Перегляд вихідного коду сторінки Класична електродинаміка

{{Електродинаміка}}
'''Класи́чна електродина́міка''' — розділ [[Фізика|фізики]], що вивчає електромагнітне поле. Включає зв'язок електричних і магнітних явищ, [[електромагнітне випромінювання]] (в різних умовах, як вільне, так і в різноманітних випадках взаємодії з речовиною), [[електричний струм]] (взагалі кажучи, змінний) і його взаємодія з електромагнітним полем (електричний струм може бути розглянуто при цьому як сукупність рухомих заряджених частинок). Будь-яка електрична і магнітна взаємодія між зарядженими тілами розглядається в сучасній фізиці як здійснювана за посередництвом електромагнітного поля, і, отже, також є предметом електродинаміки.

Найчастіше під терміном «електродинаміка» за замовчуванням розуміється класична (не зачіпає квантових ефектів) електродинаміка; для позначення сучасної квантової теорії електромагнітного поля і його взаємодії із зарядженими частинками зазвичай використовується стійкий термін [[квантова електродинаміка]].

Базовими поняттями класичної електродинаміки є уявлення про [[електричне поле|електричне]] та [[магнітне поле]] навколо [[електричний заряд|заряд]]жених тіл і [[провідник]]ів зі струмом.

Складається з двох частин: макроскопічної електродинаміки, що базується на [[рівняння Максвелла|рівняннях Максвелла]], і класичної [[електрон]]ної теорії.

Основними рівняннями класичної електродинаміки є рівняння Максвелла, які встановлюють зв'язок величин, що характеризують електричні та магнітні поля, з розподілом у просторі зарядів та струмів. Суть чотирьох рівнянь Максвелла для електромагнітного поля якісно зводиться до наступного:

# Магнітне поле породжується рухомими зарядами та змінним електричним полем;
# Електричне поле з замкнутими силовими лініями (вихрове поле) породжується змінним магнітним полем;
# Силові лінії магнітного поля завжди замкнуті (це означає, що воно не має джерел&nbsp;— [[магнітний монополь|магнітних зарядів]], подібних електричним);
# Електричне поле з незамкненими силовими лініями (потенційне поле) породжується електричними зарядами&nbsp;— джерелами цього поля. З теорії Максвелла витікає скінченність швидкості розповсюдження електромагнітних взаємодій та існування [[електромагнітна хвиля|електромагнітних хвиль]].

В класичній електродинаміці розглядаються також електромагнітні хвилі, їхнє випромінювання й розповсюдження в просторі.

Окремим розділом класичної електродинаміки є електродинаміка суцільних середовищ, в якій розглядається
відклик фізичних середовищ на збурення зовнішнім електричним і магнітним полем.

== Зміст електродинаміки ==

Основним змістом класичної електродинаміки є опис властивостей електромагнітного поля і його взаємодії із зарядженими тілами (заряджені тіла «породжують» електромагнітне поле, є його «джерелами», а електромагнітне поле в свою чергу діє на заряджені тіла, створюючи електромагнітні сили). Цей опис, окрім визначення основних об'єктів і величин, таких як електричний заряд, електричне поле, магнітне поле, електромагнітний потенціал, зводиться до рівнянь Максвелла в тій чи іншій формі і формулою сили Лоренца, а також зачіпає деякі суміжні питання (пов'язані з математичної фізики, додаткам, допоміжним величинам і допоміжним формулами, важливим для програм, як наприклад вектор щільності струму або емпіричний закону Ома). Також цей опис включає питання збереження і перенесення енергії, імпульсу, моменту імпульсу електромагнітним полем, включаючи формули для [[Густина енергії|густини енергії]], [[Вектор Пойнтінга|вектора Пойнтінга]] тощо

Іноді під електродинамічними ефектами (на противагу електростатиці) розуміють ті суттєві відмінності загального випадку поведінки електромагнітного поля (наприклад, динамічну взаємозв'язок між змінними електричним і магнітним полем) від статичного випадку, які роблять приватний статичний випадок набагато простішим для опису, розуміння і розрахунків.

