Електромагнітне поле

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Електромагнітне поле — це поле, яке описує електромагнітну взаємодію між фізичними тілами.

Розділ фізики, який вивчає електромагнітне поле, називається електродинамікою. Постійні електричні поля вивчаються електростатикою, а галузь фізики, яка досліджує постійні магнітні поля називається магнетизмом.

Кількісні характеристики[ред.ред. код]

Електромагнітне поле характеризується векторними величинами напруженістю електричного поля  \mathbf{E} , вектором електричної індукції  \mathbf{D} , вектором магнітної індукції  \mathbf{B} й напруженістю магнітного поля  \mathbf{H} .

У вакуумі [1]

 \mathbf{D} = \mathbf{E} ,
 \mathbf{B} = \mathbf{H} .

У середовищі ці співвідношення несправедливі через процеси поляризації та намагнічування. В загальному випадку

 \mathbf{D} = \mathbf{E} + 4\pi \mathbf{P} ,
 \mathbf{B} = \mathbf{H} + 4\pi \mathbf{I} ,

де   \mathbf{P} вектор поляризації, а   \mathbf{I} вектор намагніченості.

Конкретний зв'язок між цими величинами визначається фізичними процесами, які відбувається в середовищі й описується формулами, які називаються матеріальними співвідношеннями.

Наприклад для однорідних ізотропних середовищ при слабких полях і без врахування запізнення й просторової дисперсії матеріальні співвідношення записуються:

 \mathbf{D} = \varepsilon \mathbf{E} ,
 \mathbf{B} = \mu \mathbf{H} ,

де ε — діелектрична проникність середовища, μ — магнітна проникність середовища.

У теорії відносності електромагнітне поле описується 4-тензором електромагнітного поля.

Джерела електромагнітного поля[ред.ред. код]

Електромагнітне поле створюється зарядами. Непорушні заряди створюють електричне поле, рухомі заряди — електричне й магнітне поле.


Необхідно зауважити, що магнітне поле постійних магнітів створюється узгодженим рухом електронів у атомах, тобто мікроскопічними електричними струмами.

Дія на фізичні тіла[ред.ред. код]

Електромагнітне поле, яке породжується зарядами й струмами, діє на заряди й струми в фізичних тілах.

Сила, з якою електромагнітне поле діє на заряджену частку називається силою Лоренца.

Електромагнітне поле взаємодіє також через свою магнітну складову із спінами часток.

Енергія електромагнітного поля[ред.ред. код]

Електромагнітне поле може виконувати роботу з переміщення зарядів й обертання магнітних моментів, а отже має потенціальну енергію. Енергія електромагнітного поля W визначається формулою

 W  = \frac{1}{8\pi} \int (\mathbf{E}\cdot \mathbf{D} + \mathbf{B}\cdot\mathbf{H}) dV,

де інтегрування проводиться по всьому простору.

Зміна енергії електромагнітного поля з часом підпорядковується рівнянню неперервності

 \frac{dW}{dt} + \text{div}\, \mathbf{S} = 0,

де  \mathbf{S} - вектор Пойнтінга, що описує потік електромагнітного поля.

Розповсюдження в просторі[ред.ред. код]

Електромагнітне поле створене зарядами розповсюджується в просторі у вигляді електромагнітних хвиль.

Таким чином взаємодія заряджених тіл не є миттєвою. Зміна положення одного заряду викликає зміну сили, з якою він діє на інший заряд, лише через проміжок часу, потрібний для того, щоб електромагнітна хвиля подолала віддаль між зарядами. Електромагнітні хвилі розповсюджуються зі швидкістю світла.

Фотони[ред.ред. код]

Носіями електромагнітного поля є фотони — елементарні частки із нульовою масою спокою.

Електромагнітні хвилі випромінюються й поглинаються квантами із енергією  \hbar \omega .

Література[ред.ред. код]

  • Сугаков В. Й. Електродинаміка. — К.: Вища школа, 1974. — 271 с.
  • Федорченко А. М. Класична механіка і електродинаміка // Теоретична фізика. — К.: Вища школа, 1992. — Т. 1. — 535 с.
  • Сивухин Д. В. Электричество // Общий курс физики. — М.: Физматлит, 2006. — Т. 3. — 656 с.
  • Тамм И. Е. Основы теории электричества. — М.: Наука, 1989. — 500 с.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. На цій сторінці формули записані з використанням природної для електромагнітного поля системи одиниць СГСГ. У системі СІ одиниці для вимірювання різних векторних характеристик електромагнітного поля різні, й тому замість рівності векторів потрібно записувати їхню пропорційність.


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.