Перегляд вихідного коду сторінки Електромагнітне поле

{{unibox}}'''Електромагнітне''' '''поле''' (також '''ЕМ-поле''' або '''ЕМП''')&nbsp;— це класичне (тобто неквантове) поле, створене рухомими електричними зарядами . &nbsp;

== Загальні характеристики ==
Це поле, яке описується класичною електродинамікою (класична теорія поля), і є класичним аналогом квантованого тензора електромагнітного поля в квантовій електродинаміці (квантова теорія поля). Електромагнітне поле поширюється зі швидкістю світла (насправді це поле можна ідентифікувати ''як'' світло) і взаємодіє із зарядами та струмами. Його квантовий аналог є однією з чотирьох фундаментальних сил природи (інші&nbsp;— гравітація , [[слабка взаємодія]] та [[сильна взаємодія]]).

Поле можна розглядати як комбінацію електричного та магнітного полів . Електричне поле створюється нерухомими зарядами, а магнітне&nbsp;— рухомими (електричними струмами); ці два часто описуються як джерела поля. Спосіб взаємодії зарядів і струмів з електромагнітним полем описується рівняннями Максвелла (де також описується, як змінне в часі поле може створювати інші поля, і пояснюється, чому електромагнітне випромінювання не потребує жодного середовища для поширення) і законом [[сили Лоренца]] .

З класичної точки зору в історії електромагнетизму, електромагнітне поле можна розглядати як плавне, безперервне поле, що поширюється хвилеподібно. Навпаки, з точки зору квантової теорії поля це поле розглядається як квантоване; це означає, що вільне квантове поле (тобто невзаємодіюче поле) може бути виражене як сума Фур'є операторів створення та знищення в просторі енергії-імпульсу, тоді як ефекти взаємодіючого квантового поля можуть бути проаналізовані в теорії збурень через S-матрицю з допомога цілого ряду математичних прийомів, таких як ряд Дайсона, теорема Віка, кореляційні функції, оператори еволюції в часі, діаграми Фейнмана тощо. Зверніть увагу, що квантоване поле все ще є просторово безперервним; однак його ''енергетичні стани є дискретними;'' Його ''значення енергії'' повинні бути цілими кратними, ''дискретні'' кванти енергії, які називаються фотонами, створені операторами створення квантового поля . Загалом частотаквантованого поля може бути будь-яким значенням вище нуля, і тому значення кванта енергії (фотона) може бути будь-яким значенням вище нуля або навіть безперервно змінюватися в часі.

== Кількісні характеристики ==
Електромагнітне поле характеризується [[Вектор (математика)|векторними]] величинами [[напруженість електричного поля|напруженістю електричного поля]] <math> \mathbf{E} </math>, [[вектор електричної індукції|вектором електричної індукції]] <math> \mathbf{D} </math>, [[Магнітна індукція|вектором магнітної індукції]] <math> \mathbf{B} </math> й [[напруженість магнітного поля|напруженістю магнітного поля]]
<math> \mathbf{H} </math>.

У вакуумі
<ref> На цій сторінці формули записані з використанням природної для електромагнітного поля системи одиниць [[СГС]]Г. У системі [[Міжнародна система одиниць (SI)|SI]] одиниці для вимірювання різних векторних характеристик електромагнітного поля різні, й тому замість рівності векторів потрібно записувати їхню пропорційність. </ref>
: <math> \mathbf{D} = \mathbf{E} </math>,

: <math> \mathbf{B} = \mathbf{H} </math>.

У середовищі ці співвідношення несправедливі через процеси поляризації та намагнічування. В загальному випадку
: <math> \mathbf{D} = \mathbf{E} + 4\pi \mathbf{P} </math>,

: <math> \mathbf{B} = \mathbf{H} + 4\pi \mathbf{I} </math>,

де <math>  \mathbf{P} </math>&nbsp;— [[вектор поляризації]], а <math>  \mathbf{I} </math>&nbsp;— [[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:
: <math> \mathbf{D} = \varepsilon \mathbf{E} </math>,

: <math> \mathbf{B} = \mu \mathbf{H} </math>,

де ε&nbsp;— [[діелектрична проникність]] середовища, μ&nbsp;— [[магнітна проникність]] середовища.

У [[теорія відносності|теорії відносності]] електромагнітне поле описується [[Тензор електромагнітного поля|4-тензором електромагнітного поля]].

== Джерела електромагнітного поля ==
Електромагнітне поле створюється [[Електричний заряд|зарядами]]. Непорушні заряди створюють електричне поле, рухомі заряди&nbsp;— електричне й магнітне поле.



Необхідно зауважити, що магнітне поле постійних магнітів створюється узгодженим рухом [[електрон]]ів у атомах, тобто мікроскопічними електричними струмами.

== Дія на фізичні тіла ==
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 [[сила Лоренца|силою Лоренца]].

Електромагнітне поле взаємодіє також через свою магнітну складову зі [[спін]]ами часток.

== [[Енергія]] електромагнітного поля ==
Електромагнітне поле може виконувати [[Робота (фізика)|роботу]] з переміщення зарядів й обертання магнітних моментів, а отже має потенціальну енергію. Енергія електромагнітного поля W визначається формулою
: <math> W  = \frac{1}{8\pi} \int (\mathbf{E}\cdot \mathbf{D} + \mathbf{B}\cdot\mathbf{H}) dV</math>,

де інтегрування проводиться по всьому простору.

Зміна енергії електромагнітного поля з часом підпорядковується [[рівняння неперервності|рівнянню неперервності]]
: <math> \frac{dW}{dt} + \text{div}\, \mathbf{S} = 0</math>,

де <math> \mathbf{S} </math>&nbsp;— [[вектор Пойнтінга]], що описує [[потік векторного поля|потік]] електромагнітного поля.

== Розповсюдження в просторі ==
Електромагнітне поле створене зарядами розповсюджується в просторі у вигляді
[[електромагнітна хвиля|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 [[швидкість світла|швидкістю світла]].

== Фотони ==
Носіями електромагнітного поля є [[фотон]]и&nbsp;— елементарні частки із нульовою масою спокою.

Електромагнітні хвилі випромінюються й поглинаються квантами із енергією <math> \hbar \omega </math>.

== Див. також ==
* [[Інваріанти електромагнітного поля]]
* [[Апарат з вихровим шаром феромагнітних елементів]]

== Примітки ==
{{примітки}}

== Джерела та література ==
* {{книга|автор=Сугаков В. Й.|назва=Електродинаміка|рік=1974|видавництво=Вища школа|місто={{Comment|К.|Київ}}|сторінок=271}}
* {{книга|автор=[[Федорченко Адольф Михайлович|Федорченко А. М.]]|заголовок=Теоретична фізика|частина=Класична механіка і електродинаміка|том=1|рік=1992|видавництво=Вища школа|місто={{Comment|К.|Київ}}|сторінок=535}}
* {{книга|автор=Сивухин Д. В.|заголовок= Общий курс физики|частина=Электричество|том=3|рік=2006|видавництво=Физматлит|місто={{Comment|М.|Москва}}|сторінок=656}}
* {{книга|автор=[[Тамм Ігор Євгенович|Тамм И. Е.]]|назва=Основы теории электричества|рік=1989|видавництво=Наука|місто={{Comment|М.|Москва}}|сторінок=500}}

{{Physics-stub}}
{{ВП-портали|Фізика}}

[[Категорія:Електродинаміка]]