== Спеціальні розділи електродинаміки ==

* [[Електростатика]] описує властивості статичного (не змінного за часом або такого, що змінюється достатньо повільно, щоб «електродинамічними» ефектами можна було знехтувати, тобто, коли в рівняннях Максвелла можна відкинути, через їх малості, члени з похідними за часом) електричного поля і його взаємодії із електрично зарядженими тілами (електричними зарядами), які також нерухомі або рухаються з досить малими швидкостями (чи, може, якщо є і є заряди, що швидко рухаються, але вони досить малі за величиною), щоб створювані ними поля можна було приблизно розглядати як статичні. Зазвичай при цьому мається на увазі і відсутність (або нехтуванням впливу через незначну силу) магнітних полів.

* [[Магнітостатика]] досліджує постійні струми (і постійні магніти) та постійні магнітні поля (поля не змінюються в часі або змінюються настільки повільно, що швидкістю цих змін в розрахунку можна знехтувати), а також їх взаємодію.
* Електродинаміка суцільних середовищ розглядає поведінку електромагнітних полів у суцільних середовищах.
* [[Релятивістська електродинаміка]] розглядає електромагнітні поля в рухомих середовищах.

== Основні поняття ==
Основні поняття, якими оперує електродинаміка, включають в себе:
* [[Електромагнітне поле]]&nbsp;— це основний предмет вивчення електродинаміки, вид [[Матерія (фізика)|матерії]], що виявляється при взаємодії із зарядженими тілами. Історично поділяється на два поля:
** Електричне поле&nbsp;— створюється будь-яким зарядженим тілом, або змінним магнітним полем, впливає на будь-яке заряджене тіло.
** Магнітне поле&nbsp;— створюється рухомими зарядженими тілами, зарядженими тілами, що мають [[спін]], і змінними електричними полями, впливає на рухомі заряди і заряджені тіла, що мають спін.
* Електричний заряд&nbsp;— це [[Фізична властивість|властивість]] тіл, що дозволяє їм взаємодіяти з електромагнітними полями: створювати ці поля, будучи їх ''джерелами'', і піддаватися ([[Сила|силовій]]) дії цих полів.
* [[Електромагнітний потенціал]]&nbsp;— [[4-вектор]]на [[фізична величина]], що повністю визначає розподіл електромагнітного поля в просторі. У тривимірній електродинаміці формулюванні з нього виділяють:
** [[Потенціали електромагнітного поля|Скалярний потенціал]]&nbsp;— часова компонента 4-вектора
** [[Векторний потенціал]]&nbsp;— тривимірний вектор, що утворений компонентами 4-вектора, які залишилися.
* Вектор Пойнтінга&nbsp;— векторна фізична величина, що має сенс [[густина потоку енергії|густини потоку енергії]] електромагнітного поля.

== Основні рівняння ==
Основними рівняннями, що описують поведінку електромагнітного поля і його взаємодія із зарядженими тілами є:
* Рівняння Максвелла, що визначають поведінку вільного електромагнітного поля у [[вакуум]]і та середовищі, а також генерацію поля джерелами. Серед цих рівнянь можна виділити:
** [[Теорема Гауса]] (закон Гауса) для електричного поля, що визначає створення електростатичного поля зарядами.
** Закон замкнутості силових ліній магнітного поля ([[соленоїд]]ного магнітного поля); він же&nbsp;— [[Теорема Гауса#Теорема Гауса для магнітної індукції|закон Гауса для магнітного поля]].
** [[Закон індукції Фарадея]], що визначає генерацію електричного поля змінним магнітним полем.
** [[Закон Ампера-Максвелла]]&nbsp;— [[теорема про циркуляцію магнітного поля]] з додаванням [[Струм зміщення|струмів зміщення]], введених Максвеллом, визначає генерацію магнітного поля рухомими зарядами та змінним електричним полем.
* Вираз для [[Сила Лоренца|сили Лоренца]], що визначає силу, що діє на заряд, який знаходиться в електромагнітному полі.
* [[Закон Джоуля-Ленца]], що визначає величину теплових втрат в провідному середовищі з кінцевою провідністю, при наявності в ній електричного поля.
Частковими рівняннями, що мають особливе значення є:
* [[Закон Кулона]]&nbsp;— в електростатиці&nbsp;— закон, що визначає електричне поле (напруженість та/або потенціал) точкового заряду; також законом Кулона називається і подібна формула, яка визначає електростатичну взаємодію (силу, або потенцальну енергію) двох точкових зарядів.
* [[Закон Біо-Савара-Лапласа]]&nbsp;— в магнітостатиці&nbsp;— основний закон, що описує породження магнітного поля струмом (аналогічний за своєю роллю в магнітостатиці закону Кулона в електростатиці).
* [[Закон Ампера]], що визначає силу, яка діє на елементарний струм, поміщений у магнітне поле.
* [[Теорема Пойнтінга]], що виражає собою [[закон збереження енергії]] в електродинаміці.
* [[Закон збереження заряду]].

