстракции выделяет главное в объекте исследования при отвлечении абстрагировании от несущественного случайного временного непостоянного. Исторический метод. Логический метод позволяет правильно применять законы мыслительной деятельности обосновывающие правила перехода от одних суждений к другим и делать обоснованные выводы глубже понимать причинноследственные связи складывающиеся между процессами и...
34142. Экономические ресурсы и финансовые ресурсы 16.13 KB
  Экономические ресурсы подразделяются на следующие виды: природные сырьевые географические трудовые материальные финансовые и информационные. Природные ресурсы это земля ее недра леса вода воздух месторождения полезных ископаемых климатические и рекреационные ресурсы и др...
34143. Производство 16.09 KB
  Исходным пунктом является производство в котором происходит само создание экономических благ материаль ных благ и услуг необходимых для существования и развития человека. Распределение определяет долю каждого человека в произведенных продуктах зависит от общего количества созданных благ и от конкретного вклада отдельного экономического субъекта в производство. Третий этап кругооборота экономических благ обмен он охватывает систему связей и отношений позволяющую производителям обмениваться продуктами своего труда т.
34144. Собственность 16.99 KB
  В определенных исторических условиях отражался конкретный тип отношений собственности. Право собственности как право конкретных субъектов на определенные объекты имущество сводится к набору прав: праву владения праву пользования и праву распоряжения имуществом. В хозяйственной практике признаются два основных типа собственности: частная и общественная. Основные типы и формы собственности В настоящее время выделяют следующие формы собственности: 1 государственную; 2 собственность республик входящих в Российскую Федерацию автономных...
34145. Субъект собственности (собственник) 17.41 KB
  Экономическое содержание собственности имеет две стороны: субъект собственник и объект имущество. Объектом собственности является все то что включено в сферу жизнедеятельности субъекта а также его производственной деятельности. Субъектами собственности являются отдельные люди их группы государство и т. Итак в экономическом содержании собственности надо различать две стороны: 1 материальновещественную объекты собственности имущество; 2 социальноэкономическую отношения между людьми в связи с их присвоением.
34146. Экономическая обособленность 32.86 KB
  Характерные особенности предприятия приведены ниже. Но всех действующих лиц предприятия обычно объединяет наличие общего интереса произвести продукцию продать ее и получить денежный доход. Юридическая обособленность находит свое выражение в наличии устава предприятия для отдельных видов предприятий только учредительного договора счета в банке ведении бухгалтерского баланса наличии права договорных отношений и найма работников определенной имущественной ответственности во взаимоотношениях с другими предприятиями и отдельными...
34147. Цель государственного регулирования предпринимательской деятельности 17.14 KB
  Целью государственного регулирования предпринимательской деятельности является создание определенных условий обеспечивающих нормальное функционирование экономики в целом и стабильное участие предпринимателей страны в международном разделении труда и получение от этого оптимальных выгод. Поэтому цели и задачи государственного регулирования подвержены изменениям между тем как механизм регулирования достаточно хорошо отработан хотя и имеет особенности в каждой отдельно взятой стране. В обобщенном виде в задачи государственного регулирования...