Поле (фізика)

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

Фізи́чне по́ле — вид матерії на макроскопічному рівні, посередник взаємодії між частинками речовини або віддаленими одне від одного макроскопічними тілами.

Фізичне поле – особлива форма матерії, яка здійснює взаємодію між частинками, напр., ґравітаційне поле (поле тяжіння) здійснює притягання між частинками речовини, електричне поле – притягання або відштовхування частинок речовини, заряджених електрикою різного чи однакового знака (відповідно). Фізичне поле може виявлятися у вигляді окремих порцій – квантів, напр., електромагнітне поле – у вигляді квантів світла – фотонів.

Загальний опис[ред.ред. код]

Прикладами поля фізичного є електромагнітне поле, гравітаційне поле, поле ядерних сил.

Часто поняття «поле» застосовують до сукупності розподілених фізичних величин, як, наприклад, векторне поле швидкостей та скалярні поля тисків і температур у потоці рідини чи газу, тензорне поле механічних напружень у деформованому твердому тілі. На відміну від цих полів, які є певними збуреннями в середовищі, фізичні поля є матеріальними, тобто не потребують іншого субстрату для свого існування.

Поняття силового поля виникло у класичній механіці, яка використовує принцип далекодії, і було способом опису взаємодії між частинками речовини.

Фізичне поле набуло характеру фізичної реальності зі встановленням скінченності швидкості поширення взаємодії (електромагнітне та гравітаційне поля) і виникненням класичної електродинаміки й теорії відносності. Протиставлення речовини і поля як дискретного і неперервного було знято на рівні елементарних частинок.

Квантова теорія поля за допомогою квантування ставить кожній частинці у відповідність поле з певними трансформаційними властивостями відносно простору-часу і груп симетрій частинок.

Поле в класичній фізиці[ред.ред. код]

Ідея силового поля в класичній фізиці у тому, щоб виділити в силах, які діють на фізичне тіло, множники, що характеризують тіло й множники, що характеризують інші тіла. Наприклад, сила гравітації, що діє на тіло з масою m з боку інших тіл з масами  m_j може бути записана згідно із законом всесвітнього тяжіння у вигляді

 \mathbf{F} =  -\sum_j G\frac{m m_j}{R_j^3} \mathbf{R}_j ,

де G — гравітаційна стала, а  \mathbf{R}_j = \mathbf{r} - \mathbf{r}_j  — віддаль між даним тілом й тілом із індексом j.

Виділяючи у цьому виразі масу вибраного тіла, можна записати

 \mathbf{F} = m \mathbf{g} ,

де величина

 \mathbf{g}(\mathbf{r}) = -\sum_j G\frac{ m_j}{R_j^3} \mathbf{R}_j

не залежить від характеристики (маси) досліджуваного тіла.

Векторне поле  \mathbf{g}(\mathbf{r}) у фізиці називають гравітаційним полем.

Аналогічним чином, для заряду q, що взаємодіє з іншими зарядами  q_i можна записати

 \mathbf{F} = q \mathbf{E} ,

де  \mathbf{E}  — векторне поле, яке називається напруженістю електричного поля й дорівнює

 \mathbf{E} = \sum_j \frac{q_j}{R_j^3} \mathbf{R}_j  . [1]

В цьому випадку сила взаємодії теж записується, як добуток характеристики досліджуваного тіла (заряду), а вся інформація про інші заряди зводиться до введення єдиної векторної величини — напруженості електричного поля.

Приведені визначення полів опираються на принцип далекодії і справедливі лише для класичної фізики. Якщо частинки, які визначають поле рухатимуться, то в рамках класичної фізики, досліджувана частинка моментально відчуватиме зміну їхнього положення.

Однак, при застосуванні принципу близькодії, справедливого в рамках теорії відносності, інформація про переміщення тіл передається не миттєво й потребує посередника, тож поняття поля набирає значення окремої сутності, переміщення якої в просторі вимагає для свого опису окремих рівнянь.

Так, з врахуванням близькодії, сила, яка діє на заряд, знову ж записуватиметься

 \mathbf{F} = q \mathbf{E} ,

проте напруженість електричного поля \mathbf{E} знаходиться із рівнянь Максвела. Вона дорівнює наведеному вище виразу лише у випадку нерухомих зарядів.

Детальніші відомості з цієї теми Ви можете знайти в статті Запізнювання.

Теорії поля[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Формули на цій сторінці записані в системі СГС (СГСГ). Для перетворення в систему СІ дивись Правила переводу формул із системи СГС в систему СІ.