== Історія ==
Першим доказом зв'язку електричних і магнітних явищ стало експериментальне відкриття [[Ганс Крістіан Ерстед|Г. Х. Ерстедом]] у [[1819]]—[[1820]] породження магнітного поля електричним струмом. Він же висловив ідею про деяке взаємодії електричних і магнітних процесів у просторі, що оточує провідник, однак у досить нечіткій формі.

У [[1831]] [[Майкл Фарадей]] експериментально відкрив явище і закон [[електромагнітна індукція|електромагнітної індукції]], що стали першим ясним свідченням безпосереднього динамічного взаємозв'язку електричного і магнітного полів. Він же розробив (стосовно до електричного і магнітного полів) основи концепції фізичного поля і деякі базисні теоретичні уявлення, що дозволяють описувати фізичні поля, а також у [[1832]] році передбачив існування електромагнітних хвиль.

У [[1864]] [[Джеймс Клерк Максвелл|Дж. К. Максвелл]] вперше опублікував повну [[Рівняння Максвелла|систему рівнянь]] «класичної електродинаміки», що описує еволюцію електромагнітного поля і його взаємодію із зарядами і струмами. Він висловив теоретично обґрунтоване припущення про те, що [[Видиме світло|світло]] є електромагнітною хвилею, тобто об'єктом електродинаміки.

У [[1895]] році [[Гендрік Антон Лоренц|Лоренц]] завершив побудову класичної електродинаміки, описавши взаємодію електромагнітного поля з (рухомими) точковими зарядженими частинками.

У середині [[XX століття]] була створена квантова електродинаміка&nbsp;— одна з найточніших фізичних теорій.

== Прикладне значення ==

Електродинаміка лежить в основі фізичної [[Оптика|оптики]], фізики розповсюдження [[Радіохвилі|радіохвиль]], а також пронизує практично всю фізику, так як майже у всіх розділах фізики доводиться мати справу з електричними полями і зарядами, а часто і з їх нетривіальними швидкими змінами і рухами. Крім того, електродинаміка є зразковою фізичної теорією (і в класичному і в квантовому своєму варіанті), що поєднує дуже велику точність розрахунків і прогнозів з впливом теоретичних ідей, народжених в її області, на інші галузі теоретичної фізики.
Електродинаміка має величезне значення в техніці і лежить в основі: радіотехніки, електротехніки, різних галузей зв'язку та радіо.

== Див. також ==
* [[Квантова електродинаміка]]
*[[Електромагнетизм]]
*[[Електромагнітний потенціал]]
*[[Електрослабка взаємодія]]

== 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        = Джексон Дж.
|назва        = Классическая электродинамика
|рік          = 1965
|видавництво  = Мир
|місто        = {{Comment|М.|Москва}}
|сторінок     = 702
}}
* {{книга
|автор        = Пановский В., Филипс М.
|назва        = Классическая электродинамика
|рік          = 1963
|видавництво  = Физматгиз
|місто        = {{Comment|М.|Москва}}
|сторінок     = 432
}}
* {{книга
|автор        = Смайт В.
|назва        = Электростатика и электродинамика
|рік          = 1954
|видавництво  = ИЛ
|місто        = {{Comment|М.|Москва}}
|сторінок     = 606
}}
* {{книга
|автор        = Стрэттон Дж. А.
|назва        = Теория электромагнетизма
|рік          = 1948
|видавництво  = ГИТТЛ
|місто        = {{Comment|М.|Москва}}
|сторінок     = 540
}}
* {{книга
|автор        = [[Тамм Ігор Євгенович|Тамм И. Е.]]
|назва        = Основы теории электричества
|рік          = 1989
|видавництво  = Наука
|місто        = {{Comment|М.|Москва}}
|сторінок     = 500
}}
== Посилання ==
*[http://esu.com.ua/search_articles.php?id=17737  ЕЛЕКТРОДИНА́МІКА]  //[[ЕСУ]]
{{Електромагнетизм}}
{{Physics-footer}}
{{Physics-stub}}

[[Категорія:Оптика]]
[[Категорія:Електродинаміка|*]]
[[Категорія:Електротехніка]]