Электромагнитное поле как физическая реальность. Источники поля. Электрические и магнитные компоненты поля и среды.

В основе существующих в природе электромагнитных явлений и процессов лежит одна из форм существования материи – электромагнитное поле (ЭМП).

Источниками ЭМП являются электрические заряды.

Электрический заряд – это свойство элементарных частиц вещества, которое проявляется в их взаимодействии между собой, а также величина, характеризующая интенсивность этого взаимодействия. Электрическое взаимодействие элементарных частиц передается на физические тела при избытке в них тех или иных частиц.

Электромагнитное поле – вид материи, который обнаруживается по его силовому воздействию на заряженные элементарные частицы вещества.

Электромагнитное поле инвариантное относительно системы координат, формально разделено на две составляющие : электрическое поле и магнитное поле. Материальную среду, в которой существует электрическое поле делят на проводящую и диэлектрическую среды. В принципе такое деление также условно, так как свойства этой среды зависят от частоты существующего в нем ЭМП.

Электрический заряд относительно выбранной пространственной системы координат может быть неподвижным или движущимся.

Неподвижные заряды являются источниками электрической составляющей ЭМП т.е. электрического поля, движущиеся заряды являются источниками магнитной составляющей ЭМП т.е. магнитного поля.

Неподвижные заряды.

Дифференциальная характеристика неподвижных зарядов:

- объемная плотность заряда (количество заряда в единице объема), Кл/м³.

Интегральная характеристика неподвижных зарядов:

- количество заряда в объеме V, Кл;

- точечный заряд, Кл.

Движущиеся заряды.

Дифференциальная характеристика движущихся зарядов

- вектор плотности тока проводимости (определяет скорость прохождения положительного заряда через единицу поверхности, ориентированную в направлении максимальной величины этой скорости), А/м².

Интегральная характеристика движущихся зарядов:

- электрический ток проводимости (движение заряженных

частиц), А.

Абстрагируясь от реальных электротехнических устройств, можно говорить о существовании ЭМП в некоторой материальной среде. Математическое описание ЭМП в материальной среде связано с векторными характеристиками этого поля: напряженностью электрического поля , магнитной индукцией , вектором электрической индукции , напряженностью магнитного поля .

Это дифференциальные характеристики ЭМП, характеризующие поле в каждой точке пространства (среды).

Структура ЭМП

Векторы ЭМП

- Напряженность электрического поля, В/м (силовая характеристика электрического поля).

- Магнитная индукция магнитного поля, Тл (силовая характеристика магнитного поля).

- Электрическая индукция (вектор электрического смещения), Кл/м².

- Напряженность магнитного поля, А/м.

Для расчета ЭМП в материальной среде, представляющей собой, например, некоторое электротехническое устройство, требуется решить систему дифференциальных уравнений в частных производных, которая и является системой уравнений описывающих ЭМП. Материальную среду, в которой существует электрическое поле делят на проводящую и диэлектрическую среды. В принципе такое деление также условно, так как свойства этой среды зависят от частоты существующего в нем ЭМП. Материальную среду, в которой существует магнитное поле также подразделяют на диамагнитную, парамагнитную и ферромагнитную.

Аксиоматическая система уравнений ЭМП, иногда называемая системой уравнений Максвелла имеет следующий вид (законы электромагнетизма):