Поле (фізика)

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

Фізи́чне по́ле — в фізиці поле визначено для кожної точки в просторі та в часі, як деяка фізична стала (Скаляр, температура, тиск...). Ці величини можуть бути скалярними (температура, тиск...), векторними( швидкість часток, електромагнітне поле....) або тензорними( тензор Річчі в загальній теорії відносності, та ін... ). Прикладом скалярного поля може слугувати температура, на карті синоптичного прогноза, температура в повітрі у кожній точці визначена за величиною. Концепція поля особливо зручна для визначення контініума (механіки загальних серед, механіки рідин), також для електромагнітних явищ. Це особливо важливо для ефективного дослідження хвильових явищ.

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.