Електромагнітне поле

Електромагні́тне по́ле — 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.

Електромагнітне поле, як і речовина характеризується енергією, масою й імпульсом.[1]

Зміст

Кількісні характеристикиРедагувати

Електромагнітне поле характеризується векторними величинами напруженістю електричного поля  , вектором електричної індукції  , вектором магнітної індукції   й напруженістю магнітного поля  .

У вакуумі [2]

 ,
 .

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

 ,
 ,

де   — вектор поляризації, а   — 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:

 ,
 ,

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

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

Джерела електромагнітного поляРедагувати

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 тілаРедагувати

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 зі спінами часток.

Енергія електромагнітного поляРедагувати

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

 ,

де інтегрування проводиться по всьому простору.

Зміна енергії електромагнітного поля з часом підпорядковується рівнянню неперервності

 ,

де   — вектор Пойнтінга, що описує потік електромагнітного поля.

Розповсюдження в просторіРедагувати

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.

ФотониРедагувати

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

Електромагнітні хвилі випромінюються й поглинаються квантами із енергією  .

Література та джерелаРедагувати

  • 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. такожРедагувати

ПриміткиРедагувати

  1. Пименов Ю. В. Глава 1. Электромагнитное поле и параметры среды // Техническая электродинамика. — М. : Связь, 1971. — 488 с.
  2. 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.